● 摘要
在工程实践中往往由于系统本身性能波动或者数据信息不足而造成设计的不准确, 这尤其对于含有可靠性设计的大型复杂系统而言更是如此。为了处理这个问题,本文针 对复杂系统研究了包含混合不确定性建模的多学科设计优化方法(Multidisciplinary DesignOptimization,MDO) ,使用不确定性是为了考虑系统波动与数据缺乏,乃至处理 可靠性对系统的影响,而多学科设计优化则是为了大大提高系统设计效率。研究该基于 偶然不确定性和认知不确定性下的多学科设计优化方法及其应用主要包括以下几方面:
1. 为了对偶然不确定性和认知不确定性建模,并描述它们在复杂系统中的传播过 程,本文研究了混合的基于可靠性和可能性的设计优化方法 (Reliability-based Design Optimization, RBDO; Possibility-based Design Optimization, PBDO),而且它还可以描述两 种不确定性间的交互关系。
2. 在充分研究了分析目标级联 (Analytical Target Cascading, ATC) 法的基础上,本 文将其作为设计优化的基础框架,因为它与可靠性分配机理相融合,并且可以将设计目 标和细节转换到分解系统的每一个元素中去,这种特性非常有利于考虑可靠性的大型复 杂系统设计问题。除此之外,本文还采用了顺序优化及可靠性评价法 (Sequential Optimization and Reliability Assessment, SORA)来执行包含了不确定性的分析目标级联结 构的具体设计优化步骤,它可以高效的将耦合优化过程按顺序步骤来实施。
3. 为了达到改进的可靠性设计目标,本文将可靠性作为认知不确定性,并利用非 充分数据信息来近似实际的可靠性特征,在这个基础上同时执行可靠性分配 (Reliability Allocation,RA) 和系统优化设计方法,以此在规定的目标范围内探索高可靠性最优设计。
4. 通过几个理论模型问题的设计用力,基于混合不确定性的多学科设计优化及可 靠性分配方法 (Mixed Uncertainties based ATC with RA, MUMDO with RA) 的有效性得 到了证明。在这个基础上,还对实际中的导弹与机翼优化问题进行了设计与性能分析, 以此为真实复杂系统的可靠性设计提供了有效的依据。