一种新的多学科系统不确定性分析方法——协同不确定性分析法

多学科设计优化中的不确定性对整个工程系统的设计过程具有非常重要的影响。对现存的不确定性定义进行比较和分类。详细描述多学科系统中的不确定性及其传播过程。在已有不确定性分析方法的基础上,提出一种新的多学科不确定性分析方法——协同不确定性分析法。该方法的基本思想是利用泰勒近似估算耦合变量和系统输出的方差,经过二次优化获得系统的稳健最优解,并对其具体计算过程进行详细描述。算例结果表明,协同不确定性分析法不仅是可行的,而且具有很高的精度,是分析多学科系统中不确定性的有效方法。     

混合不确定性下的多学科协同可靠性分析方法

多学科可靠性设计优化被认为是解决不确定性因素影响下复杂产品设计优化问题的有效方法,然而高额的计算花费严重影响了其在实际中的运用。多学科可靠性分析作为多学科可靠性设计优化的重要组成部分,对其计算效率起着直接的主导作用。目前,混合不确定性下的多学科可靠性分析仍是嵌套或顺序执行模式,易导致复杂产品可靠性分析时学科自治性差、效率不高的问题。为此,针对混合不确定性下的多学科可靠性分析问题,提出一种混合不确定性下的多学科协同可靠性分析方法。该方法首先将多学科极限状态函数向标准正态空间转换,利用区间可靠性分析的KKT条件进行模型转化,构建多学科可靠性分析整体模型,然后将整体模型分解成几个并行的单学科优化问题,并利用一致性约束对各学科进行协调,实现多学科可靠性分析的并行求解。通过数值算例和复合缸设计实例,验证了所提方法的可行性和有效性。     

协同优化算法的改进

针对协同优化算法是多学科设计优化方法中应用最广、效果最好的MDO算法,但是在应用中存在计算困难的现状,分析了引起协同优化算法计算困难的原因,提出一种改良的协同优化算法——ICO多学科设计优化方法。改进学科一致性约束,增加系统级罚函数,采用快速启动方法,较好地克服了协同优化算法存在计算困难的缺点。标准算例试验结果表明,ICO多学科设计方法能够有效提高算法的稳定性、可靠性和计算效率。     

混合不确定性鲁棒协同优化设计方法

为了改善鲁棒协同优化设计中约束函数鲁棒性评估的精确度,提出一种混合不确定性鲁棒协同优化设计方法.针对区间分布不确定性优化问题,该方法通过灵敏度分析方法修正子学科中的鲁棒约束函数,使不确定性因素不仅包括各输入变量的不确定性,还包括鲁棒协同优化求解过程中共享设计变量不一致带来的模型不确定性.数值算例的优化结果表明,混合不确定性鲁棒协同优化方法显著改善了约束函数鲁棒性评估的精确性.将该方法应用到一个卫星结构优化设计问题中,并采用自适应模拟退火算法求解,验证了该方法对复杂工程系统鲁棒优化设计问题的适用性.     

复杂产品M RO协同服务链建模与不确定性分析方法

针对复杂产品维护、维修和大修(MRO)协同服务链中存在大量不确定性,其关系杂乱而不能进行有效的分析建模的问题,在分析复杂产品MRO协同服务链特点的基础上,建立了复杂产品MRO协同服务链结构模型;提出一套复杂产品MRO协同服务链不确定性建模与分析方法,从面向复杂产品MRO协同服务链结构基元和面向服务过程两个层面分析了不确定性因素的来源,定义了显性和隐性不确定性的概念,建立了层次性不确定性传播关系模型;考虑各类不确定性因素的不确定度波动范围和概率对不确定性因素敏感性的影响,提出一种两层次的复杂产品MRO协同服务链不确定性因素敏感性分析方法。案例验证表明,所提不确定性传递模型和敏感性分析方法能够支撑复杂产品MRO协同服务链不确定性的预防控制。     

一种快速收敛的多学科协同优化方法

为解决协同优化方法求解速度过慢的问题,提出一种快速收敛的多学科设计协同优化方法。在该求解方法中,系统优化的全部设计变量分为全局变量和局部变量,协同优化方法中的辅助设计变量被消去;系统级只控制全局变量,学科级控制局部变量;在系统级添加各学科中包含全局变量的约束条件,并基于学科状态方程构造耦合变量一致性约束条件;从各子学科中消除耦合变量的一致性问题,子学科目标的优化只对系统目标的最优起指向性作用。采用两个典型的多学科设计优化算例,检验快速收敛的多学科设计协同优化方法的计算特性,结果表明该方法的收敛迭代步数比协同优化方法大大减少,具有更快的收敛速度。     

基于区间不确定性的多学科过程分解方法

为了减少基于区间不确定性的多学科设计优化的计算成本,提出了一种面向多学科设计优化的分解方法。建立考虑同一学科多次执行的耗时差异性的过程分解优化模型;基于对学科间的耦合度和各学科复杂度的定义,构造耦合强度设计结构矩阵和学科计算成本矩阵,以评价系统的耦合强度和计算成本;进而构建基于遗传算法的寻求整体计算成本最小分解方案的流程;以飞行器的不确定性多学科设计优化为算例对上述方法进行了验证。通过四个分解方案的对比,说明该方法能够显著减少整体计算成本,且更具普遍性和易操作性。     

基于FORM的齿轮传动多学科优化设计

通常多学科设计优化是一种确定性设计方法,未考虑不确定性因素的影响。为降低多学科设计优化过程中不确定性因素对系统性能的影响,将一次可靠性方法与协同优化方法相结合,应用到多学科设计优化中。建立基于一次可靠性方法的协同优化的数学模型,并阐述其求解流程,该方法可用于多学科设计优化领域的可靠性设计问题。分别运用协同优化方法和基于一次可靠性方法的协同优化实现了减速器齿轮传动的多学科优化设计,在这两种方法的系统级优化中,引入松弛变量,将一致性等式约束转化为不等式约束,使算法易于收敛。优化结果表明基于一次可靠性方法的协同优化方法求得的最优解使得约束条件满足了可靠性要求,提高了系统的可靠性,具有实际工程意义。     

鲁棒协同优化模型及其求解方法

从提高鲁棒协同优化(Robust collaborative optimization, RCO)模型的计算效率和模型求解方法优化性能角度出发,提出简化的基于隐含不确定性传播的鲁棒协同优化(Simplified implicit uncertainty propagation robust collaborative optimization, SIUPRCO)模型和改良的鲁棒协同优化模型求解方法(Improved robust collaborative optimization resolving method, IRCORM).SIUPRCO是对基于IUP方法所建立的RCO模型进行的改善,它避免对全局灵敏度方程的求解,从而提高了RCO模型的计算效率.在IRCORM模型求解方法中,为解决RCO易陷入局部极值点的问题,利用动态罚函数法得到确定性协同优化的全局极值点,并将该值作为RCO优化的初始点;采用遍历组合的方法,给出Pareto最优解.典型算例的优化结果表明,SIUPRCO模型具有合理性,IRCORM求解方法具有良好的优化性能.     

随机与区间不确定性下的序列化多学科可靠性分析

为进行两种不确定共存情况下的多学科可靠性分析,提出一种基于概率论和凸集理论的随机与区间不确定性下的序列化的多学科可靠性分析方法.该方法通过对耦合循环解耦,组成多学科概率可靠性分析、基于凸模型的多学科非概率可靠性分析和多学科分析的单循环递推迭代过程,并集成全局灵敏度方程和KKT替代条件替换复杂的凸模型极值分析,保证了多学科可靠性分析具有较好的计算效率.通过两个算例验证了该方法的有效性.     

不确定性分析与稳健设计的研究进展

综合分析了近年来稳健设计的研究成果，重点对不确定性分析、特殊条件的稳健设计、模拟基稳健设计、多学科稳健优化设计和稳健设计应用等方面进行了较系统的归纳和总结，探讨了稳健设计发展规律和有待进一步研究的若干课题。     

基于灵敏度分析的区间不确定性稳健设计

针对机电产品优化设计中存在的大量不确定性因素，在灵敏度分析的基础上提出了区间不确定性稳健设计方法。首先探讨了灵敏度分析理论，借用Sobol'法筛选出对系统影响较大的因素并将不灵敏项进行固化；然后根据区间不确定性因素的特性，分析了不确定因素在某一区间变化时对系统整体的影响；最后给出了基于灵敏度分析的区间不确定性稳健设计优化模型。工程实例证明了该方法的有效性。     

单目视觉测量系统不确定度的分析

基于光学测头特征点成像的单目视觉坐标测量系统是一种新兴的高精度、大尺寸、三维整体、在线测试系统,在现代工业生产中具有重要应用价值。为评价这种单目视觉测量系统的测量精度,对基于测量不确定度的评定方法进行研究。在对影响单目视觉坐标测量系统测量精度的主要因素进行深入分析研究的基础上,建立测量不确定度评定表达式,实现对测量系统测量精度的评定;通过测量试验对评定方法加以验证,试验证明测量系统的测量精度与分析结果相吻合。     

输油泵效率测试的不确定度分析及其应用

输油泵的主要评价指标是泵效率。测量参数的质量对输油泵效率测算结果准确程度影响很大。本文根据不确定度分析原理，建立了输油泵效率测算的不确定分析模型，并给出了计算方法。在此基础上利用实际测算数据，计算了3台输油泵的不确定度。本方法同样适合于其它机泵效率测算分析。     

天然气孔板流量计的不确定度分析

目前天然气计量己制定了许多相关的国家标准、行业标准和计量检定规程等,但未形成完整体系,与国外相比尚有较大差距。本文着重探讨了天然气孔板流量测量中准确度要求和不确定度,分析了影响测量不确定度的几种因素。     

不确定信息的机械产品设计方案评价方法

机械产品设计方案评价中,针对评价指标值具有模糊性、指标权重具有不完全性的问题,引入模糊数据包络分析(DEA),分析模糊DEA在不完全权重信息处理方面存在的不足,提出改进的模糊DEA评价方法。该方法首先将指标值转化为无量纲的梯形模糊数,然后以梯形模糊数为基础,以不完全权重信息为约束,建立只有输出指标且含有偏好信息的模糊DEA模型,最后,基于去模糊化方法,将模糊DEA模型转化为确定性模型并求解。通过实验分析,验证该方法的合理性和可行性。     

考虑参数不确定性的转向架构架结构强度分析

考虑工程实际中设计参数的不确定性,基于D-最优试验设计和可靠性理论对转向架构架进行结构强度分析。根据UIC 510-3-1994标准对构架进行结构强度分析,确定受力较大部位的设计参数。运用APDL语言建立构架的参数化模型,并对设计参数进行D-最优试验设计,进而计算构架的结构强度。利用最小二乘法对试验数据进行拟合,建立多项式响应面函数,并对其进行方差分析,检验响应面的精度。基于高精度响应面函数,采用Monte-Carlo拉丁超立方抽样方法对构架进行结构强度的可靠性分析。研究结果表明：设计参数的变化对结构强度的影响较大,且各设计参数的交互作用较小。转向架构架的结构可靠度为0.984 3,表明了不确定参数对构架结构强度和安全性的影响程度。基于D-最优试验设计的响应面法工作效率高,可为其他复杂结构的不确定性分析提供参考。     

时空图像测速法的敏感性分析及不确定度评估

时空图像测速方法(STIV)是一种以测速线为分析区域、通过检测合成时空图像的纹理主方向估计一维时均流速测量方法。由于具有空间分辨率高、实时性强的优点,在河流水面流速、流量的实时监测中具有特别的应用潜力。但鉴于现场环境的复杂性和河道水流的变化性,现有研究在敏感性分析及不确定度评估方面尚存在不足,使得方法的实用性受限。对此设计了一种滚动画幅装置来模拟河流水面运动,并在此基础上全面开展了频域STIV方法的定量评估。相比数值模拟和现场比测的方法,该装置能够提供相对真实的测量环境和稳定的运动参数。实验结果表明:测速线长度和示踪条件是影响测量精度的主要敏感因素。通过合理的参数设置可以将方法的不确定度控制在±1%以内,能够满足水文测验的精度要求。     

二等标准铂铑10-铂热电偶检定结果的不确定度分析

随着科学技术的不断发展,热电偶已成为目前温度测量领域中应用最广泛的感温元件之一,其优点是温度测量范围广、性能稳定、准确可靠。为使热电偶在测温过程中得到准确一致的测量结果,热电偶检定成为一项非常重要的工作。根据我国《计量法》的要求,各级计量标准的量值必须溯源到国家计量基准。因此,各级计量检定部门在检定过程中,测量结果的不确定度分析是极其重要的一项工作,其最终结果应同国家量传系统表吻合,这样才能保证量值传递的准确可靠。