二级优化方法在复杂产品系统设计中的应用

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1、第43卷第2期2013年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．2Mar．2013二级优化方法在复杂产品系统设计中的应用胡添元，杨彪，左岁寒，罗超，张峤(中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094)摘要：将一种基于代理模型的二级优化方法应用于复杂产品系统设计构造了一种面向复杂产品系统设计的多学科设计优化流程。以一种典型复杂产品多学科优化问题为例，验证了流程的合理性和有效性。研究成果可为复杂产品多学科设计优化问题研究提供参考。关键词：复杂产品；系统设计；二级优化方法；多学科设计优化中图分类号：TP391

2、，V221文献标识码：A文章编号：1671—654X(2013)02—0087—04DesignofComplexProductSystemusingTwo—levelOptimizationMethodHUTian—yuan，YANGBiao，ZU0Sui—han，LUOChao，ZHANGQiao(InstituteofMannedSpaceSystemEngineering，ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：Thispaperappliedsurrogate—basedtw

3、o-leveloptimizationtocomplexproductsystemdesign．Basedonthetwo—leveloptimizationmethod，aprocedureisdesignedfortheimplementationofmuhidisci—plinarydesignoptimization(MDO)ofcomplexproductsystemdesign．AMDOproblemforakindoftypi-calcomplexproductwasusedtoverifytherationalityandvalidityofth

4、eprocedure．Thetechniquesmen-tionedaboveareusefulforcomplexproductMDO．Keywords：complexproduct；systemdesign；two—leveloptimizationmethod；multidisciplinarydesignopti—mization引言复杂产品是指客户需求复杂、产品组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂、项目管理复杂的一类产品。典型产品如飞行器、航天器和武器装备系统等’1J。复杂产品系统涉及多个学科，各学科间存在复杂的耦合关系，学科间需要进行设计参数等信息交

5、互，并及时调整设计参数，使本学科指标达到最优，进而使复杂产品系统的整体性能达到最优拉J。传统复杂产品系统设计模式将系统划分为多个分系统(或学科)，各分系统分别按要求和技术特点进行产品设计、加工和制造，然后把所有分系统产品进行总装、测试、试验和调整，最终组成复杂产品系统。在方案论证和方案设计阶段，总体设计人员根据各个分系统(或学科)特点，应用相关知识和经验进行设计和优化，以获得分系统最优方案。这种设计方式实质上是将同时影响复杂产品系统性能的分系统(或学科)人为地割裂开来，并没有充分考虑到各分系统(或学科)之间可能产生的耦合效应，极有可能失去整个复杂产品系统的最优方

6、案，从而降低系统综合性能。多学科设计优化(MuhidisciplinaryDesignOptimization，MDO)策略的应用为求解复杂产品系统设计问题提供了一种新途径。1基于代理模型的二级优化在多学科设计优化领域，已形成了多种成熟的优化方法，如并行子空问优化、协同优化和二级集成系统综合方法。为追求工程上应用的合理性和有效性，胡添元等提出了一种二级优化方法。3J。该方法将优化流程分为两个层次，即系统级优化和分系统级优化。系系统级优化目标：总体性能最好约束：总体指标要求设计变量：全局变量}系统1指标fl全局变量全局变量11分系统Ⅳ指j分系统1代理模型分系统Ⅳ代

7、理模型t分系统1优化分系统Ⅳ，比化目标：分系统1目标函数目标：分系统Ⅳ目标函数约束：分系统1约束约束：分系统Ⅳ约束设计变量：分系统l变量设计变量：分系统Ⅳ变量图1基于代理模型的二级优化收稿日期：2013—02—02作者简介：胡添元(1981一)，男，吉林省吉林市人，工程师，博士，主要研究方向为飞行器总体设计技术、飞行器总体多学科设计优化。·88·航空计算技术第43卷第2期统级优化的任务是调整全局设计变量，在满足系统性能约束的前提下寻找系统最优方案；分系统级优化的任务是调整局部设计变量，在满足系统指标和分系统性能约束的前提下寻找分系统最优方案。为消除系统级优化可能

8、产生的数值计算噪声，降低