基于互联网的机械产品系统多学科设计参数全局协调优化

大型复杂机械产品系统是由涉及到结构、机构、控制、动力等多个学科的分系统组成，各分系统性能设计的定量描述、参数化建模、分析仿真与优化设计，往往是由分布于不同地点的设计单位分别独立进行的。由于各分系统、各学科系统间性能设计参数、优化目标与约束等普遍存在耦合影响关系，分别独立分析优化后组成的总系统性能并不能达到最优化的目的，必须进行全局协调优化才能使整个总系统趋于最优。本项目结合拉臂式压缩装载车系统等典型机械产品系统设计，研究利用互联网与局域网将不同设计单位联合起来对机械产品系统的性能设计参数进行全局协调优化的理论方法与技术途径，让各分系统性能的定量分析优化设计与总系统全局协调优化通过互联网与局域网并行进行，达到使整个机械产品系统全局最优化的目的。通过本项目研究可将复杂机械产品系统的网络化协同设计从目前的概念软设计阶段推进到性能设计参数协同优化的更高级阶段。

复杂机械产品系统是由涉及到结构、机构、控制、动力等多个学科的子系统组成，其设计涉及到各分系统性能设计的定量描述、参数化建模、分析仿真与优化设计，由于各学科子系统的性能、设计参数、优化目标与约束之间普遍存在着相互耦合影响关系，分别独立分析优化后组成的总系统性能并不能达到最优化的目的，必须利用互联网、局域网等计算机网络进行全局协调优化才能使整个总的产品系统趋于最优。. 本项目研究了机、电、磁、热、光多物理场耦合的典型多学科系统——MEMS微型机电系统的分析仿真技术，提出了一种可以综合考虑多物理场耦合的基于敏度的按预定性能设计综合优化理论与算法，应用于MEMS微型机电系统的器件优化设计，与美国学者对同一器件的优化设计算例比较，设计时间从几小时大幅下降到少于30秒。. 本项目研究了具有结构、机构、控制、动力等多学科的复杂机械产品系统的全局协调优化技术，将其应用于拉臂式压缩装载车，移动式转运站等产品系统的优化设计。项目还深入研究了结构优化设计导重法的意义与合理性及迭代算式和使用技巧，将其应用于拉臂式装载车，移动式转运站、后装式压缩垃圾车与重型矿用车等多款复杂机械产品的优化设计，在使产品结构强度满足要求的前提下使结构重量大幅下降20~30%。. 本项目研究了汽车减振系统的全局协调优化设计，影响汽车乘坐舒适性的NVH抑制整车减振系统包括发动机动力总成悬置子系统、驾驶室悬置子系统、车体悬挂子系统、车身弹性结构系统等，各子系统的振动以及同一子系统的各向振动之间存在复杂耦合关系，本项目研究了这些振动耦合问题，提出了悬置系统的模态与能量解耦度分析与优化设计的等效模型法和全局协调优化模型算法和使其各向振动能量严格解耦的理论与算法以及整车减振系统网络化全局协调优化思路。用于多款乘用车和商用车的减振设计，大幅提高了汽车减振性能，使多款产品得以顺利通过NVH抑制验收。. 由于本项目的前几期国家自然科学基金项目已对利用互联网和局域网等进行全局协同设计的技术进行过深入研究，故本项目未发表进行机械系统网络化协同设计的研究论文。主要原因是涉及的产品企业各子系统尚未形成网络化构架。计划申请的下一期国家自然基金项目将以大型现代汽车生产企业为背景，研究其产品系统的网络化全局协同设计问题。