多学科协同设计过程优化设计研究硕士学位论文

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1、第1章绪论多学科协同设计过程优化设计研究硕士学位论文第1章绪论1.1课题来源课题来源于：(1)国家863计划“面向共享知识驱动的产品协同设计关键技术研究”(No.2009AA04Z167)；(2)国家自然科学基金项目“复杂机械产品混合模型中尺寸约束与传递方法研究”(No.50975183)。1.2课题研究的背景与意义“协同”是协调两个或两个以上不同资源或个体，协同一致地完成某一目标的过程或能力。从概念可看出，协同并不是新生事物，其随人类社会出现而出现，随人类社会发展而发展。基本理论最早可追溯到上世纪60年

2、代德国斯图加特大学理论物理学HermannHaken于1977年发表的一篇名为《Snynergetic-AnIntroduction》[1,2]的文章。当技术逐渐成为人们日常生活和商业活动的主要核心时，人们就迫切需要技术能够提供更多的东西。现今基于网络的“协同”与以前物理领域的“协同”并非同一概念。作为一个新的软件热点，“协同”概念有着更深刻的含义：其不仅包括人与人之间的协作，还包括不同应用系统之间、不同数据源之间、不同设备之间、不同应用程序之间、人与机器之间、科技与传统方法之间等全方位的协同。1984年

3、MassachusettsInstituteofTechnology的IreneGrief和DEC的PaulCashman两位学者在描述如何运用计算机实现交叉学科中，人们共同工作的研究课题时，首次提出计算机支持的交叉学科协同工作(ComputerSupportedCooperativeWork,CSCW)[3]。CSCW覆盖的范围十分广泛，包括：工作流管理系统[4]、多媒体计算机会议[5]、协同编译和多学科协同设计(Multi-disciplinaryCollaborativeDesign，MCD)[6]

4、等。78第1章绪论自90年代初，国内外学者对多学科协同设计展开相关的理论研究[7-11]，迄今为止已经成为发达资本主义国家工业界认可的崭新研究领域，受到企业和学术界的广泛关注与大力支持。随着复杂机械产品设计需求的增多、计算机网络技术的进步和人工智能(artificialintelligence,AI)[12]的发展，诸如：航天器、飞机、汽车、舰船、导弹等复杂产品形成一个集多学科知识理论于一体的综合体，其中每个学科都需要专门的领域专家进行设计研究。由于学科与学科间存在复杂的耦合关系，在设计过程中，学科间必须

5、及时交换设计信息，数据参数等，才能有效调整各自的参数与设计变量，使学科的综合指标和产品的整体性能达到最优。多学科设计优化(MultidisciplinarydesignoptimizationMDO)[13]技术的出现使我们获得全局最优解成为可能。MDO技术不仅能很大程度提高产品设计的整体性能，还能缩短产品设计周期。因此，对MDO技术开展研究讨论具有很重大的意义。在产品设计过程中，由于存在大量节点耦合与数据异构的情况，人员进行过程管理与数据管理会存在很大难度。因此，复杂产品设计不光要对协同进行设计，还要对

6、优化进行设计。在取得大量MCD[14-20]和MDO算法框架后，研究并解决多学科协同设计优化方面的相关课题得到学术界高度重视——应综合的对产品设计过程和数据源进行优化处理，使整体设计过程能根据实际情况做出相应调整，使参与协同设计的各学科能在一定程度上实现关键数据的无损交流。此外，多学科协同设计过程应以数据为核心，而不是协同工具。通过对设计过程和相关数据的优化，使各学科彼此间在某一时间段实现并联、获取、查询、保存对方给出的数据源，并能随时了解对方设计任务的进度并执行本学科的设计流程。综上，对多学科协同设计过

7、程和期间产生的数据进行优化并对应开发出多学科协同设计过程管理系统(Multi-disciplinaryCollaborativeDesignManagementSystem,MCDMS是一项具有重要理论基础和广泛应用前景的研究课题。1.3国内外现状及总体发展趋势1.3.1国外研究现状美籍波兰人J.Sobieszczanski-Sobieski最初提出多学科优化设计的思想，随后在美国航空航天部门兴起。1991年初，美国航空航天研究院(AIAA)管理多学科设计优化的委员会就优化研究现状和多学科优化设计进行研究

8、并发表了白皮书。同78第1章绪论一年，德国成立了国际结构优化设计协会(ISSO)，该部门是对大型复杂产品系统进行优化设计研究。协会于1993年更名为国际机构及多学科设计优化协会(ISSMO)。1994年，AIAA、NASA和ISSMO三个部门联合在美国佛罗里达召开第一次正式会议。该会议的召开标志多学科优化设计思想已渗透到现代产品设计的各个领域。此后，每两年对MDO进行一次专题性研究讨论，总结现今MDO的研究内容、发展方向和应用