基于多输入多输出变可信度近似模型的稳健性设计优化方法研究

This project focuses on the multi-fidelity surrogate (MFS) model assisted robust optimization (RO) method. The work mainly contains three parts: 1) The data fusion mechanism of different fidelity models under the multi-input-output condition will be illustrated. Then, the active learning sampling approach for MFS will be proposed. Taking the response correlations into consideration during the construction of MFS will also be studied. For the purpose of evaluating the prediction accuracy of the MFS, the MFS verification approach without extra validation points will be proposed. 2) Based on analyzing the mapping process from the performance space to the variable uncertainty space, the robust analysis approach under the “reverse design” view will be developed. Then, the cost model for uncertainty reducible will be constructed and the RO approach considering the uncertainty reducible will be proposed. 3) Combining the MFS with the RO method, an MFS assisted RO approach, which can concurrently treat uncertainties from the MFS and variables, will be developed. Finally, the marine engineering equipment will be taken as the research objects to verify the key theories and methods developed in the project..This project will be beneficial to the developments of the theory and methodology of the robust optimization. It will also provide supportive ways for ensuring high quality of the complex engineering products.

本项目以复杂工程产品的稳健性设计优化为研究对象，将变可信度近似建模方法与稳健性设计优化理论结合，拟重点开展：1）探明多输入多输出情形下，高/低精度分析模型的融合机理。从试验设计角度，提出变可信度自适应序贯试验设计方法；从模型构建角度，提出考虑多输出相关性的变可信度近似建模技术；从模型验证角度，提出不依赖于额外验证点的变可信度近似模型精度评估方法。2）分析性能空间向不确定性变量空间逆向映射过程，提出“逆向设计”思维下的稳健性分析方法；建立表征输入变量不确定性区间缩减成本的模型，提出考虑输入变量不确定性区间可缩减的稳健性设计优化方法。3）融合变可信度近似模型和稳健性设计优化方法，提出同时考虑输入变量和变可信度近似模型不确定性的稳健性设计优化方法。在此基础上，以海洋工程装备为对象进行关键技术验证。.本项目的研究将丰富和发展稳健性设计优化理论与方法，为保障复杂工程产品的设计质量提供有力的技术支撑。

本项目以复杂工程产品的稳健性优化设计为研究对象，将变可信度近似建模方法与稳健性优化方法理论相结合，在多输入多输出情形下变可信度近似模型构建、混合不确定性下考虑区间可缩减的多目标稳健性设计优化方法、和基于变可信度近似模型的稳健性优化设计方法三个方面开展研究工作。主要研究成果包括：①针对多输入多输出场景下的变复杂度建模方法，提出了变可信度多输出高斯过程模型，可充分利用多输出之间的潜在相关性进一步提升近似模型的预测精度；②提出了一种混合不确定性下考虑区间可缩减的多目标稳健性设计优化方法，可有效处理含有概率不确定性和区间不确定性的多目标稳健性设计优化问题；③提出了基于分段式保守变复杂度近似模型的稳健性设计优化方法，克服了忽略变复杂度近似模型不确定性的稳健性设计优化方法不能保证设计方案稳健性的弊端；④开展了考虑几何和材料不确定性超材料隔振器性能稳健性优化，显著提高了超材料隔振器性能的稳健性。项目执行期间，在本领域知名国际刊物发表SCI论文35篇（其中第一标注SCI论文24篇）；出版英文专著1部；申请软件著作权3项；联合指导博士研究生1名，硕士研究生6名；项目申请人入选中国科学技术协会“第六届青年人才托举工程”、湖北省教育厅人才计划。