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工程系统设计指标的最优分配方法研究

魏宏艳  
【摘要】:对诸如飞机、卫星、汽车等工程系统进行优化设计就是在满足工程性能指标,设计可用资源等条件限制下按一定评价标准寻求最优设计方案的过程。工程系统优化设计中,不但多个目标间存在矛盾、而且系统总目标与子系统目标间及各子系统目标间也存在矛盾,所以各子系统单独优化后所得结果一般说来并不意味着工程系统本身的优化,正像各构件独立优化后凑成的结构并不一定最优一样。所以,工程系统设计必须从系统全局的观点进行协调优化才能真正收到优化效果。而对于工程大系统的全局优化设计,常常可将其归结为设计指标的最优分配问题,即系统总体如何合理地将造价、重量、可靠度等设计指标分配给子系统,以使整个系统的设计达到全局协调的总体优化。 本文分别介绍了解决工程系统设计指标最优分配问题的三类方法:直接法、分解协调法和协同分配法。详细分析了三类方法的基本思想,根据其基本思想给出了相应的数学模型及数学模型的基本求解步骤。其中,协同分配法是借鉴多学科协同优化的思想发展的一种解决设计指标最优分配问题的新方法,它按设计指标分配关系将最优分配问题分解为主系统优化和子系统优化,主系统对子系统设计指标进行最优分配,子系统以最小化与主系统分配的设计指标之间的差距为目标进行最优设计,同时对底层元件进行指标细化分配,主系统与子系统通过一致性约束反复协调分配量,直到得到设计指标最优分配方案。它主要用于对大系统设计指标最优分配问题的求解,可以有效克服分解协调法的不足之处,初步证明是一种解决设计指标最优分配问题实用有效的方法。 最后,本文用三种方法对几个不同类型的算例分别进行求解,对优化结果进行了比较,并进一步验证了协同分配法的有效性。


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