3-6-多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化

多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化

(Multidisciplinarydesignoptimization,MDO)17八月202421MDO方法提出的背景

隨著時代的進(jìn)步，如今每個學(xué)科領(lǐng)域都形成了自己的一套研究方法與發(fā)展思路，但顯然各學(xué)科間明顯缺乏溝通與聯(lián)系，形成了一個個的"學(xué)科孤島"（與80年代由于CAD技術(shù)迅猛發(fā)展而帶來的"信息孤島"問題相似）。17八月20243MDO于1980年代發(fā)展起來。奠基人是J.Sobieszczanski-Sobieski，1982年他在研究大型結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題求解的一篇論文中，首次提出了MDO的設(shè)想，引起了學(xué)術(shù)界極大關(guān)注。由于飛行器系統(tǒng)日益復(fù)雜，航空航天領(lǐng)域最先開展MDO研究和應(yīng)用。飛機設(shè)計中就包括了空氣動力學(xué)、發(fā)動機、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、傳熱學(xué)、液壓、傳動、自動控制、電子、計算機、可靠性、維修性、安全性、測試性等若干學(xué)科。17八月2024417八月20245傳統(tǒng)方法17八月20246改進(jìn)后方法17八月202471991年，美國的MDO白皮書明確提出：MDO應(yīng)當(dāng)由政府部門、大學(xué)和工業(yè)界共同推動。1994年NASA認(rèn)為：航空航天對MDO的研究和應(yīng)用有廣泛的興趣和支持，新的飛行器設(shè)計要在滿足性能要求前提下盡可能滿足可承受性，成本帶入設(shè)計過程會改變設(shè)計問題的數(shù)學(xué)本質(zhì)。17八月20248MDO在工業(yè)界也得到應(yīng)用，1998年AIAA的MDO技術(shù)委員會就MDO在工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了調(diào)查，涉及到波音公司的翼身融合飛機17八月20249洛·馬公司的F-22飛機結(jié)構(gòu)/氣動一體化設(shè)計17八月202410旋翼飛行器的旋翼設(shè)計與優(yōu)化F/A-18E/F飛機的設(shè)計優(yōu)化F-16高敏捷“戰(zhàn)隼”的多學(xué)科設(shè)計與優(yōu)化歐洲區(qū)域運輸機結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及以A3XXX為研究對象的工作。17八月202411

多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的定義和難點NASA的Langley研發(fā)中心的多學(xué)科分支機構(gòu)對多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的定義為:多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化是一種通過充分探索和利用系統(tǒng)中相互作用的協(xié)同機制來設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)工程和子系統(tǒng)的方法論在多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的過程中，須要考慮系統(tǒng)中各個學(xué)科之間的耦合效應(yīng)，會產(chǎn)生比傳統(tǒng)單學(xué)科優(yōu)化設(shè)計復(fù)雜得多的問題,其中最主要的兩大難點就是:計算代價和組織復(fù)雜性17八月202412多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的意義

通過充分利用各個學(xué)科之間的相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng),獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)解；

通過實現(xiàn)并行計算和設(shè)計，縮短設(shè)計周期；

采用高精度的分析模型，提高設(shè)計結(jié)果的可信度。17八月2024132基本思路設(shè)計者在進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計時,必須充分考慮各個學(xué)科之間的相互耦合關(guān)系,并利用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑾到y(tǒng)分解為以學(xué)科為基礎(chǔ)的模型根據(jù)學(xué)科之間的相互關(guān)系，通過特定的框架協(xié)調(diào)和控制這些子系統(tǒng)(學(xué)科)，從而最終獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)解。17八月202414c.耦合關(guān)系拆解，子系統(tǒng)建模b.系統(tǒng)分解d.系統(tǒng)級優(yōu)化協(xié)調(diào)模型的建立a.復(fù)雜系統(tǒng)分解方法大致分為兩類:層次分解和非層次分解層次分解:信息只在上下級子系統(tǒng)之間進(jìn)行傳遞,同級子系統(tǒng)之間不發(fā)生信息交換,因此可以并行完成同一級的分析與優(yōu)化子系統(tǒng)只有一個上級子系統(tǒng),有多個下級子系統(tǒng);每個上級子系統(tǒng)提供系統(tǒng)控制信息,下級子系統(tǒng)提供反饋信息。17八月202415非層次分解:最大優(yōu)點就是各個子系統(tǒng)之間的信息交換，充分體現(xiàn)系統(tǒng)中的耦合現(xiàn)象17八月202416非層次分解17八月202417公用變量（共享變量）局域變量局域變量狀態(tài)函數(shù)子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系及解耦I(lǐng)17八月202418公用變量（共享變量）的替代變量局域變量局域變量狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)變量（輔助變量）子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系及解耦I(lǐng)I與傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計比較17八月202419

傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計設(shè)計目標(biāo)單目標(biāo)或多目標(biāo)單目標(biāo)或多目標(biāo)（多目標(biāo)常分布于不同的子系統(tǒng)之中）設(shè)計約束在某一學(xué)科的設(shè)計空間范圍內(nèi)各學(xué)科的約束分布于不同的設(shè)計子空間之中設(shè)計變量一組設(shè)計變量包含局域設(shè)計變量和耦合變量對涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的問題的處理方法集成多學(xué)科內(nèi)容建立統(tǒng)一的優(yōu)化模型各學(xué)科分別建立優(yōu)化模型，通過系統(tǒng)級的控制協(xié)調(diào)學(xué)科間的關(guān)系尋優(yōu)策略采取某一種尋優(yōu)策略，如組合形法、隨機搜索法或遺傳算法等各學(xué)科子系統(tǒng)可以分別采用不同的優(yōu)化方法，再根據(jù)多學(xué)科優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選用適宜的多學(xué)科優(yōu)化系統(tǒng)級尋優(yōu)策略17八月2024203MDO內(nèi)容多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化問題,由于涉及多門學(xué)科,且各學(xué)科之間存在耦合效應(yīng).

整個系統(tǒng)分析模型的計算量要比單學(xué)科優(yōu)化大得多,各學(xué)科之間的數(shù)據(jù)傳遞與管理也復(fù)雜得多。17八月20242117八月202422代理模型技術(shù)MDO強調(diào)各學(xué)科應(yīng)采用高精度數(shù)值分析模型。如果直接將這些學(xué)科分析模型應(yīng)用于優(yōu)化過程中,會導(dǎo)致計算量過大而難于實施。所謂代理模型(Surrogatemodels)是指計算量小、但其計算結(jié)果與高精度模型的計算結(jié)果相近的分析模型。17八月202423代理模型：多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化中一種包含試驗設(shè)計和近似方法等多項內(nèi)容的建模方法用數(shù)學(xué)模型來替代原有分析模塊的方式，實現(xiàn)了分析模塊與MDO計算框架的集成17八月202424代理模型產(chǎn)生背景：各子系統(tǒng)用于生成交換數(shù)據(jù)的分析模塊通常由專業(yè)計算軟件或物理試驗構(gòu)成，其計算量大，周期長，時間上讓人無法接受物理試驗的費用比較高，過多的試驗會使多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化在成本上讓人無法接受17八月202425無論是專業(yè)軟件還是物理試驗，一般都不是專門為MDo設(shè)計的，所以很難將它們集成到MDO的計算框架中數(shù)值計算的數(shù)字噪聲和物理試驗的試驗誤差形成的數(shù)據(jù)虛假波動常常使得基于梯度的優(yōu)化算法難于尋優(yōu)。17八月202426代理模型技術(shù)主要包含兩方面的內(nèi)容:其一是構(gòu)造模型的樣本點如何選取，這與代理模型的取樣策略有關(guān)，屬于試驗設(shè)計的范圍;其二是數(shù)據(jù)擬合與預(yù)測模型的建模，這是代理模型的主體，在數(shù)學(xué)上屬于近似方法的范圍17八月202427試驗設(shè)計方法是有關(guān)如何合理安排試驗的數(shù)學(xué)方法是多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化代理模型的取樣策略，決定了構(gòu)造代理模型所需樣本點的個數(shù)和這些點的空間分布情況。17八月202428代理模型是利用已知點的響應(yīng)信息來預(yù)測未知點響應(yīng)值的一類模型，其實質(zhì)是一個以擬合精度和預(yù)測精度為約束，利用近似方法對離散數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的數(shù)學(xué)模型。代理模型近似方法有多項式響應(yīng)面模型、Kriging模型、徑向基函數(shù)模型以及人工神經(jīng)物理模型等。17八月202429構(gòu)造代理模型一般需要三個步驟：①用某種方法產(chǎn)生設(shè)計變量的樣本點；②用高精度分析模型對這些樣本點進(jìn)行分析，獲得一組輸入/輸出的數(shù)據(jù)；③用某種擬合方法來擬合這些輸入/輸出的樣本數(shù)據(jù)，構(gòu)造出近似模型，并對該近似模型的可信度進(jìn)行評估。17八月202430代理模型的構(gòu)造過程數(shù)值模擬x1(x1,x2)yx1yx2實驗設(shè)計x2近似模型17八月202431按代理模型在設(shè)計空間中的擬合范圍,可分為全局代理模型和局部代理模型。局部代理模型擬合范圍只在某一局部區(qū)域有效全局代理模型擬合范圍是在整個設(shè)計空間17八月2024324MDO策略MDO策略也稱MDO方法或MDO算法,它要研究的問題是:

(1)如何將復(fù)雜的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化問題分解為若干較為簡單的各學(xué)科(或各子系統(tǒng))設(shè)計優(yōu)化問題;(2)如何協(xié)調(diào)各學(xué)科的設(shè)計進(jìn)程以及如何綜合各學(xué)科的設(shè)計結(jié)果。17八月202433解決方案：分解方法將大規(guī)模耦合優(yōu)化問題分解為一系列小規(guī)模、易于處理的并行子問題.近似方法在大規(guī)模MDO問題中,由于學(xué)科分析的計算復(fù)雜性,必須考慮如何將精確的學(xué)科分析工具集成到優(yōu)化進(jìn)程中去17八月202434搜索策略兼顧優(yōu)化求解的有效性、魯棒性和高效率,針對MDO問題發(fā)展新的搜索策略,包括經(jīng)典優(yōu)化方法與智能優(yōu)化方法以及混合優(yōu)化方法在解決MDO問題中的應(yīng)用.17八月202435傳統(tǒng)方法

子系統(tǒng)（學(xué)科）的分析計算通過集成為一個整體形成系統(tǒng)，進(jìn)行分析優(yōu)化。特點：可充分利用現(xiàn)有的優(yōu)化算法，方法比較穩(wěn)定，對于大多數(shù)問題能找出全局最優(yōu)解或局部最優(yōu)解。適用對象：適用于設(shè)計變量較少的不太復(fù)雜的系統(tǒng)。而對于包含的子學(xué)科較多，學(xué)科間的交叉耦合關(guān)系較為復(fù)雜的系統(tǒng)的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化問題，此方法不太適用。（集成分析的復(fù)雜性所決定）需采納多個學(xué)科的專家提供的設(shè)計準(zhǔn)則及經(jīng)驗建立模型，雖然便于利用傳統(tǒng)優(yōu)化工具，但建模難度大，不易發(fā)揮學(xué)科專家的特長。CA—學(xué)科分析框架模型17八月202436同步分析設(shè)計方法SimultaneousAnalysisDesign（SAND）

特點：每個子系統(tǒng)只能進(jìn)行并行分析，而不能進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化?；舅枷耄涸趦?yōu)化過程中避免各個子系統(tǒng)之間直接的耦合關(guān)系,通過引進(jìn)輔助設(shè)計變量,使得每個子系統(tǒng)能獨立地進(jìn)行分析。子系統(tǒng)之間的通訊通過含有等式約束的系統(tǒng)級優(yōu)化過程來協(xié)調(diào)。通過完成系統(tǒng)級優(yōu)化問題,最終使得輔助設(shè)計變量與狀態(tài)變量一致。各學(xué)科的分析不再是集成之后進(jìn)行，而是各自獨立的進(jìn)行分析。17八月202437并行子空間優(yōu)化方法

ConcurrentSubspaceOptimization（CSSO）17八月202438并行子空間優(yōu)化方法

ConcurrentSubspaceOptimization（CSSO）特點：以系統(tǒng)級的協(xié)調(diào)器取代了優(yōu)化器，系統(tǒng)級的協(xié)調(diào)器通過協(xié)調(diào)兼容約束（Correspondingcompatibilityconstraints）確保了各子系統(tǒng)在系統(tǒng)級的可行性。并行子空間優(yōu)化方法的主要特點在于各子系統(tǒng)內(nèi)不再只進(jìn)行分析，而是在子系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行獨立的優(yōu)化，系統(tǒng)對各子系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保各學(xué)科間的耦合關(guān)系。這樣實現(xiàn)了并行設(shè)計優(yōu)化的思想，同時各子系統(tǒng)獨自優(yōu)化有利于利用各學(xué)科成熟的學(xué)科分析優(yōu)化技術(shù)。適用對象：適用于沒有系統(tǒng)級的目標(biāo)和變量的問題。各子系統(tǒng)保留獨立的學(xué)科目標(biāo)和設(shè)計變量。17八月202439協(xié)同優(yōu)化方法

CollaborativeOptimization（CO）17八月202440特點：與并行子空間優(yōu)化方法的主要區(qū)別在于具有系統(tǒng)級的優(yōu)化功能，系統(tǒng)級優(yōu)化面向兼容約束下的系統(tǒng)整體的設(shè)計目標(biāo)。每個子系統(tǒng)獨立地進(jìn)行優(yōu)化，子系統(tǒng)的唯一的目標(biāo)就是滿足兼容約束。有效地對學(xué)科級的優(yōu)化實現(xiàn)了并行設(shè)計。系統(tǒng)級的優(yōu)化使系統(tǒng)級的目標(biāo)函數(shù)在滿足兼容約束h的條件下達(dá)到最小。每個學(xué)科子系統(tǒng)通過優(yōu)化使其設(shè)計變量達(dá)到系統(tǒng)級的給定的目標(biāo)值，同時應(yīng)滿足局域約束gi。學(xué)科目標(biāo)函數(shù)與系統(tǒng)級的兼容約束應(yīng)取得一致。適用對象：適用于具有系統(tǒng)級設(shè)計目標(biāo)的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化問題。協(xié)同優(yōu)化方法

CollaborativeOptimization（CO）17八月202441飛行器氣動/隱身/結(jié)構(gòu)多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)級優(yōu)化氣動/隱身一體化設(shè)計代理模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化代理模型全局變量氣動/隱身性能結(jié)構(gòu)重量全局變量氣動/隱身一體化設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化17八月202442系統(tǒng)級優(yōu)化問題及求解方法

目標(biāo)函數(shù)：1）氣動阻力系數(shù)CD最?。?）結(jié)構(gòu)重量WS最輕。設(shè)計變量：機翼后掠角、外翼展長和過渡面參數(shù),共6個系統(tǒng)級設(shè)計變量。約束條件：1）雷達(dá)威脅方位內(nèi)RCS的平均值≤-14.6dBm2；2）內(nèi)翼盒段容積V≥5.5m3。求解方法：系統(tǒng)級優(yōu)化問題是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題。對于多目標(biāo)優(yōu)化問題，一般不存在絕對的最優(yōu)解，而是通常存在一組有效解，稱為Pareto解集。求解多目標(biāo)優(yōu)化問題的實質(zhì)就是確定Pareto解集。本文采用多目標(biāo)的遺傳算法NSGA-Ⅱ求解該優(yōu)化問題。優(yōu)化算法中的參數(shù)設(shè)置為：初始種群100，代數(shù)200。在系統(tǒng)級優(yōu)化中，基于已建立的代理模型，對系統(tǒng)級設(shè)計變量進(jìn)行優(yōu)化，使氣動阻力系數(shù)CD最小，結(jié)構(gòu)重量WS最輕，同時滿足隱身性能(RCS)設(shè)計指標(biāo)和內(nèi)部容積的要求。17八月202443氣動/隱身一體化設(shè)計問題及求解方法

計算條件：飛行馬赫數(shù)0.8；飛行高度11km；雷達(dá)威脅方位：前向0o～30o側(cè)向60o～120o。給定參數(shù)：系統(tǒng)級設(shè)計變量的值，由樣本點的值確定。目標(biāo)函數(shù)：氣動阻力系數(shù)CD最小。設(shè)計變量：描述主剖面形狀的參數(shù)、外翼扭轉(zhuǎn)角、翼梢扭轉(zhuǎn)角和飛行攻角，共9個設(shè)計變量。約束條件：1）設(shè)計升力系數(shù)CL≥0.14；

2）1/4弦線俯仰力矩系數(shù)-0.08≤CM≤0；

3）雷達(dá)威脅方位內(nèi)RCS的平均值≤-14.6dBm2；

4）前、后梁位置處翼型的相對厚度。求解方法：采用序列二次規(guī)劃求解氣動/隱身優(yōu)化問題，該方法適用于高度非線性的問題，而且求解速度較快。17八月202444結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題及求解方法

目標(biāo)函數(shù)：結(jié)構(gòu)重量WS最輕。設(shè)計變量：1）梁、肋和加強框緣條的橫截面積；2）梁、肋和加強框腹板厚度；3）蒙皮厚度；4）梁、肋和加強框支柱的橫截面積。約束條件：1）-450MPa≤桿的軸向應(yīng)力≤450MPa；2）-250MPa≤板的剪應(yīng)力≤250MPa；3）機翼翼尖位移≤5%機翼半展長。求解方法：采用MSC.Nastran軟件提供的序列二次規(guī)劃方法對結(jié)構(gòu)設(shè)計變量進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)優(yōu)化的任務(wù)是對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)重量最輕。其優(yōu)化問題表述如下：17八月202445MDO方法有如下突出的優(yōu)點:

將復(fù)雜的優(yōu)化問題分解為系統(tǒng)級優(yōu)化和若干個相對簡單的子系統(tǒng)優(yōu)化問題;各學(xué)科組有很強的自主性,各學(xué)科組可根據(jù)實際需求,自主地確定優(yōu)化問題的設(shè)計變量和約束,選擇適當(dāng)?shù)姆治瞿Ｐ秃蛢?yōu)化算法,并且每個子系統(tǒng)能同時進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化;17八月202446(3)與工業(yè)界現(xiàn)有的設(shè)計組織和管理形式相一致,系統(tǒng)級優(yōu)化相當(dāng)于總師或協(xié)調(diào)組的工作,子系統(tǒng)優(yōu)化相當(dāng)于各學(xué)科組的設(shè)計工作。5MDO環(huán)境MDO環(huán)境是指能支撐和實現(xiàn)MDO運行的計算環(huán)境,在這個計算環(huán)境中能夠集成和運行各學(xué)科的計算,實現(xiàn)各學(xué)科之間的通訊17八月20244717八月202448在50年代，程序設(shè)計人員使用計算機前必須預(yù)約上機時間。當(dāng)他們使用計算機時，則使用全部計算機資源60年代出現(xiàn)了批處理技術(shù)，人們提交作業(yè)并排隊等候處理。計算機每次運行一個作業(yè)，用戶晚些時候來取結(jié)果70年代產(chǎn)生了分時系統(tǒng)，人們可同時使用一臺計算機，而每個用戶覺得他們在單獨使用整個計算機17八月20244980年代是個人計算機的時代，每個用戶在自己的辦公室里有一臺屬于他自己專用的計算機90年代不僅每個用戶有自己專用的計算機，而且通過計算機網(wǎng)絡(luò)可同時使用多臺計算機將來，分布式計算系統(tǒng)17八月202450計算機硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展高性能計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展MDO計算環(huán)境包括硬件和軟件兩個方面在硬件方面，MDO環(huán)境通常是一種分布式計算環(huán)境，對于計算量大的分析模型,需應(yīng)用高性能計算平臺,如集群計算平臺、網(wǎng)格計算技術(shù)等。17八月20245117八月202452網(wǎng)格和網(wǎng)格計算網(wǎng)格的概念產(chǎn)生于90年代中期，其構(gòu)想來源于電力網(wǎng)人們期望對計算機資源的利用方式簡單，不必關(guān)心資源的來源、實現(xiàn)細(xì)節(jié)和調(diào)度過程17八月202453網(wǎng)格計算利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個“虛擬的超級計算機”來使用網(wǎng)格計算模式下，可以自動向每臺計算機分配任務(wù)。如其中一臺計算機出現(xiàn)故障，其他的計算機可以自動替代它繼續(xù)進(jìn)行處理17八月202454IPG(InformationPower網(wǎng)格)項目美國國家航空和宇宙航行局(NASA)“全球信息網(wǎng)格”（GlobalInformationGrid）美國國防部已在規(guī)劃實施一個宏大的計劃預(yù)計在2020年完成。英國國家網(wǎng)格(UKNationalGrid)英國政府決定投資1億英鎊我國863計劃支持的“中國網(wǎng)格(ChinaGrid)”建設(shè)17八月202455分布式并行處理系統(tǒng)組網(wǎng)圖17八月202456多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計軟件Isight的介紹

ISIGHT是一個通過軟件協(xié)同驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化的軟件,在汽車、電子和航空航天等方面得到廣泛應(yīng)用，自1995年以來Pratt&Whitney采用iSIGHT進(jìn)行40多個產(chǎn)品方案設(shè)計，包括了發(fā)動機的主要部件，使用iSIGHT來解決多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化問題，以取得在多個學(xué)科設(shè)計之間取得平衡，提高了產(chǎn)品質(zhì)量、降低了成本，產(chǎn)品的設(shè)計周期縮短為原來的五分之一（？）。17八月202457多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用：多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的發(fā)展最初是為了滿足航空航天領(lǐng)域中分析和求解復(fù)雜工程系統(tǒng)的需要。航空航天領(lǐng)域一直是MDO應(yīng)用的主要領(lǐng)域，也是促進(jìn)MDO不斷發(fā)展的主要動力所在17八月202458成果

空氣動力與隱身一體化設(shè)計優(yōu)化空氣動力與結(jié)構(gòu)綜合優(yōu)化結(jié)構(gòu)與主動控制同時優(yōu)化。17八月202459可重復(fù)使用火箭(RLV)的發(fā)動機噴嘴的設(shè)計。它是由NASA的Langley研究中心與Boeing公司的合作項目。各個學(xué)科分析部分的集成用了4個月的時間，近似處理約600個分析部分，在工作站上，大約用了將近三天的時間。19個設(shè)計變量，發(fā)動機的凈重減輕了5％?；鹦翘綔y器的優(yōu)化設(shè)計美國噴氣推進(jìn)實驗室(JetPropulsionLaboratory)開發(fā)的航天器多學(xué)科輔助設(shè)計系統(tǒng)（MIDAS），實現(xiàn)了系統(tǒng)的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計F-22戰(zhàn)斗機的設(shè)計中，針對氣彈設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行最小重量的優(yōu)化洛克希德馬丁公司（LockheedMartin）17八月202460A340-600和A3XX大型客機結(jié)構(gòu)與氣動力學(xué)參數(shù)（主要是機翼的翼形）進(jìn)行優(yōu)化AirBus&DLRDaimlerChrysler使用Pointer多學(xué)科優(yōu)化平臺整車的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計通用汽車公司在其開發(fā)的集成設(shè)備開發(fā)（IntegratedVehicleDesignAnalysis）環(huán)境中，增加了多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計的能力最小化燃?xì)鉁u輪的重量通用電子公司對燃?xì)鉁u輪的設(shè)計。燃?xì)鉁u輪的多學(xué)科分析主要有熱力學(xué)分析、螺旋槳分析、轉(zhuǎn)子分析和熱機械分析等四個學(xué)科分析。應(yīng)用iSIGHT平臺，使用協(xié)同優(yōu)化方法17八月202461機身和推進(jìn)系統(tǒng)綜合設(shè)計Honeywell應(yīng)用iSIGHTGE90發(fā)動機的原型設(shè)計和優(yōu)化通用飛機公司（GEAircraft）采用iSIGHT平臺發(fā)動機從7級減到6級，重量減少200-250磅，每個引擎節(jié)省25萬美元發(fā)射系統(tǒng)成本的優(yōu)化設(shè)計Boeing公司在其火箭DeltaIV中應(yīng)用iSIGHT17八月202462高速民用運輸機HSCT的設(shè)計，就是一個MDO較典型的示范性應(yīng)用優(yōu)化目標(biāo)是起飛總重量，設(shè)計變量29個，非線性不等式約束68個。飛機具有5500海里的飛行能力，2.4馬赫的巡航能力，251人的載客量。17八月202463飛機總體設(shè)計框架設(shè)計要求布局型式選擇主要參數(shù)計算發(fā)動機選擇部件外形設(shè)計機身機翼

尾翼

起落架進(jìn)氣道總體布置部位安排結(jié)構(gòu)布置外形協(xié)調(diào)與設(shè)計三面圖外形理論圖分析計算重量計算氣動計算性能計算結(jié)構(gòu)分析

是否滿足設(shè)計要求？最優(yōu)？17八月202464飛機分析模型氣動推進(jìn)性能結(jié)構(gòu)飛機多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化特點

飛機結(jié)構(gòu)的總體方案設(shè)計涉及到氣動、動力、結(jié)構(gòu)、防熱、控制等多個學(xué)科，并且各學(xué)科間存在較強的相互影響。17八月202465幾何氣動重量推進(jìn)性能操穩(wěn)經(jīng)濟氣動優(yōu)化翼型優(yōu)化部件氣動外形優(yōu)化全機氣動外形優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化零件設(shè)計優(yōu)化部件設(shè)計優(yōu)化綜合優(yōu)化總體參數(shù)優(yōu)化多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化17八月202466優(yōu)化設(shè)計17八月202467氣動（CFD）結(jié)構(gòu)（FEM）外形（CAD）重量重心操穩(wěn)隱身發(fā)動機特性性能協(xié)調(diào)（MDO方法）中心數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程監(jiān)控