可靠性模糊优化设计理论及实例应用

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3.期刊论文 侯广东 机械系统的可靠性模糊优化设计 -黑龙江科技信息2008,""(7)
系统可靠性模糊优化设计既考虑了随机性因素对系统的影响,又考虑了模糊性因素对系统的影响,其优化的结果往往比普通优化设计、可靠性设计、 模糊优设计的结果要好.论述了机械系统的可靠性模糊优化设计方法,通过应用实例来说明这种设计方法的特点.
5.会议论文 徐发淙.翟钢军.封盛 导管架海洋平台可靠性模糊优化设计 2001
建立了基于可靠度的平台模糊优化设计模型.探讨了导管架平台结构主要失效模式和平台结构期望失效费用的确定方法,对平台构件及结构系可靠性 指标进行了灵敏度分析,给出了平台结构可靠性模糊优化设计流程.以胜利油田埕北采油平台为例进行可靠性模糊优化设计,并与确定性优化设计结果进行 比较,算例结果显示进行可靠性模糊优化设计是非常必要的.
=.应用实例 系统叮靠性框图一般有串联、并联,串一
并联,并一串联(复杂系统)等不同形式,其
应,该系统的级数N=5,部件可靠性为R。每 一级的冗余部件数为n;,则该系统可靠度为: E=兀[I-(1-R,)‘X5)
系统费用为:c.=∑C(R,)In.+cIp(’%)1(6) 系统重量为:M=∑wn.expe/4) (7) 对于(5)式,做如下的假设: (i)系统每一级是串联的。 (ii)系统各级(包括每一级中的冗余零部 件)是相互独立的,每一级的各并联零部件有
机械工程结构的优化设计往往表现为多目标的形式,多目标优化问题一直是科学和研究领域的难题和热点。传统的解决方法在处理多目标大维数、 多模态等复杂问题上存在许多不足。为了解决这一问题,本文研究了带精英策略的非支配排序遗传算法(A Fast and Elitist Multi-objectiVe Genetic Algorithm:NSGA-Ⅱ)。该算法通过编写Matlab的 m 文件测试典型应用函数,具有较高的计算效率,得到分布更为合理的解,且能保持解的多样性分布 。因此将其应用于三杆桁架的结构模糊多目标优化设计中,为其它结构模糊多目标优化工程提供了有益的参考。
2.学位论文 游斌弟 复杂机械结构模糊优化方法及工程应用 2007
结构设计的初始阶段含有大量的模糊信息。设计参数的取值、设计目标的评价、约束条件的允许范围以及工况等实际上都含有不同的模糊性。本文 应用模糊理论描述机械结构的多目标模糊优化设计问题,主要研究结构多目标模糊优化方法及其工程应用。
首先介绍了模糊优化的基本原理和有关概念,给出了单目标模糊数学模型和模糊优化的方法及多目标模糊优化的数学模型、基本概念和模型的求解 方法。以斜齿圆柱齿轮为多目标模糊优化进行算例分析,利用 Matlab 优化工具箱求出各种多目标模糊优化求解模型的最优值。
最优水入‘平截集法…和近似模糊集合法。
最优水平入+截集方法,可以归结为解如下
的优化问题:
求设防水平入,使z.。-lm。m。叫,。)。.):cI勘+目m(4)
其中,C(入)为结构的初始造价.E(入)为
维持费用及使用中遭受损坏带来经济损失的数
学期望值。得到入’之后,相应的优化解X+、.即 认为是模糊优化问题的最优解。
算,则模糊优化设计的数学模型可表述为:求
设计变量:弘fxl,x2。…,】【|I】1ER“(1)
使得minF,(舅)(i=l,2,…,1)s·t·h,(舅)=0
(v=l,2,…,p<n)·
s。t·gu皎)≤O
go(芏)eG。
(u=l,2。…,m)
其中。F,G)为第i个模糊目标函数,k(舅).
g。(舅)为模糊约束函数, “s·t”表示受到约
机械系统可靠性模糊优化设计理论及实例应用
作者: 作者单位: 刊名:
英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:
刘树忠 哈尔滨市安装公司
中国科技财富 FORTUNE WORLD 2010,""(6) 0次
参考文献(4条) 1.叶元烈.机械优化理论及设计.中国计量出版社,2001 2.陈秀宁.机械优化设计.浙江大学出版社,1991 3.黄洪钟.机械传动可靠性理论及应用.北京:中国科学技术出版社,1995 4.王光远.结构软设计理论初探.哈尔滨建筑工程学院,1987
参考文献:、 【l】叶元烈.机械优化理论及设计.中国计量出版 社.2001
【2】陈秀宁.机械优化设计.浙江大学出版社.1991 【3】黄洪钟.机械传动可靠性理论及应用.北京; 中国科学技术出版社.1995 【41王光远.结构软设计理论初探.哈尔滨建筑工 程学院.1987
万方数据
1 65I
1 FORTUNE woRLD 2010 3
相同的失效率; (iii)转换开关是理想的。令
,I(R·n)=一只=一IlIl一(1一置)1l 括l ’ ,
A(R,n)=C.=兀C(Rt)[n。+cxp(仫)J
●ol

·
A(R,n)=M=兀w.,exp(ny‘4)
这样,目标函数为:
nfinF(R,n)=【,I(R,n),A(R.n),A(R,n)】r
如果。~”号表示具有模糊性质的量或运
系统可靠性模糊优化设计既考虑了随机 性因素对系统的影响,又考虑了模糊性因素对 系统的影响。其优化的结果往往比普通优化设 计,可靠性设计、模糊优设计的结果要好。
在机械设计领域中存在着许多不确定性现 象.它的主要表现之一就是模糊性。所谓模糊 就是边界不清楚,如设计工作中遇到的许用应 用力,就是模糊概念。众所周知,当许应用力 【a】=980MPa时,对于应力o=980.098MPa便 为强度不足,但实际上两者并无差别。也就是 说事物从可用到完全不可用之间存在一个过渡 阶段。这个阶段就是模糊区。在优化设计时考 虑影响设计的各种因素的模糊性,就是模糊优 化设计,进行模糊优化设计,不仅优化效果台 大大提高,而且,由于考虑了很多不确定因素 的主观信息,使优化结果更具实际意义。
由于机械结构的复杂性,很多模糊信息难以用数学函数来表达,针对这类问题,本文运用模糊数学和有限元理论,以哈尔滨锅炉厂生产的全量型安 全阀阀体为例,进行复杂机械结构的设计分析和模糊优化。基于VC.NET平台及ANSYS提供的APDL语言,开发虚拟环境下的阀体模糊有限元结构设计的主模 型,对于复杂、难于掌握的ANSYS命令流进行后台封装,大大减小了复杂机械结构模糊优化分析的工作量。
航天设备有效载荷部件的可靠性设计是确保部件产品可靠性的关键环节,因此在产品的研制中,对保证产品的可靠性有着特殊重要的意义。本文运 用模糊数学原理,将NSGA-Ⅱ应用于多目标模糊可靠性优化,在目标解的多样性及收敛性之间达到了更好的平衡,并应用于月球探测卫星(即嫦娥一号卫 星)的热控百叶窗蜗杆传动模糊可靠性设计中。且应用ANSYS/PDS工具进行可靠性优化设计进行验证,为零件结构的可靠性分析提供了参考。
程技术
机械系统可靠性模糊优化
中串一并联系统是普遍的形式,本文就以串一 并联系统的模型为例来讨论系统的可靠性模糊 优化设计问题。
设计理论及实例应用
设某动力机电装置的5级超速保护系统。当 发生超速时,需要关闭5个阀门,切断油料供
刘树忠 哈尔滨市安装公司

摘要: 系统可靠性的优化设计是指在满
足费用,体积.重量,尺寸性能等条件的约束
优解
量取值的条件。这些约束条件大体上有三个方 面:一是几何约束,二是性能约束,三是人文 因素约束。其中,人文因素和性能约束条件 中,包含有大量的模糊因素。模糊优化设计和 一般优化设计一样,仍然是寻求一组设计变量
(即一个设计方案),使目标函数取最优值。并 满足全部约束条件。和一般优化模型不同的是 包含有一个或若干个模糊因素。
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1.期刊论文 莫文辉 可靠性模糊优化设计方法 -南昌航空工业学院学报(自然科学版)2001,15(4)
本文论述了可靠性模糊优化设计方法,它是可靠性化化设计、模糊优化设计的深化.可靠性模糊优化设计既考虑随机因素对产品的影响,又考虑了模糊 因素对产品的影响,优化结果往往比普通优化设计、可靠性设计、模糊优化设计要好.可靠性优化设计是一种值得推广的优化设计方法.
(8)
其中,ห้องสมุดไป่ตู้
R=(Ri,R2,R3.R4,Rs)1:n=(^,/12,飞,~,n5)1 o
第一个约束为对系统的体积约束,即: g。(旯.n)=E=∑wq2 cw(9)
式中,w为系统许用重量t W n『为第i级所 有零件的重量,指数项表示联接并联零部件所 附加的重量。
如果体积,重量,可靠度、成本的允许
(2)
其隶属函数为II c(x)=肛^(x)A p B(x)进一
步可在C中求出确定的最优解x·,它满足
肛c(x‘)=鼍黔¨c(x)
(3)
求解上述优化模型,可得到所需要的模糊
最优解。其基本思想就是把模糊优化『口J题转化为
非模糊优化问题,再用普通优化方法求解。目前 在研究有关模糊优化设计和分析问题中,多用到
下,使统可靠性达到最高,或是在满足一定可靠
性指标要求的条件下使投资最少,以取得最大经
济效益的设计方法。在实际工程设计问题中,一
般都要求兼顾多个目标,即要求多个目标同时达
到最优。针对实际情况,应用模糊理论进行研
究。本文在分析多目标模糊优化设计理论的基础
上.例举7一个应用实例进行探讨。
一:
关键调:可靠性模糊优化系统优化置
束,G。为gu(勋的模糊允许区间。
模型(1)称为不对称型。所谓不对称是指 目标函数和约束条件的地位不对称,是在接受
约束限制的前提下,去寻求最优的目标。另一
种则为对称模型,它把约束和目标的地位等同
起来。在论域xq,给定的模糊目标集A和模糊约 束集B上.寻求既能达到目标又能满足约束的模
糊最优集合C,iiOC=AnB
4.学位论文 刘建明 基于可靠性的网架结构模糊优化设计 2005
作为大跨度空间结构的一种常见结构形式,网架结构广泛应用于建筑工程领域之中.随着跨度的不断增大,出于降低工程成本、减小竖向位移的考虑 ,目前在网架结构的设计中普遍引入了优化设计的概念.现有的优化设计模型,绝大多数是针对确定性情况下的优化,将工程实际中大量存在的模糊性因素 忽略不计;同时,在优化设计的过程中对工程结构的可靠度考虑不多.本文将研究工作的重点放在了上述的两个方面.在优化模型确定的过程中,论文引入模 糊优化容差系数的概念,采用多级模糊优化决策的方法,得到了对优化计算影响最大的容差系数值.依据网架结构相关的设计计算方法,建立起网架模糊优 化设计模型.通过算例分析,网架结构的模糊优化设计有着可观的经济效益.论文借鉴钢结构构件的可靠度指标的取值范围,综合分析网架结构的破坏特点 之后,采用模糊优选方法,确定了网架结构杆件的可靠度指标.将可靠度指标约束条件引入网架结构模糊优化设计中,建立基于可靠性的模糊优化设计模型 ,使网架结构在进行优化设计时达到经济性和安全性的协调统一.本文分别从模糊优化、确定性优化、基于可靠性的模糊优化三种情况对算例优化结果进 行了分析比较,结果表明基于可靠性的网架结构模糊优化设计是可行的并有着较好的经济效益.
一.多目标模糊优化设计的理论基础 和普通优化相似,模糊优化的数学模型也 是从设计变量、l!l标函数、约束条件三个方面 给出的。 模糊优化的设计变量,仍是决定设计方案 的、可由设计人员调整的、独立变化的参数。 这些参数在过去常被视为是确定性的,但严格 说来.大多具有不同程度的模糊性。 模糊优化的目标函数,仍是衡量设计方案 优劣的某一个或某几个指标。 “优”和“劣” 本身,都是模糊概念,没有确定的界限和标 淮。通常说,要使菜指标达到某个值附近,或 达到某一范围内,或越小越好等等,这些说法 实际上反映r目标函数的模糊性。面且,由于 目标函数是设计变量的函数,当考虑没计变量 的模糊性时。目标函数也必然是模糊的。 模糊优化的约束条件,仍是限制设计变
范围分别为90~100,190—220,大干0.9, 160~180,则计算结果为:
R’=(0.79006,0.82620,0.88774,0.69807,0 .80050)T
n’=(3,3,2,3,3)T
R’;O.93883 C,'=166.878 W.'=216.910 U‘=93.000九’=O.83729 在系统可靠性的多目标优化设计中,当 考虑资源限制的模糊性时,能给设计人员提供 更多决策信息和更灵活的决策余地,这就使系 统可靠性优化设计I.日J题得到了一定程度的。软 化”,因而能得出更加符合实际的优化解。
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