多学科设计优化研究进展
多学科设计优化中常用代理模型的研究
内容摘要
然而，尽管代理模型技术有许多优点，但它的应用仍存在一些挑战。例如， 如何选择合适的代理模型类型和参数，如何处理数据的不确定性，以及如何保证 模型的实时性和准确性等问题。未来的研究将需要解决这些问题，以进一步推动 代理模型技术的发展和应用。
内容摘要
总的来说，多学科设计优化代理模型技术是一种强大的工具，可以解决复杂 的工程问题。尽管存在一些挑战，但随着技术的不断发展和进步，我们有理由相 信代理模型技术将在未来的工程领域中发挥更大的作用。
内容摘要
随着现代工业设计的不断发展，多目标优化问题（Multi-objective Optimization Problem，MOP）在诸多领域中都有着广泛的应用。特别是在汽车 设计领域，如何同时优化车身的多项性能指标，如空气动力学性能、结构强度、 碰撞安全性等，是车身设计过程中的关键问题。近年来，基于代理模型的多目标 优化方法在解决复杂问题，尤其是车身设计问题方面表现出极大的潜力和优势。
内容摘要
4、验证与优化：将优化结果通过实际试验进行验证，根据验证结果对代理模 型进行修正和优化。
内容摘要
基于代理模型的多目标优化方法在车身设计中的应用具有以下优点： 1、减少试验次数，降低开发成本：代理模型可以在不完全依赖实际试验的情 况下预测车辆性能，从而减少试验次数，降低开发成本。
内容摘要
三、常用水质模型的应用研究
3、生态模型：生态模型考虑了生物因素在水质变化中的作用，如生态系统内 的生物多样性、食物链结构等。生态模型的应用范围较广，既可用于单一水体的 生态修复，也可用于大范围的水质保护和管理。
四、应用实例及效果评估
四、应用实例及效果评估
以某河流为例，采用ASP模型对其水质进行预测和评估。通过设定不同的污染 源排放量和管理措施，比较模拟结果与实际监测数据的差异，评估模型的准确性 和实用性。同时，结合生态模型对河流进行生态修复方案设计，经过实施后，对 修复效果进行监测和评估。结果表明，ASP模型能够较好地预测水体中的污染物 质衰减过程，为环境保护和水质改善提供决策依据；生态模型在河流生态修复中 具有显著效果，可提高水体自净能力，改善水质。
基于目标级联法和遗传算法的多学科设计优化研究
？ Ｋｅ ｒ ｓＭｕｔ ｉ ｉｌ ａ ｙｄ ｓ ｎｏ ｔ ｚ ｔ ｎ Ｔａｇ ｔ ａｃ ｄｎ ； ｎ ｔ ｌｏ ｉ ｍ ｙｗｏｄ ： ｌ ｄｓ ｐｉ ｒ ｅｉ ｐｉ ａｉ ； ｒｅ ｓａ ｉｇ Ｇｅ ｅｉ ａｇ ｒｔ ｉ ｃ ｎ ｇ ｍｉ ｏ ｃ ｃ ｈ
： ｏ ｔ ｉ ｔ ｎ ｓｌｉｇ ｌ ｇ ｓａ ｅｉ ｐ ｉ ｚｔ ｎ ｐｏ ｌｍ ， ｈｌ ｇ ｎｔ ａ ｏｉ ｍ （ Ａ） ｎ ｐｉ ｚ ｉ ｏｖｎ ａ ｅ—ｃ ｅ ｄ ｓ ｍ ａｏ ｒ ｌ ｎ ｇ ｏｔ ａ ｏ ｒｂｅ ｓ ｗ ｉ ｅ ｅｉ ｌ ｒｈ ｍｉ ｉ ｅ ｃ ｇ ｔ Ｇ ｓ ａ
；
：
‘… ‘ … ： … ‘ ・ ‘ ●… ‘ ・… ‘ ●… 。 ●… ’ ●… ‘ ●… 。 ・… ‘ ●… ‘ ’ ●… ・… ‘ ●… 。 ●… ‘ ・… ‘ ●… ‘ ・… ‘ ・… ‘ ●… ‘ ・… … ●… 。 ・。 ・… ’ ●… ‘ ●… ‘ ・… ‘ ・… 。 ●… 。 ・… ‘ ●… ‘ ●… ・… ‘ ●… 。 ‘ ●… ●… ‘ ●… 。 ・… ‘ ・… ‘
Ａ ａｙ ｃｌ ａｇｔ ａｃｄｎ ，Ｔ ）是 ｉｈｌ ｎｌ ｉ ｅ 等 ９９年 个学科之间的相互耦合关系 ， 利用适当的方法将系统分解为以学 （ ｎｌｔ ａＴｒｅ Ｃ ｓａｉｇＡ Ｃ ， Ｍ ｃｅ ａｏ 人 于 １９ 是一种解 科为基础的模型 ， 然后根据学科之间的相互关 系， 通过特定 的框 提出了一种解决复杂工程系统中目标优化问题 的新方法 ，
多学科设计优化耦合复杂性的研究进展
‘ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ◆ ・ ・ ・ ・ ・ ◆ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ◆ ・ ・ ・ ◆ ・ ◆ ・ ・ ・ ・ ◆ ・ ◆ ・ ◆ ・ ・ ◆ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ◆ ・ ・ ’
Ｚ Ａ Ｇ Ｊ ｇ， Ｉ ｏｇ ｊｎ， Ｉ ａ—ｉ Ｈ Ｎ ｉ Ｌ Ｕ Ｙ ｎ －ｕ Ｌ ｉｌ ｎ Ｂ ｎ （ ｃ ｏｌ ｆ ｕ ｌａ ｅｈ ｏｏｙａ ｄＡ ｔｍ ｔ ｎ Ｃ ｅｇ ｕＵ ｉｅｓｙｏ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｃ ｅ ｇ ｕ６ ５ ， ｈｎ ） ｈ ｏ ｏ ｃ ｒ ｃ ｎ ｌ ｎ ｕｏ ａｉ ， ｈｎ ｄ ｎｖｒｉ ｆ ｃ ｎ ｌ ， ｈ ｎ ｄ ０ ９ Ｃ ｉａ Ｓ Ｎ ｅ Ｔ ｇ ｏ ｔ Ｔ ｇ １ ０
Ｋ ｙｗ ｒ ｓＭｕ ｉ ｓｉ ｉａｙ ｅｉ ｐｉ ｚｔ ｎ Ｃ ｕ ｌ ｏ ｌ ｉ ；ｅｓｉｉ ｎ ｌ ｉ ｅ ｏｄ ： ｌｄ ｃ ｌ ｒ ｓ ｎｏ ｔ ａ ｏ ； ｏ ｐ ｄｃｍｐ ｘ ｙ Ｓｎｉｖ ｙ ａｙ ｓ ｔ ｉ ｐｎ ｄ ｇ ｍｉ ｉ ｅ ｅｔ ｔ ｔ ａ ｓ
● ●
÷ ｕｌｇｅ ｉ ｓｅ ｅ ｓｉｉ ｓ ｅ ｎｍｒｅ．ｎ ｌｆｒｅｒｅ ｃ ｄｅｔｎａ ｄ ａｄ ： ｅｏ ｉ ｌ ｏ ｔ ｅｄｃ ｌｅａ ｕｅ ｄ ｉ ｙ ｕｈｒｅ ａｈ ｉｃｏｓ ｅｎｉ ｅ． ｃ ｐｎ ｒａ ｎｂｗ ｎ ｉ ｐｎ ｅ ａ Ｆ ａ ， ｔ ｓ ｒ ｒ ｉ ｉ ｃ ｔ ｒ ｔ ｌ ｒ ｔ
第 ｌ 期 ０
２１ ０ ０年 ｌ ０月
航空航天系统的多学科优化设计
航空航天系统的多学科优化设计在当今科技飞速发展的时代，航空航天领域取得了令人瞩目的成就。
从翱翔蓝天的飞机到探索宇宙的航天器，这些伟大的工程奇迹背后，都离不开先进的设计理念和技术。
其中，多学科优化设计（Multidisciplinary Design Optimization，简称 MDO）扮演着至关重要的角色。
航空航天系统是一个极其复杂的综合体，涉及到众多学科领域，如空气动力学、结构力学、推进系统、控制工程、材料科学等等。
传统的设计方法往往是将这些学科分别进行考虑和优化，然后再进行整合。
然而，这种串行的设计流程存在着诸多局限性，容易导致设计方案的局部最优而非全局最优，同时也增加了设计周期和成本。
多学科优化设计则是一种将多个学科有机整合，同时进行优化的设计方法。
它的核心思想是在设计的早期阶段就充分考虑各个学科之间的相互影响和耦合关系，从而实现系统整体性能的最优。
在航空航天系统中，空气动力学是一个关键学科。
飞机或航天器的外形设计直接影响着其飞行性能，如升力、阻力、稳定性等。
通过多学科优化设计，可以将空气动力学与结构力学相结合。
在优化外形以减少阻力的同时，确保结构能够承受飞行过程中的各种载荷，避免出现强度不足或过度重量的问题。
结构力学对于航空航天系统的安全性和可靠性至关重要。
在多学科优化中，不仅要考虑结构的强度和刚度，还要考虑其振动特性、疲劳寿命等因素。
同时，要与其他学科协同，以在满足性能要求的前提下，尽量减轻结构重量，提高燃油效率或增加有效载荷。
推进系统也是航空航天系统中的重要组成部分。
对于飞机来说，发动机的性能直接影响着飞行速度、航程和燃油消耗；对于航天器，推进系统的效率则决定了其轨道转移能力和任务执行的可行性。
在多学科优化中，需要将推进系统与其他学科进行综合考虑，例如优化飞行器的外形以减少进气阻力，提高发动机的进气效率，或者根据飞行任务和轨道需求来选择合适的推进技术和燃料。
控制工程在航空航天系统中起着至关重要的作用。
多学科协同与设计优化关键技术
维普资讯
传统的设计优化 一般主要受到 某一个性能或学科 的影响 ，因此造成整体设计优化的结果不理想 ，甚至互相 矛盾 ，这就使设计优化必然走向系统和总体 的设计优化 。随着计算技术 的发展 ，人们开始尝试 将多学科 的设计 综合在 一起 ，进行多学科协调优化 。本文研 究了多学科协 同与设计优化 的关键技术 ，为进行多学科协调优化奠
制 来 设计 复杂 系统 和 子 系 统 声法 论。
目前 国 外 对 多学科 优 化 问题 和 多学 科 优化 集 成 设 计框 架 软 件 的 研 究进 行 了
｛多学科 协 同效 应 的 建模 技 术 ．
由于 多学科 协同 与设计优化 涉及
其 主 要 思想 是 在 复 杂系 统 设 的整 个 过 大 量 的探 索 ，取 得一 定 的进 展 ，开发 的 任 务 、 队 伍 和 工 具 等 诸 多 因 素 ，并 且 程 中利 用分 布 式计 算机 网络 技术 来 集 成 软 也 部分 实 现 了商 业 化 。 己 在 市 场上 因素 之 间 的关 系 复 杂 ，因 此建 立 能够 准 各 个 学 科 （ 系统 ） 知识 ，应 明有 效 的 占很 大 份 额 的 集 成 设 计 框 架 有 Ｐ ｏ ｎｘ 确 、完 整 地描 述 协 同效 应 的模 型 成 为一 子 的 ｈ ｅ ｉ 设 计 优 化 策略 ，组 织和 管理 设 计过 程 。
早 已提 出 了 基 于 全 生 命 周
Ｚ 掌科３ 优化
ｇ ｌ》 ０
Байду номын сангаас
ｍ毛 ｍ ｌ
叫Ｉ ｍ
勘 缸 ＞０
发 策 略 。 类 似 的 方 法 应 用 在 飞 行 器 设
二 、 多学科 协 调 优 化 的 关键 技 术 分 析
多目标多学科优化设计
常见的多目标优化算法包括非支配排序遗传算法、Pareto最 优解法、权重法等。这些算法在解决实际多目标优化问题中 具有广泛的应用价值。
03 多学科优化设计理论
学科交叉的重要性
01
创新性
学科交叉有助于打破传统学科界 限，激发新的思维方式和研究方 法，促进创新。
综合性
02
03
高效性
多学科优化设计能够综合考虑多 个学科的知识和原理，提高设计 的综合性能和整体效果。
船舶结构多目标多学科优化设计
总结词
船舶结构多目标多学科优化设计是提高船舶 结构强度、耐久性和降低建造成本的有效途 径。
详细描述
船舶结构多目标多学科优化设计涉及结构力 学、流体力学、船舶工程等多个学科领域， 旨在实现船舶结构、航行性能和建造工艺的 综合优化。通过多目标优化算法，可以找到 满足多个性能指标的优化设计方案，提高船 舶的结构强度、耐久性和经济性。
探讨多目标多学科优化设计在各个领 域的具体应用，深入挖掘其潜力和价 值，为相关领域的发展提供更多支持。
开展多目标多学科优化设计在实际工 程中的应用研究，提高其在实际问题 中的解决能力和实用性，为工程实践 提供更多帮助和支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
学科交叉的实践方法
1 2
建立跨学科团队
组织来自不同学科的专家和学者，共同开展研究 和设计工作。
制定统一的设计目标和评价标准
在多学科交叉设计中，需要制定明确、统一的设 计目标和评价标准，以便各学科协同工作。
3
加强沟通和协调
在多学科交叉设计中，各学科之间的沟通和协调 至关重要，应定期组织交流会议和讨论活动，促 进信息共享和知识交流。
数控机床多领域建模与设计优化的研究及发展
口 姚小群 口 姚锡凡 口 张 洁
！ ． 东莞理工学院 机械工程学 院 ２ ． 华南 理工大学 机械工程学院 广东东莞 ５ ２ ３ ８ ０ ８
广 州 ５ １ ０ ６ ４ ０
摘
要： 分 析 了 国 内 外 多领 域 协 同 建模 与仿 真技 术 、 多 学 科 设 计 优 化 的 研 究现 状 及 发 展 动 态 ， 介 绍 了 ３种 多领 域 建模
ｄ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｌ ａ ｎ ｇ ｕ ａ ｇ ｅ（ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ） ， ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｏ ｆ ｒ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ （ Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ ） ， ｈ ｉ ｓ ｈ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ（ Ｈ Ｌ Ａ ） ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ
自从 １ ９ ５ ２年 美 国 研 制 出 第 一 台 数 控 系 统 以来 ， 给
机 械 制 造 业 带 来 了 革 命 性 的 变 化 ， 以数 控 机 床 为 代 表 的数 字化 制 造装 备 ，已成 为 现代 化 工业 的关 键技 术装 备 。 作 为 数 控 机 床 中枢 的 数 控 系 统 ， 已从最 初 的硬 件数 控 系统 发展为计 算机数 控系统 （ Ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｎｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ
仿真方法 ． 及 最近 发 展 起 来 的 一种 多 学 科 设 计 优 化 方 法— — 目标 级 联 法 。 指 出数 控 机 床 多 学科 设 计 发 展 趋 势 是 将 统 一 多
领 域 建模 语 言 （ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ） 、 产品数据交换标准 （ Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ ） 、 高 层 体 系结 构 （ ＨＬ Ａ ） 以及 目标 级 联 分析 法 （ Ａ Ｔ Ｃ ） 等 应 用 于数 控 机 床
基于iSIGHT的多学科设计优化平台的研究与实现
基于iSIGHT的多学科设计优化平台的研究与实现一、本文概述随着现代工程技术的快速发展，产品设计的复杂性日益增加，涉及多个学科领域的知识和技术。
这种复杂性要求设计师在设计过程中必须考虑多种因素，如性能、成本、可靠性、可制造性等，从而实现整体最优设计。
然而，传统的设计优化方法往往只能针对单一学科进行优化，难以处理多学科之间的耦合和冲突。
因此，开发一种基于多学科设计优化（MDO）的平台，对于提高产品设计的质量和效率具有重要意义。
本文旨在研究并实现一种基于iSIGHT的多学科设计优化平台。
iSIGHT作为一种先进的优化算法平台，具有强大的优化求解能力和丰富的优化算法库，为多学科设计优化提供了有力支持。
本文将首先介绍多学科设计优化的基本原理和方法，然后详细阐述基于iSIGHT 的多学科设计优化平台的架构、功能和技术实现，并通过具体案例验证平台的可行性和有效性。
通过本文的研究和实现，旨在为设计师提供一个高效、可靠的多学科设计优化工具，帮助他们在设计过程中综合考虑多个学科因素，实现整体最优设计。
本文也希望为相关领域的研究者和技术人员提供一些有益的参考和启示，推动多学科设计优化技术的发展和应用。
二、多学科设计优化概述随着现代工程技术的不断发展和复杂性的增加，传统的单学科设计优化方法已经无法满足许多复杂系统的设计要求。
因此，多学科设计优化（MDO，Multidisciplinary Design Optimization）应运而生，它通过将不同学科的知识、方法和工具集成在一起，实现复杂系统整体性能的最优化。
MDO旨在解决在产品设计过程中出现的跨学科耦合问题，以提高产品的设计质量和效率。
MDO的核心思想是在产品设计阶段就考虑不同学科之间的相互影响和约束，通过协同优化各个学科的设计参数，实现整个系统的全局最优。
这种方法能够有效地减少设计迭代次数，缩短产品开发周期，并降低成本。
同时，MDO还能够提高产品的综合性能，使其在满足各项性能指标要求的同时，达到最优的整体效果。
211110112_基于SysML的多学科设计建模与优化
第44卷 第8期 包 装 工 程2023年4月 PACKAGING ENGINEERING37收稿日期：2022–11–13作者简介：张强（1997—），男，博士生，主要研究方向为基于模型的系统工程（MBSE ）、数字主线。
通信作者：刘继红（1966—），男，博士，教授，主要研究方向为复杂产品数字化设计与制造、知识工程与知识管理、智基于SysML 的多学科设计建模与优化张强，刘继红（北京航空航天大学 机械工程及自动化学院，北京 100191）摘要：目的 基于系统建模语言SysML ，分析多学科设计建模与优化过程，在理解多学科设计与优化数学模型的基础上，构建系统设计优化模型。
方法 通过分析多学科设计优化的数学模型，利用SysML 语言对多学科优化对象模型进行元模型表征，将生成的SysML 模型进行模型转化，转换成XML 格式以便优化求解器进行求解。
结论 提出了一种用于多学科设计建模与优化的SysML 扩展优化建模方法。
通过SysML 系统建模语言的扩展版型，添加多学科优化相关的优化目标、优化约束、优化变量等优化元素的模型内容。
提出了SysML 优化信息的提取方法，以XML 为中间格式，将提取的优化模型与优化求解器进行集成。
通过系统设计与系统优化的集成求解为产品系统架构设计人员提供有效的决策支撑。
关键词：基于模型的系统工程（MBSE ）；SysML ；多学科设计优化；优化模型构建 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)08-0037-11 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.08.004Modeling and Optimization of Multidisciplinary Design Based on SysMLZHANG Qiang , LIU Ji-hong(School of Mechanical Engineering & Automation-BUAA, Beijing 100191, China)ABSTRACT: The work aims to analyze the modeling and optimization process of multidisciplinary design based on sys-tem modeling language SysML, and build a design and optimization model of system based on the understanding the ma-thematical model of multidisciplinary design and optimization. By analyzing the mathematical model of multi-disciplinary design and optimization, the meta-model of multi-disciplinary optimization object model was characterized by SysML language, and the generated SysML model was transformed into XML format to be solved by the optimized solver. A SysML-extended optimization modeling method for multidisciplinary design modeling and optimization is put forward. Through the extended version of SysML system modeling language, model contents about optimization elements such as optimization objectives, optimization constraints and optimization variables related to multidisciplinary optimization are added. An extraction method of SysML optimization information is proposed. With XML as the intermediate format, the extracted optimization model is integrated with the optimization solver. The integrated solution of system design and system optimization provides effective decision support for product system architecture designers.KEY WORDS: model-based systems engineering (MBSE); SysML; multidisciplinary design and optimization; optimiza-tion model building随着科技水平的不断进步和经济的发展需求，工程系统的复杂性不断增大。
多学科设计优化流程研究综述
（ １ ． 东北大 学 机械工程与 自动化学 院，沈 阳 １ １ ｏ ８ １ ９ ；２ ． 辽 宁装备 制造职业 技术 学院，沈 阳 １ １ ０ １ ６ １ １ ； ３ ． 东北大学 计算中心，沈阳 １ １ ０ ８ １ ９
摘
要 ：在复杂产品的多学科设计优化中 ，流程是 实现设 计过 程自动化和专业软件集成的重要技术。目 前 对于多学 科设计优 化流程研 究多从设 计过程 自动化的角度 ，从工作流 模型 扩展 。通过对多 学科设计优 化过程 的分析 ，提出从设 计过程 自动化、程序 可视化和 软件集成 角度进行研 究 ， 并 讨论 上述 三个 方 面的研 究 内容和 取得 成果 。针 对多 学科 设计 优化 流程作 为优 化算 法的 实 现 ，具有科 学计算可 视化和程 序可视化 的特点 ，提出将其视 为一个多 学科融合 的新对象进行 研 究。
０ 引言
在 航 天 、 航 空 、舰 船 等 复 杂 产 品 设 计 中 ， 多学科设计优化设计 （ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｄ ｉ ｓ ｃ ｉ ｐ ｌ ｉ ｎ ａ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
平 台 ， 东北 大 学 基 于 Ｃ ＯＭ技 术 构 建 的 发 动机 涡 轮集成 设 计 系 均 属于 此类 系统 。 程 序 脚 本 方 式 是 针 对 多 学 科设 计 优 化 系 统 建 设 的 需要 ，设 计 一 种 专 门 的脚 本 程 序 。 此种 方 式
Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ＭＤＯ）正 在 被 广 泛 地 应 用 在 产 品
的概 念设 计 和详 细设 计 当 中 。多学 科 设 计 优 化 设 计 实现 复 杂 系统 的 整体 最 优 ， 同 时兼 顾 各个 子 系 统 之 间的约 束和 耦合关 系ｕ 。 在 不 同 的 学 科 和
多学科设计优化方法及其应用研究的开题报告
多学科设计优化方法及其应用研究的开题报告1. 研究背景和意义随着现代工业的发展以及科技的不断进步，多学科设计优化方法越来越受到关注和重视。
多学科设计是一种逐步发展起来的交叉学科领域，它结合了不同学科的理念和技术，旨在解决复杂的设计问题。
多学科设计优化方法则是在多学科设计的基础上，采用最优化理论和方法对设计方案进行全面优化，以提高设计质量和效率，降低成本，增强竞争力。
本研究旨在对多学科设计优化方法进行深入研究，并探究其在各领域的应用，从而提高多学科设计的效率和质量，并为优化设计提供可靠的理论支持。
2. 研究内容和方法本研究的主要内容包括多学科设计优化方法的理论和技术研究，以及其在工程和制造等领域应用的探究。
在理论和技术研究方面，研究将重点探讨多学科设计的基本理论和方法，如多目标优化、多属性决策、可行性设计等，以及全局优化、局部优化、组合优化等多学科设计优化方法。
同时，研究将探讨这些方法的优缺点，以及如何在实际中应用这些方法达到优化设计的目的。
在应用探究方面，研究将分别以工程和制造领域为例，探讨多学科设计优化方法在这两个领域的应用。
通过案例研究，揭示多学科设计优化方法在提高设备性能、降低成本、优化制造流程等方面所取得的成果和效果，并探讨如何推广和应用这些方法。
本研究将采用文献综述和案例分析等方法来完成研究内容。
通过对现有文献和案例的分析和总结，可以系统化地了解多学科设计优化方法的理论和技术，以及在工程和制造领域的应用现状和发展趋势，并为未来的研究提供指导。
3. 研究目标和意义本研究的主要目标是对多学科设计优化方法进行深入研究，并探究其在各领域的应用，从而提高多学科设计的效率和质量，并为优化设计提供可靠的理论支持。
具体目标包括：1.系统性地总结多学科设计优化方法的理论和技术，了解其优缺点以及在不同应用场景中的适用性和有效性；2.分析多学科设计优化方法在工程和制造领域的应用现状和发展趋势，揭示它们在提高设备性能、降低成本、优化制造流程等方面所取得的成果和效果；3.针对多学科设计优化方法在应用过程中的关键问题和难点，探讨改进和完善的方向和方法，提高设计效率和质量；4.为后续研究提供理论支持和实践经验，推广和应用多学科设计优化方法，促进技术进步和产业发展。
基于协调机制的多学科设计优化框架研究
２２０） １０ ３
摘 要 ： 过 引 入 分 解 和 协 调 策 略 ， 建 了基 于 协 调 机 制 的 多 学 科 协 同 优 化 方 法 的 统 一 框 架 ． 该 框 通 构 在
架 中 ， 入 了基 于 函数 关 系 矩 阵 （ Ｄ 的 多 学 科 分 解 策 略 和基 于 参 数 化 近 似 模 型 的 协 调 策 略． 引 Ｆ Ｔ） 讨
Байду номын сангаас
模 型 的协调 策略 ． 最后进 行 了减速 器 的优化设 计 ； 根据 实例 的计 算 结 果 ， 对上 述 几 种 多 学科 设 计 优
化 方 法 进 行 了定 量 的 比较 和 研 究 ．
经 过分 解后形 成 的 ＭＤ Ｏ模 型 必 须保 持解 空 间 的
等 价性 ；３ （ ）集 成 与 求 解 ： 用 ＭＤ 优化 过 程 集 运 ０
０ 引
言
１ 基 于协 调 机 制 的 多 学科 协 同优 化 方 法 统 一 框 架 的构 建
复 杂工 程系统 的设 计过 程是一 个 多学科 交叉
的 系 统 工 程 ， 设 计 的 高 度 非 线 性 和 强 耦 合 性 使 其 本 文 提 出 了如 图 １ 示 的 ＭＤ 理 论 研 究 主 所 ０
分解 和协 调策 略 ， 建 了基 于协 调 机 制 的多 学 科 构 协 同优化 方法 的统一 框架 ． 同时在该 框架 中 ， 引入 了基 于 函 数关 系 矩 阵 （ｕ ｃｉｎ ｌ ｅ ｅ ｄ ｎ ｙｔ— ｆ ｎ ｔ ａ ｄ ｐ ｎ ｅ ｃ ａ ｏ
ｂｅ Ｆ Ｔ） 多 学 科 分 解 策 略 和 基 于 参 数 化 近 似 ｌ， Ｄ 的
第 ３期
李 冬 琴 ， ： 于 协 调 机 制 的 多 学 科 设 计 优 化 框 架 研 究 等 基
航天器多学科设计优化研究综述
本 文针 对 航 天 器多 学 科设 计优 化 问题 ， 绍 了 介
国内外 在 Ｍ Ｏ 系 统 建 模 、 成 设 计 框 架 开 发 和 Ｄ 集 ＭＤ Ｏ应 用等 方 面的研 究情 况 ， 析 了航 天 器 多学 科 分 设 计优 化存 在 的困难 及进 一 步研究 的 重点 。
此 式表 明 ， Ｄ 是进 行 复 杂 系 统 设 计 的 过 程 中 ， ＭＯ 结 合系统 的 多学科 耦 合 本 质 ， 分 利 用 各 种 多学 科设 充
计算 机 技术 、 息技 术 、 拟 现实 技 术 、 计 制 造 集 信 虚 设 成技术 等 的 飞速 发 展 ， 国外 Ｍ Ｏ技 术 在 航 空 航 天 、 Ｄ 机械 电子 、 车船舶 等诸 多领 域 得到 了成 功的应 用 。 汽
维普资讯
第２ ７卷 增 刊 ２０ ０６年 １ ２月
宇 航 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｔ ｎ ｕ ｃ ｏ ｒ ａ ｒ ａ ｔ ｓ ｏ ｃ ｍｂｅ ２ ６ ｒ ０Ｄ
航 天 器 多学 科 设 计 优 化研 究 综 述
收 稿 日期 ：０５１ ７ 修 回 日期 ：０ ６０．９ ２０ ．１１ ； ２０．５０
计 与多学 科 分析 工 具 ， 终 达 到 基 于 多 学 科 优 化 的 最 方 法 论 体 系 ， 不 是 简 单 地 优 化 方 法 。它 强 调 ： 而 ①
最优解 的 相对性 ， 化 追 求 的并 不 一定 是 一 个 最 优 优
Ｍ Ｏ的 核心 问题 在 于设 计 过 程 中充 分 考 虑学 Ｄ
科 之 间的耦 合 效 应 ， 进 行 合 理 的 分解 协 调 。它 可 并
以形 象地 描述 为 ：
ＭＤＯ ＝ ＭＤ ＋ ＭＡ ＋ Ｍ０
多学科设计优化算法研究综述
多学科设计优化算法研究综述杨磊;韦喜忠;赵峰;李胜忠【摘要】随着多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)技术的发展,它将成为优化设计的大趋势.为了能够更好地运用MDO来解决船舶设计优化问题,本文对近年来发展的MDO算法进行系统梳理和分类,对发展已较成熟的几种算法进行简要介绍,对新发展的几种特殊算法应用环境、性能特点进行重点介绍;最后,对MDO算法研究存在的不足和今后发展趋势提出了若干建议.%With the development of the Multidisciplinary Design Optimization (MDO) technology, it will become the general trend of the optimization in the future. For a better use of MDO to solve ship design problem, this paper provided a survey and classification of the main MDO algorithms that have been present in recent literatures. A brief introduction was carried out for some developed MDO algorithms, but a more details of the application environment as well as performance features were present here for several developing ones. Finally, a discussion on the drawback and develop trend of MDO al-gorithm were performed, and several suggestions were given.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】6页(P1-5,47)【关键词】多学科设计优化;多学科设计优化算法;算法分类【作者】杨磊;韦喜忠;赵峰;李胜忠【作者单位】中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214082【正文语种】中文【中图分类】U662现代工程系统规模越来越大、系统之间的交互作用越来越精细、复杂，已很难应用传统优化方法，并通过经验来协调系统内部的耦合效应。
多学科设计优化在载人航天器构型设计中的应用研究
第 ３ 期
胡添元 等 ： 多学科设计优化在载人航天器构型设计中的应用研究
９ ３
主剖 面 形状 可 由以下 参 数确 定 ：对接 舱 直 径 ， 服
务舱 前 圆柱段 直 径 ： ，服务舱 后 圆柱 段 直径 ， ， 推
进 舱 通道 直径 。
根 据 实际 需求 ， 自主 地确定 优 化 问题 的设 计 变量 和 约束 ， 可选 择适 当的分 析模 型 和优化 算 法 ， 并且 每 个 分 系统 能 同 时进行 设计 优化 。但 由于 总体 优化 过 程 中进行 的 每 １次迭 代 ，各分 系 统均 需要 完 成 １ 次 优 化， 使得 分 系统 的分 析 次数很 多 ， 为此 产 生 了克 服上 述缺 陷 的一个 有效 措施 ， 即应 用代理 模 型技术 。 将 代 理模 型技 术 引入 二级 优 化方 法 ，用 代 理模 型代 替各 学科 的优化 过程 ，可克 服原 二 级优 化方 法 的缺 陷 ， 既可 以减 少各 学 科 的设计 次数 、 缩短 设计 时
化［ ６ １ 。Ｉ ｒ ｅ ｎ ｅ 等 利 用协 同优化 方法 进 行 了天 基 跟 踪 与
（ １ ） 总体 轮廓 参 数 ： 这 些 参数 用 于描 述 平 面外 形 特征 ， 包 括 对 接舱 长 ， 服务 舱 前 圆锥 段 长 ， 服 务
舱前 圆柱 段长 Ｌ ， 服务 舱 后 圆锥段 长 Ｌ ， 服务 舱 后 圆 柱段 长 ， Ｊ ， 推进 舱 长 Ｌ ， 太 阳翼 支架 长 ， 太 阳翼 长
机、 管 路 阀 门等 推进 系统设 备 的安装 要求 。
为 了建立 载 人航 天器 构 型参数 化 模 型 ，可 将构 型参 数分 为 以下两类 ：
构集 成 模 型 的基 础 上 ， 采 用 商 用 软 件工 具 ， 进行 热 、 结构 和 光学 系统 的分 析 ， 并利 用 ｉ Ｓ Ｉ Ｇ Ｈ Ｔ进 行 集成 优
新型多学科设计优化算法研究
ｄ ｓｇ ｒｂ ｅ ｅ ｉ ｐ ｏ ｌｍ．Ｉ ｓ ｏ ｓ ｔ ａ ｅ ｎ ｗ ｆ ｍｅ ｉ ａ ｙ ｔ ｅ ｒ ａｉｅ ｎ ｃ ｍｐ ｔｒａ ｄ ｄ ｅ ｏ ｅ ｄ ｓ ｓｅ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｒ ｈ ａ ｓｅ ｓ ｏ ｂ ｅ ｌ ｄ ｏ ｏ ｕ ｅ ｎ ｏ ｓｎ ｔｎ ｅ ｙ ｔ ｍａｉ ｉ ｏ ｄ － ｚ ｃ￣
ＫＥ Ｗ Ｏ Ｓ Ｍｕ ｉ ｄｓｉ ｉａ ｅｉ ｐｉ ｚｔ ｎ Ｍ Ｏ） Ｃ ｌ ｏａ ｖ ｐ ｍ ｚｔ ｎ Ｃ ； ｏ ｓ ｔ ｔｅｔｅ Ｙ ＲＤ ： ｌ — ｉ ｐ ｎ ｒ ｄｓ ｎｏｔ ａｏ （ Ｄ ； ｏ ａ ｒｔ ｅｏｔ ｉ ｉ （ Ｏ） Ｃ ｎｉｅ ｓｉ— ｔ ｃｌ ｙ ｇ ｍｉ ｉ ｌ ｂ ｉ ｉ ａｏ ｓｎ ｒ ｒ
ｅ ｔｒ ｓ ｃｉ ｎ Ｆ ｒｅ ａ ｌ ｔ ｅ ｌｒ ｅ ｃ ｍｐ ｔｔ ｎ ｂ ｒ ｅ ｎ ｅ ｃ ｌｕ ａｉ ｎ ａ ｅｅ ｓ ｉ ｅ ｇ ｎ ．Ｔ ｅｎ ｗ ａ ａ ｎ ｅ ｔ ｔ ． ｏ ｘ ｍｐ ｅ， ｈ ａｇ ｏ ｕ ａ ｉ ｕ ｄ ｎ ａ ｄ ｔ ａｃ ｌｔ ｒ ａ ｙ ｄ ｖ ｒｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｍｅ ｈ ｓ ｉ ｒ ｏ ｏ ｈ ｏ ｒ ｉ ｒ ｖ ｄ ｔ ｅｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｅ ｉ ｉｎ ｙ ａ ｄ ａ ｏ ｄ ｄ ｔ ｅｄ ｖ ｒ ｅ ｃ ｆｔ ｅｓ ｓ ｍ —ｌｖ ｌ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｂ ｅ ｉ ｒ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｐ ｉ ａｉ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｖ ｉ ｅ ｉｅ ｇ ｎ ｅ ｏ ｙ ｔ ｈ ｍｉ ｏ ｈ ｈ ｅ ｅ ｅ ｔ ｏ ｍｉａｉ ｙｒ ｄ ｓｉ ｔ ｏ ｔｂ ｎ ｈ
ｎ ｔ ｎ，ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｗ ｆａ ｅｓ ａ ｂ ｔ ｒｏ ｔ ｚ ｄ ｒ ｓ ｌ ｔ ａ ａｉ ｏ ｎ ｈ ｅ ｒ ｍｅ ｇ ｔ ｅ ｔ ｐ ｉ ｅ ｅ ｕ ｔ ｈ ｎ ＣＯ．Ｔ ｅ ｎ ｗ ｆａ ｓｅｆ ｃｉ ｅ ｅ ｍｉ ｈ ｅ ｍｅ ｉ ｆ ｔ ． ｌ ｅ ｖ
航空发动机多学科综合优化设计
目 录
• 引言 • 航空发动机多学科优化设计理论 • 航空发动机多学科综合优化设计方法 • 航空发动机多学科综合优化设计案例分析 • 航空发动机多学科综合优化设计展望
01
CATALOGUE
引言
研究背景
航空发动机是飞机的心脏，其性能直接影响到飞机的安全和效率。随着科技的发 展，对航空发动机的性能要求也越来越高，因此需要不断进行优化设计。
总结词
涡轮叶片优化设计
详细描述
涡轮叶片是航空发动机中承受高温和高应力的关键部件，其性能对发动机的可靠性、寿命和性能具有 重要影响。通过对涡轮叶片进行优化设计，可以提高其耐热性能、抗疲劳性能和冷却效果，从而延长 发动机的寿命。具体包括改进叶片材料、优化叶片形状和冷却系统等措施。
案例三：某型航空发动机控制系统优化设计
多目标优化算法研究 研究适用于航空发动机多学科优 化设计的高效多目标优化算法， 解决多目标、多约束优化问题。
智能优化与决策支持 结合人工智能、大数据等技术， 开发智能优化与决策支持系统， 实现多学科优化设计的智能化和 自动化。
THANKS
感谢观看
分解协调法
分解协调法是一种将复杂的多学科问题分解为若干个相对简单的子问题，并分别对子问题进行优化的 方法。
该方法通过合理地分解多学科问题，将不同学科的约束和目标分别进行优化，再通过协调子问题的解， 达到整体性能最优。
分解协调法能够降低多学科问题的复杂度，提高计算效率和可操作性，适用于大规模的多学科优化问题 。
航空发动机多学科优化设计特点
高度复杂性
航空发动机多学科优化设计涉及多个学科领域，如热力学 、流体力学、结构力学、控制理论等，需要综合考虑各种 因素之间的相互作用和影响。
多学科协同与设计优化关键技术研究
文 献标识 码
A
文章编号
：
10 0 9
-
94 92
(2 0 0 8 ) 0 2 0 0 1 6 0 2
—
1
引言
传统 的设 计 优 化
一
般 主 要 受 到某
一
个性 能或学 科 的影
，
系 统 级优 化
a r
响
，
因此 造成 整体设 计优化 的结果 不 理 想
甚至 互 相矛盾
。
，
in F
系 统 目标
一
这 就使 设 计优 化 必 然走 向系统 和 总 体 的设 计优 化
，
一
，
甚 至 互 相矛盾
起
一
，
这 就 使设
。
和 总体 的设 计 优 化
。
，
，
进 行 多学 科 协 调 优 化
同与设计 优 化关键技 术 关键 词
：
并 提 出 了 协 同设 计 优 化 的 方 法
对 探讨 多学科协调优化有
定的
多学科 ；
：
协 同 与设 计 优 化
；
多学科协调
：
中图分 类号
TH l 2 2
维普资讯
业信息化
多学科协 同与 设计优化关 键 技术研 究
司徒 渝
(四 川
程 职 业 技 术 学院
卑
工
，
四
川德 阳
6 180 0 0 )化一源自般主要 受到 某一
个性能或学科的影 响 随着计算技 术 的发展
，
，
因 此 造 成 整 体设 计 优 化 的 结 果 不 理 想 人 们 开 始 尝 试 将 多 学 科 的设 计 综 合 在
多学科设计优化研究应用现状综述
Ｓｅ ｐ．２ ０ ０７
文 章 编 号 ：１０ —８ ２ ２ ０ ） ３０ ６ —１ ０ ０４ ８ （０ ７ ０ —０ ３０ ０
多学 科 设计 优 化 研 究应 用现 状 综 述
赵 敏 崔 维 成 ，
（ ．上 海 交通 大 学 海 洋 工程 国 家 重 点 实验 室 ， 海 ２０ ３ ；２ 中 国船 舶科 学研 究 中心 ， 苏 无 锡 ２ ４ ８ ） １ 上 ０００ ． 江 １０ ２
Ｉ ｔｒ ａｉｎ ｌ 司开发 的 Ｏｐ ｉ ｓ 。 ｎｅｎ ｔ ａ 公 ｏ ｔ ｍｕ 等
维普资讯
４ ８卷 第 ３ （ 第 １ ８期 ） 期 总 ７ ２０ ０ ７年 ９月
中
国
造
船
Ｖｏ ． ８ ＮＯ． （ ｒａ ． ７ ） １４ ３ Ｓｅ ｉ １Ｎ０ １ ８
Ｓ ＰＢＵＩ ＨＩ ＬＤＩ ＮＧ ０Ｆ ＣＨ Ｉ Ａ Ｎ
— —
计 算代 价 和 组 织 复 杂性 ， 绍 了多 学 科 设 计 优 化 的主 要 内容 。然 后 分 别 介 绍 了当前 处 理 多 学科 设 计优 化 介
的 两 种 方 法 —— 试 验 设 计 和 多 学科 优 化 算 法 。船 舶 和 海 洋 工 程 结 构 物 设 计 也 是 一 个 涉及 到 多个 学 科 的 系统 工程 ， 而 多 学科 设 计优 化 的 应 用 却 很 少 ， 然 因此 实 现 船 舶 与 海 洋 工 程 结构 设 计 的 多学 科 设 计 优 化 也 必 将 具 有
构和多学科优化学会 （ ｔｒａｉ ａ Ｓ ｃ ｔ ｏ Ｓｒｃｕａ ａ ｄＭｕ ｉ ｓｉ ｉａｙ ｐｉ ｉ ｔ ｎ 简称 ＩＳ Ｉ ｅｎｔ ｎｌ ｏｉ ｙ ｆ ｔ ｔｒｌ ｎ ｌｄ ｃ ｌ ｒ ｔ ｚ ｉ ， ｎ ｏ ｅ ｕ ｔ ｉ ｐｎ Ｏ ｍ ａｏ Ｓ一
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的集成的系统设计方法论。ＭＤＯ的主要思想是在
复杂系统设计的整个过程中，集成各学科（子系统）
收稿日期：２００４一０６—１１；修订日期：２００４—１１一０１。Ｒｅｃｅｉｖｅｄ １１ Ｊｕｎ．２００４；ａｃｃｅｐｔｅｄ
０１
Ｎｏｖ．２００４．
基金项目：国家自然科学基金资助项目（６００７３０３６，５０２７５０１９）；高等学校博士点专项科研基金资助项目（２００１０１４１００５）。Ｆｏｕｎｄａｔｉ∞ｉｔｅｍ一般是在单级（系统级）中根据所有设 计准则进行优化，但对于复杂优化问题的复杂描述
模型往往无法解决。ＭＤＯ将系统分为系统级和学
法、人机界面。文献［３］总结了ＭＤ０所选择的优化 方法模型必须满足的要求：①适应问题的数学结构； ②与目前的设计原则和风格兼容；③可利用现有的 分析工具进行工作。由于篇幅所限，本文重点讨论 建模、分解和组织以及ＭＤ０算法和技术。
ｉ
束）处理方式进行分类［４］，可分为：
（１）全集成优化建模（Ｆｕｌｌｙ ｚａｔｉｏｎ，ＦＩＯ）建模
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐｔｉｍｉ—
ｌ—ｏ。（３）
ＡＮ（ｚ，蝴（ｚ），…，“Ｎ（ｚ））ｌ
这种方法就是ＭＤＦ，在工程上
式中，Ｎ为ＭＤＯ子系统的数目。式（３）即是多学科
分析（Ｍｕｌｔｉ Ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ，ＭＤＡ）方程，其
科级两级或多级问题处理，即利用分解技术，把复杂 问题分解为一个主问题和几个子问题。ＭＤＯ分解 优化涉及各学科与系统的分析、各学科与系统的敏
万方数据
第６期
王奕首等：多学科设计优化研究进展
度计算以及学科级与系统级的优化和协调，一般分 为层次式分解或非层次式分解。多级分解的级数一 般取决于涉及的学科数目，在每一级上用属于该级 的分析方法进行优化，各级之间交换优化敏度参数， 以提供必要的耦合，当每一级都收敛且系统总收敛 时，则获得最优设计，由此获得全局收敛结果依靠各 级的耦合程度。分解技术是提高ＭＤＯ敏度计算的 有效手段，可有效减少系统分析的计算费用。 ＭＤＯ分解算法根据问题目标函数和约束及其 相互之间的连接强弱，把系统优化问题转换为主问 题和子问题集。这种主问题和子问题的优化问题一 般称为两级规划问题，求解难点在于如何处理它们 之间的耦合关系。分解方法一般采用Ｔａｍｍｅｒ分 解法，把全局变量设为固定值获得子问题，主问题是 无约束问题，其目标函数是子问题优化函数的集合。 每次迭代中，进行子问题求解，产生主问题搜索方 向，从而在保证与原始问题等价的条件下，提高主问 题的求解效率。另一种分解方法则是协同优化分解 法［５］。该方法是在不同子问题中取不同的全局变量 值，对子问题的目标函数采用非精确罚函数法，保证 该全局变量值收敛到目标解。其优点是总能保证解 的可行性，缺点是主问题和子问题是退化衰减的。 ＭＤＯ的一个关键问题是如何集成多学科信息 和知识。例如，航天器的设计和分析问题是个耦合 了多学科知识的复杂问题，其有效的设计优化必须 集成不同学科的知识，如空气动力学、稳定性和结构 分析等，然而利用优化技术获得的设计有效性，在很 大程度上依赖其分析过程的精确性，故在闭环优化 中，有效集成综合分析和组织过程至关重要。
第１１卷第６期 ２ Ｏ Ｏ ５年６月
计算机集成制造系统
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｖ０１．１１ Ｎｏ．６
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ
Ｊｕｎ．２ Ｏ Ｏ ５
文章编号：１００６—５９１１（２００５）０６一０７５１一０６
多学科设计优化研究进展
王奕首１’２，史彦军３，滕弘飞２’３
（１．大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连 ２．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连
ｔｏ
ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ
ｏｆ
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．ＪＶ【【）０
Ｔｈｅ
ａｎ
ｃｏｍｐｌｅｘ ｅｎｇｉｎｅｅｒ—
ｓｙｓｔｅｍｓ ｓｕｃｈ
ａｓ
ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ｄｅｓｉｇｎ．
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ＴⅥ【）０ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄ—
系统敏感性分析、近似技术、ＭＤｏ算法或优化方
一。该方法引入了辅助变量和耦合多学科分析的一 致性约束，提高了各学科优化的自治性，但较难找到 满足学科设计变量的初始辅助设计变量。
（４）协同优化（Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，
ＣＯ）建模该方法是非凸、非线性二级优化方法，系 统级约束是交叉学科一致性约束，力求使学科级输 入和输出差异最小化，但实际上仍存在“冲突”问题。
Ｓｔｅｗａｒｄ等人在１９９１年把ＭＤＯ涉及到的各个
及学科增多（并行工程）带来的长期而又昂贵的反馈
代价。但会产生一个矛盾，即多学科耦合的增加导 致设计变量增多，而设计师可操作的变量却减少了。 ＭＤＯ算法就是有效解决此问题的关键。多学科设 计优化的主要问题是如何获得各学科之间、子系统 之间必要的耦合信息，据此在合理的时间内指导最
ｓ．ｔ．
（１） （２）
ｇ，（ｚ，“（ｚ））≥Ｏ，；＝１，２，…，ｍ。
式中，ｚ为设计变量向量，厂为目标函数，ｇ为约束函 数，“（ｚ）是系统分析方程Ａ（ｚ，“（ｚ））确定的状态方
程。
ａｐｐｒｏａｃｈ）；按ＭＤＯ问题的显式和隐式约束
类型（学科分析约束、设计约束和交叉学科一致性约 ｆＡＩ（ｚ，撕（ｚ），…，晰（ｚ））１ Ａ（ｚ，“（ｚ））一Ｊ
入ＭＤＡ系统，由式（２）求解出状态向量“，即多学
即Ｃｒａｍｅｒ提出的ＡＡＯ，
该方法以较快速度找到可行空间的最优解，但缺乏 鲁棒性。 （３）分布式分析优化（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｐ— ｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＤＡＯ）建模 ＩＤＦ方法是其中的方法之
科系统分析。只有当设计变量ｚ满足ＭＤＡ时，才 能进一步获得约束和目标函数，此时设计方案称为 一致性设计（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｄｅｓ培ｎ）；当一致性设计在满 足状态方程前提下，且满足显式约束集式（２）的要求 时，则称为可行性设计（ｆｅａｓｉｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ）；当可行性 设计通过定性评价接近达到最佳性能时，则称为最 优设计。 文献［２］给出的ＭＤＯ的主要研究内容可以概 括为６个方面，即系统数学建模、分解和组织技术、
有时也称为一次性（ａｌｌ—ｉｎ—ｏｎｅ）优化，主要是利用
变量简化技术，缺点是每次迭代需进行多学科分析， 效率低。
（２）并行分析与设计（Ｓｉ访ｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ，ＳＡＤ）建模
中的Ｎ个子系统分析方程确定了学科分析和交叉 学科耦合关系，状态方程“（ｚ）一般以耦合差分方程 描述。这里假定系统的多目标函数可通过加权法和 约束法转化为式（１）的单目标函数，。 ＭＤＯ的一般求解过程是设计变量向量集ｚ输
ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ；ｃｏｍｐｌｅｘ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ｄｅｓｉｇｎ
０
引言
由于航空航天器系统愈来愈复杂，航空航天工
优化方法，为ＭＤＯ理论研究奠定了基础口］。美国
航天局（ＮＡＳＡ）对ＭＤＯ的定义是：ＭＤ０是一种通
１１６０２４； １１６０２４） １１６０２４；
３．大连理工大学计算机科学与工程系，辽宁大连
摘要：多学科设计优化是一种基于学科分析和优化的集成的系统设计方法论，是解决航天器设计等复杂工
程系统问题的有效手段。综述了多学科设计优化的研究进展及其在航天器设计中的应用。重点介绍了系统数学
建模、分解与组织技术及多学科设计优化算法等关键技术，讨论了多学科设计优化目前存在的问题和发展趋势。 关键词：多学科设计优化；关键技术；复杂工程系统；航天器设计 中图分类号：Ｖ４２３；０２３１．５；ＴＰ２０２ 文献标识码：Ａ
１１６０２４，Ｃｈｉｎａ； １１６０２４，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｃｈ．ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇ．，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｔｅｃｈ．，Ｄａｌｉａｎ ３．Ｄｅｐ．‘ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
Ｓｃｉ．
＆Ｅｎｇ．，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｔｅｃｈ．，Ｄａｌｉａｎ
ａ
１１６０２４，Ｃｈｉｎａ）
ｏｎ
ｅｔ
ｉｅｄ． Ｓｅｖｅｒａｌ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（ｓｙｓｔｅｍ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ＭＤ０ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ａ１）ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ．
Ｋｅｙ
Ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ＩⅥＣ）ｏ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
过充分探索和利用系统中相互作用的协同机制来设
计复杂系统和子系统的方法论。 目前，ＭＤＯ被视为一种基于学科分析和优化
业界和学术界率先认识到多学科设计优化（Ｍｕｌｔｉ—
ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＭＤＯ）研究的必
要性和迫切性。２０世纪８０年代末，Ｓｏｂｉｅｓｋｉ提出了 复杂耦合系统全局敏度方程分析方法和并行子空间
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ
ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｉｎｇ
Ｄｅｓｉｇｎ
０ｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＭＤ０）ｉｓ
ｉｓ ｒｅｇａｒｄｅｄ
ａｓ
ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ ｓ０１ｕｔｉｏｎ
１
２系统数学建模
系统数学建模（ｓｙｓｔｅｍ
ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ一
ｉｎｇ）是建立多学科设计优化的前提。系统建模一般 指系统设计特征的层次性定义或者系统几何、功能 特征的数学描述。模型分为物理模型和非物理模 型，包括气动、结构分析等传统学科的分析模型，以 及维修性、可靠性和成本预算等新的学科分析模型， 并且在数学模型中还要表达各门学科相互影响的关 系。数学建模有助于用优化工具在设计空间中找到 从初始点到最优点的数学优化路径。 系统数学建模按ＭＤＯ涉及的学科进行分类，