第五章优化设计方法ppt课件.ppt

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1、第五章优化设计评价全寿命周期优化概述优化设计评价方法§5-1全寿命周期优化概述优化设计（OptimalDesign）是从60年代初期开始发展起来的一门新的学科，它是最优化技术和计算机计算技术在设计领域应用的结果。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，在解决复杂设计问题时，它能从众多的设计方案中找到尽可能完善的或最适宜的设计方案。最优化技术最优化技术，是优化设计全过程中各种方法、技术的总称。它主要包含两部分内容：优化设计问题的建模技术和优化设计问题的求解技术。如何将一个实际的设计问题抽象

2、成一个优化设计问题，并建立起符合实际设计要求的优化设计数学模型，这就是建模技术研究的主要内容。实际设计问题，经抽象处理后建立起相应的优化设计数学模型，接下来的任务是求解数学模型。优化设计问题的求解技术优化设计问题的求解方法很多，早期的方法有：试算法、表格法、图解法和一元函数极值理论等。80年代以来，借助于计算机程序，一大批的数学规划方法（优化设计方法），解决了许多实际的优化设计问题。但至今还没有任何一个优化设计方法程序能求解全部的非线性规划问题。不同的非线性规划方法有各自的求解能力和求解范围。在

3、选择方法程序时，不仅要选择方法，更重要的是选择程序。通常最好选择由多个方法程序和一些辅助程序组成的优化设计方法程序包或程序库。最优化设计的现状与发展1）最优化设计方法在参数优化设计和结构优化设计等方面比较有效，对方案设计与选择、决策等方面则无能为力。2）建模难度大，技术性高，数学模型描述能力低，数学模型误差大。3）方法程序的求解能力有限，难以处理复杂问题和性态不好的问题，难以求得全局最优解。现状为了提高最优化方法的综合求解能力，人们探索：1）引入了人工智能、专家系统技术，增加了最优化方法中处理方

4、案设计、决策等优化问题的能力，在优化方法中的参数选择时借助专家系统，减少了参数选择的盲目性，提高了程序求解能力。2）针对难以处理性态不好的问题、难以求得全局最优解等弱点，发展了一批新的方法，如：模拟退火法、遗传算法、人工神经网络法、模糊算法、小波变换法、分形几何法等。3）在数学模型描述能力上，由仅能处理连续变量、离散变量，发展到能处理随机变量、模糊变量、非数值变量等，在建模方面，开展了柔性建模和智能建模的研究。现状4）在研究对象上,从单一部分的、单一性能或结构的、分离的优化设计,进入到整体优化,

5、分步优化、分部和分级优化、并行优化等，提出了覆盖设计全过程的优化设计思想。方法研究的重点，从着重研究单目标优化问题进入到着重研究多目标问题。5）在最优化方法程序设计研究中，一方面努力提高方法程序的求解能力和各个方法程序之间的互换性，研制方法程序包、程序库等；另一方面大力改善优化设计求解环境，开展了优化设计集成环境的研究，集成环境为设计者提供辅助建模工具、优化设计前后处理模块、可视化模块、接口模块等。现状优化设计将从传统的优化设计向广义优化设计过渡。广义优化设计在基本理论上应是常规优化设计理论、计

6、算机科学、控制理论、人工智能、信息科学等多学科的综合产物；在求解问题的类型上有数值型和非数值型问题，设计变量也可以有多种类型；在方法上应是多种算法互补共存；在实现上应是将多个方法、多个工具、多个软件系统无缝集成在一起形成具有统一的、使用方便的、功能齐全的最优化设计集成环境。发展全系统优化现代机械产品的系统性、综合性和规模化导致设计模型的横向扩展。把研究对象由传统优化的简单零部件扩展到复杂零部件、整机、系列产品和组合产品的整体优化，由单学科领域的优化发展到机、液、光、电、信息的集成优化。统称为~。

7、全性能优化客户要求的多样化导致基于全性能的多目标优化。把优化准则由传统优化的单方面性能优化扩展到技术性、经济性和社会性的综合评估和优化。技术上追求实现目的性能、约束性能、使用性能和结构性能的综合优化；结构上追求静态性能和动态性能的组合优化。称为~。全设计过程优化对产品寿命周期优化的市场需求导致设计模型的纵向扩展。把优化范围由传统优化的产品技术设计阶段的优化扩展到包含功能、原理方案和参数、结构方案、参数和形状，以及工艺和公差优化的全设计过程，进而面向制造、经销、使用和用后处置的寿命周期设计过程。全

8、寿命周期优化§5-2优化设计评价方法优化宏观层面上的优化包含技术、经济、社会诸多因素寻求产品总体设计的最佳效果价值系数是优化的目标创造思维是优化方案产生的源泉评价决策是确定最佳方案的主要手段产品总体设计内容一、目标与过程目标：方案的价值系数：总体优化的过程：确定优化对象优化方案的建立优化方案的评选——功能——成本方案优化法：以功能分析为基础运用创造技巧最大程度降低成本努力提高功能寻求最大价值系数二、优化对象的确定情报资料齐全无需大量人力物力牵涉面不广优化对象总体方案优化不能没有重点应选