多学科设计优化流程研究综述
多学科设计优化方法的研究及其优化系统的构建
2.1.1 层级系统
子系统之间信息流程具有顺序性， 信息的传递是从上层到下 层单向传递的。 子系统之间没有耦合关系， 它是一种 “树” 状结构。 不同层之间形成串联关系， 而同一层之间的子系统相互独立的。
＊来稿日期： 2008-10-18 ＊基金项目： 教育部科学技术研究重点项目资助 （106018 ）
2.2.4 多学科混合协同优化方法 MMCDO
针对混合层级系统的多学科设计优化方法，其求解方法融合 了以上层级系统的顺序关系的优化方法和两种非层级系统的多学 科优化方法的特点， 适应于含有顺序的和并行的混合优化问题的复 杂系统的多学科设计优化。
层级系统 1 优化 … 层级系统 n 优化 … 非层级系 统 1优化 … 非层级系 统 m 优化
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文章编号： 1001-3997 （2009 ） 08-0254-03 ＊＊＊＊＊ ＊＊ ＊＊＊＊＊
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
第8期 2009 年 8 月
综 述
多学科设计优化方法的研究及其优化系统的构建 *
蔡占军 1 翁海珊 2 俞必强 2 （1 天津工业大学 纺织学院， 天津 300160 ） （2 北京科技大学 机械工程学院， 北京 100083 ） CAI Zhan-jun1， WENG Hai-shan2， YU Bi-qiang2 （1 School of Textiles， Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300160， China ）
子系统之间没有明确的顺序等级关系， 子系统之间相互传递 信息， 具有相互 “耦合” 的关系， 它是一种 “网” 结构， 各子系统之间 为同一等级的并行关系。
多学科设计优化简要介绍
多学科设计优化简要介绍多学科设计优化 (Multidisciplinary Design Optimization,简称 MDO)是一种通过充分探索和利用工程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。
其主要思想是在复杂系统设计的整个过程中利用分布式计算机网络技术来集成各个学科 (子系统 )的知识，应用有效的设计优化策略，组织和管理设计过程。
其目的是通过充分利用各个学科(子系统 )之间的相互作用所产生的协同效应，获得系统的整体最优解，通过实现并行设计，来缩短设计周期，从而使研制出的产品更具有竞争力。
因此，MDO宗旨与现代制造技术中的并行工程思想不谋而合，它实际上是用优化原理为产品的全寿命周期设计提供一个理论基础和实施方法。
MDO研究内容包括三大方面：1，面向设计的各门学科分析方法和软件的集成；2，探索有效的 MDO算法，实现多学科 (子系统 )并行设计，获得系统整体最优解；3，MDO分布式计算机网络环境。
多学科设计优化问题 ,在数学形式上可简单地表达为：寻找：x最小化：f=f(x,y)约束：hi(x,y)=0 (i=1 ,2 ,… ,m) gj(x,y)≤ 0 (j=1 ,2 ,… ,n)其中：f 为目标函数；x为设计变量；y是状态变量；hi(x,y)是等式约束；gj(x,y)是不等式约束。
状态变量 y，约束 hi 和 gj以及目标函数的计算涉及多门学科。
对于非分层系统，状态变量 y，目标函数 f，约束hi 和 gj 的计算，需多次迭代才能完成；对于分层系统，可按一定的顺序进行计算。
这一计算步骤称为系统分析。
只有当一设计变量 x通过系统分随着科学技术日新月异的发展，我们的武器装备，尤其是战斗机的水平日益提高，装备复杂程度已远超乎平常人的想象，装备设计不单要用到大量的人力，甚至已牵涉到了数十门学科。
例如，战斗机设计中就包括了液压、传动、流体力学、计算流体力学、空气动力学、发动机、结构力学、传热学、热力学、自动控制、电子、软件、计算机、可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性等若干学科。
机械设计中的多学科优化研究
机械设计中的多学科优化研究在现代工程领域中，机械设计的复杂性和综合性日益增加，单一学科的设计方法已经难以满足高性能、高效率和高可靠性的要求。
多学科优化（Multidisciplinary Optimization，MDO）作为一种综合性的设计方法，逐渐成为机械设计领域的研究热点。
它将多个相关学科的知识和方法集成在一起，通过协同优化各学科之间的相互关系，实现机械系统整体性能的最优。
机械设计中的多学科涵盖了力学、材料科学、制造工艺、控制工程、热学等多个领域。
每个学科都有其独特的理论和方法，但在实际的机械设计中，这些学科之间存在着紧密的相互作用和制约关系。
例如，在设计一款新型汽车发动机时，力学性能决定了其结构的强度和稳定性，材料科学影响着零部件的耐久性和成本，制造工艺决定了生产的可行性和效率，而控制工程则关系到发动机的运行性能和燃油经济性。
多学科优化的目标是在满足各种约束条件的前提下，找到使机械系统整体性能最优的设计方案。
这需要对各学科的模型进行有效的集成和协调。
传统的设计方法往往是串行的，即先由某个学科进行设计，然后将结果传递给下一个学科进行修正，这种方式容易导致设计的反复和效率低下。
而多学科优化则强调并行设计，即在设计的早期阶段就充分考虑各学科之间的相互影响，通过协同优化来减少设计的不确定性和风险。
在多学科优化的过程中，建立准确的学科模型是至关重要的。
这些模型不仅要能够准确反映各学科的特性，还要能够与其他学科的模型进行有效的交互和耦合。
例如，在机械结构的优化设计中，需要建立力学模型来计算结构的应力和变形，同时还需要考虑材料的性能和制造工艺的限制。
通过将这些模型集成在一起，可以实现对结构性能的全面评估和优化。
优化算法是多学科优化的核心工具之一。
常见的优化算法包括遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。
这些算法具有不同的特点和适用范围，需要根据具体的问题选择合适的算法。
例如，遗传算法具有较强的全局搜索能力，适用于复杂的多峰优化问题；而模拟退火算法则在处理局部最优解方面具有一定的优势。
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
SolidWorks多学科优化设计的集成和协同方法研究
SolidWorks多学科优化设计的集成和协同方法研究随着现代科技的不断发展，工程设计领域对于多学科优化设计的需求也越来越大。
SolidWorks作为一种常见的三维计算机辅助设计（CAD）软件，具有广泛的应用前景。
为了实现SolidWorks的多学科优化设计，集成和协同方法的研究非常重要。
本篇文章将探讨针对SolidWorks的多学科优化设计的集成和协同方法的研究。
首先，我们将讨论何为多学科优化设计。
多学科优化设计是一种综合了多个学科领域的设计过程。
在传统的设计过程中，每个学科的设计往往是独立进行的，缺乏协同和交流。
但是，在实际的工程设计中，各学科之间存在相互关联和影响。
多学科优化设计的目标是通过集成多个学科领域的知识和技术，达到跨学科优化的设计结果。
其次，让我们探讨SolidWorks多学科优化设计的集成方法。
集成方法可以通过将不同学科的工程要求和优化目标纳入到SolidWorks的设计过程中，实现优化设计的全面性。
在SolidWorks中，可以通过添加插件和模块来扩展其功能。
例如，可以添加用于流体动力学分析的模块，以实现对流体流动的模拟和优化。
通过集成不同学科的设计要求，可以更好地满足工程设计的整体目标。
另外，协同是促进多学科优化设计的关键。
在SolidWorks中，协同可以通过团队合作来实现。
设计团队中的不同成员可以在同一个设计平台上协同工作，共享设计文件和信息。
他们可以通过使用SolidWorks的协同功能来实时交流和合作。
此外，还可以使用SolidWorks的版本管理和审阅功能来确保设计的协同和一致性。
通过协同工作，不同学科的设计团队能够更好地理解和满足工程设计的要求。
为了实现SolidWorks多学科优化设计的集成和协同方法，我们可以采取以下步骤：1. 确定设计目标：首先，需要明确工程设计的目标和要求。
这包括设计性能、强度、重量等方面的要求。
不同学科的设计团队应共同确定优化目标。
2. 集成学科知识和工具：根据设计目标，选择适用的学科知识和工具。
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。
多学科设计优化方法
多学科设计优化方法
在当今的设计领域中，越来越多的人开始意识到多学科设计优化
方法的重要性。
为了提高设计效率和质量，设计师们需要跨学科进行
合作，以应对复杂的设计问题。
下面将从几个方面介绍多学科设计优
化方法。
一、需求分析阶段
在设计之前，需要对需求进行分析和定义。
这个步骤需要考虑各
种方面包括功能、可靠性、安全性、成本和维护等因素。
设计师和其
他相关人员需要相互交流，以确保所有需求都被理解和满足。
这需要
有多学科的专业人士参与其中，以便从不同的角度来审视问题。
二、概念设计阶段
在概念设计阶段，需要创建原始的设计方案，以创建一个整体上
阶段性的设计。
这个步骤需要多学科的专业人士参与，以确定最好的
概念，并为后续阶段提供有效的指导。
三、详细设计阶段
在详细设计阶段，需要确保每一个设计细节都被仔细考虑。
这个
步骤包括对材料、构件、零件和总成进行选择和优化，以确保设计具
有适当的性能和可靠性。
在这个过程中，需要多学科的专业人士参与，并且需要使用优化工具和分析软件来评估各种可能的选择。
四、实验和测试阶段
在实验和测试阶段，需要对设计进行实验和测试，以确保它符合
预期的性能和质量标准。
这个步骤需要多学科的专业人士参与，以确
保产品符合各种要求，如安全、可靠性、成本和可维护性等。
总之，多学科设计优化方法需要在整个设计过程中得到应用。
这
需要专业人士集成不同领域的知识，并使用各种工具和技术来指导设计。
只有这样，才能最终实现高效、高质量的设计结果。
对多学科优化机设体系进行了系统的分析研究 毕业论文
摘要多学科设计优化( MDO ) 于20世纪80年代作为一个新的研究领域诞生，其主要是对相互影响、相互作用的子系统组成的复杂工程系统进行设计，以使系统的综合性能达到最优的一种设计方法。
它是算法研究的一个重要应用领域。
在设计优化的过程中，算法选取的好坏直接关系到优化过程的效率和优化结果的准确性。
本文对多学科设计优化领域中涉及的几种智能优化算法的特点进行了总结。
在此基础上提出了时间、精度、解决问题的个数等几个比较指标，首次将精度作为比较指标，并且创新性地提出一个针对工程问题的有效比较指标，即短时寻优能力。
首选，对多学科优化机设体系进行了系统的分析研究，了解和阅读了iSIGHT方面的有关外文资料，熟悉了iSIGHT应用背景、各部分功能、iSIGHT 的优化技术、策略的及掌握iSIGHT的使用。
接着，利用iSIGHT软件进行案例运行得出数据。
对数据结果进行分析，画出坐标图。
最后，利用所学的知识得出比较结果。
关键词：智能算法；多学科设计优化；iSIGHTAbstractMultidisciplinary design optimization (MDO) was born as a new research area in 1980s.It is mainly to the mutual influence，the interaction between subsystems of complex engineering system design，in order to make the system synthesis performance optimum design method.It is one of the important algorithms application fields.In the process of design optimization，algorithm is directly related to select optimal process efficiency and accuracy of the optimization results.This paper summarized characteristics of several intelligent algorithms concerned with multidisciplinary design optimization，and on the basis，put forward several criteria such as time，precision，numbers of problems settled. It was the first time to use the precision as criterion of comparison. This paper originally introduced short-time optimizing capacity to aim at engineering problems. It received a series of instructional conclusions by running the cases selected. The cell phone example validates correctness of these conclusions.Firstly，Do research work on multidisciplinary design optimization technology by the system，realize and read relevant foreign text date about iSIGHT. Acquaint with the technique and strategy of iSIGHT etc，and master iSIGHT.Secondly，using an iSIGHT software，it is concluded that the operation data，The results of data analysis and drawing coordinates figure.Finally，draw comparison results by using of learning knowledge.Keywords:intelligent algorithms；multidisciplinary design optimization ( MDO ) ；iSIGHT目录摘要 (1)Abstract (2)1绪论 (5)1.1研究的目的及意义 (5)1.2国内外研究的现状 (7)1.3本文的研究内容 (9)2多学科设计优化概述与iSIGHT简介 (10)2.1多学科设计优化概述 (10)2.1.1 多学科设计优化的定义 (10)2.1.2 MDO问题的表述 (10)2.2iSIGHT软件的介绍 (12)2.2.1 iSIGHT软件简介 (12)2.2.2 iSIGHT图形用户界面 (12)3智能算法比较 (16)3.1遗传算法 (16)3.1.1 遗传算法基本概念 (16)3.1.2 遗传算法定义 (17)3.1.3 遗传算法的特征 (17)3.1.4 遗传算法的应用 (19)3.2模拟退火算法 (19)3.2.1 模拟退火的算法简介 (19)3.2.2 模拟退火的理论基础 (20)3.2.3 模拟退火的实现 (20)3.3智能算法特点 (21)3.4算法选择模型 (22)3.4.1 算法比较指标的确定 (22)3.4.2 算法比较模型 (24)3.4.3 案例的选择 (25)3.4.4 数据收集和整理 (26)3.4.5 模型建立 (32)总结 (36)参考文献 (37)致谢 (38)附录一运行结果数据 (39)附录二相对时间 (42)附录三相对精度 (44)附录四翻译和英文原文 (46)1绪论1.1 研究的目的及意义如今，科学技术正处于多学科交叉和渗透的时代。
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（ 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
文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ （ 上） － ０ １ ３ ９ － ０ ４
关键词 ；工作流 ；多学科设计优化 ；程序 可视化
文献标识 码 ：Ｔ Ｐ ３ ９ ２ ． ７
Ｄ ｏ ｉ ；１ ０ ． ３ ９ ６ ￣ Ｉ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ９ （ 上） ． ４ ０
必 须 解决 设 计过 程 的各 种 计 算 任 务 和 环 节 的整 合 和 自动 化 问题 。 实现 软 件 的 集成 和 设 计 过 程 自动 化 ， 包括 定制 化 软 件 开 发 、程 序 脚 本 和可 视 化 流
程 三种 方 式 。
建 模 ，并 是 实 现 执 行 过 程 的 可 视 化 监 控 。 可 视 化 方 式 的 优 点 是 直 观 、 易 操 作 ，并 且 对 用 户 的 要 求 不 高 。近 来 ， 大 部 分 商 业 系 统 和 定 制 开 发
可 视 化 流 程 方 式 是 建 立 可 以 描 述 设 计 过 程 的 图 形 化 流 程 ，通 过 拖 拽 方 式 实 现 流 程 图 形 化
和种 类 繁 多 。多 学科 设 计 优 化 系统 设 计 中 ，一 个 首要的任务是解决多学科专业软件的集成问题。
另 外 ， 多 学 科设 计 优化 系统 做 为优 化 问题 的求 解 平 台 ，需 要 通 过 基 于 优 化 算法 迭代 求 优 ， 因 此其
ｌ
匐 似
多学科 设计优化 流程 研究综述
Ａ ｓ ｕｒ ｖｅ ｙ ｏ ｆ ｍ ｕｌ ｔ ｉ ｄｉ ｓ ｃｉ ｐｌ ｉ ｎａｒ ｙ ｄｅｓｉ ｇｎ ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａｔ ｉ ｏｎ ｆ ｌ ｏ ｗ
姬 彦 巧 ，赵长 宽 。 ，姚 红 良’ ， 闻邦椿 ’
Ｊ Ｉ Ｙ＿ ａ ｎ — ｑ ｉ ａ ｏ ｌ Ｉ ，ＺＨＡＯ Ｃｈ ａ ｎ ｇ ． ｋ ｕ ａ ｎ ，Ｙ ＡＯ Ｈｏ ｎ ｇ ． １ ｉ ａｎ ｇ。 ，Ｗ ＥＮ Ｂ ａｎ ｇ ． ｃ ｈ ｕ ｎ ’
专 业 领域 ， 采 用 的设 计 方 法 和设 计 工 具 差异 较 大
保 留 了 定制 程 序 方式 所 具 有 的优 点 同 时 又增 加
了灵活 性 。由于 针 对特定 产 品设计 过程 编写 大量 的
程 序 ，因此要 求用 户具有 较高 的 多学科设 计 优化程
序设计 能 力。Ａ ＭＬ 和Ｏ ｐ ｅ ｎ ＭＤＡＯ 采 用脚本 方式 。
系 统 均 支 持 此 种 方 式 。 例 如 美 国Ｐ ｈ ｏ ｅ ｎ ｉ ｘ 公 司 的 Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ 、美 国Ｅ ｎ ｇ ｅ ｎ ｉ ｏ ｕ ｓ 公 司的ｉ Ｓ ｉ ｇ ｈ ｔ ， 北 航基
于Ｊ ２ Ｅ Ｅ 构 建 的 系统 设计 优 化 集成 环 境 （ Ｓ ＤＯＦ ） ，清 华大 学基 于 Ｃ ＯＲ Ｂ Ａ和 Ｄ ＣＯ Ｍ的 分布 式 对 象技 术构 建 多学 科协 同设 计 与仿真 平 台 等 。 为 了提 高 的 多学 科 设 计 优 化 系统 的 可 用 性 和 用 户 体 验 ， 基 于 可视 化 流 程 实现 软 件 的 集 成 和 设 计 过程 的 自动化 ， 成 为 多 学科 设 计 优 化 设 计 研 究
的重 要 内容 。
定 制 化 软 件 开 发 是 指 为 某 种 复 杂 产 品设 计 过 程 ，开 发 专 门 的程 序 。 由于 此 种 方 式 是 针 对 特 定 产 品设 计 而 研 制 ， 以最 大 满 足 设 计 需 要 为 目标 ， 优 点 是 产 品设 计 结 合 紧 密 ，缺 点 是 适 用 性 差 ，随 着 产 品的 升 级 换 代 ， 系统 本 身 也 要 升 级 ，并 其 开 发 周 期 和 成 本 都 相 对 较 高 ， 同时 要 求 用 户 具 有 较