多目标多学科优化设计

第４６卷第１期　２０１２年１月　原子能科学技术　Ａｔｏｍｉｃ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．４６，ＮＯ．１　Ｊａｎ．２０１２　

多目标辐射屏蔽优化设计方法　

杨寿海　，陈义学　，王伟金　，陆道纲　

（１．华北电力大学核科学与Ｔ程学院，北京　１０２２０６；２．国家核电软件技术中心，北京　１０００２９）　

摘要：由于复杂核装置的屏蔽设计目标的多样化，同时屏蔽设计过程的不确定因素众多，因此有必要开　发一种智能屏蔽优化设计的方法，实现屏蔽方案选择的自动化，减少人因等不确定因素的影响。本工作　结合遗传算法与离散纵标方法，同时考虑造价、体积、重量等的最小化，开发了遗传算法多目标屏蔽优化　程序，实现了经济可行的辐射屏蔽设计方案的自动化获取。该工作对优化屏蔽设计方案的获取有一定　的现实意义。　关键词：遗传算法；多目标；屏蔽优化　中图分类号：ＴＬ３２　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—６９３１（２０１２）０１—００７９—０５　

Ｍｕｌｔｉ—ｏｂｊ　ｅｃｔｉｖｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　

ｏｆ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　

ＹＡＮＧ　Ｓｈｏｕ—ｈａｉ　，ＣＨＥＮ　Ｙｉ—ｘｕｅ　，ＷＡＮＧ　Ｗｅｉ—ｊｉｎ　，ＬＵ　Ｄａｏ—ｇａｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２２０６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｔａｔｅ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００２９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ｇｏａｌｓ　ｏｆ　ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｍａｎｙ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｉｔ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　

第１４卷第８期　２０１０年８月　船舶力学　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｐ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　Ｖｏ１．１４　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２０１０　

文章编号：１００７—７２９４（２０１０）０８—０８７９—０８　

船舶概念设计阶段多学科和多目标优化研究　

唐正茂ｌ，　，解　德　，马士虎　

（１华中科技大学船舶与海洋工程学院，武汉４３００７４；２武汉第二船舶设计研究院，武汉４３００６４）　

摘要：船型设计之初，设计者往往会通过船舶多个学科的分析，并从很多船型方案中进行选择比较。该文基于多　

学科设计优化（ＭＤＯ）的框架，采用多目标进化算法和决策技术的运用，讨论了船舶概念设计阶段的综合性能优　化问题。将船舶总体概念设计按ＭＤＯ的要求分解为系统控制层和５个子系统，考虑了排水量、综合效率、相对回　转直径和造价等多目标函数，采用改进的非支配解排序的多目标进化优化算法（ＮＳＧＡ　ＩＩ）和多学科可行解方法　（ＭＤＦ）求出Ｐａｒｅｔｏ最优解。然后用逼近理想解的排序方法（ＴＯＰＳＩＳ）对这些Ｐａｒｅｔｏ解进行选优。应用文中的方法，　对３５　０００吨载重量的油船进行了概念设计分析。数值算例表明，综合多学科设计和多目标优化以及决策，能够　有效、客观选择合理的船型和主尺度参数。　关键词：船舶概念设计；多学科设计优化；多目标优化和决策；ＮＳＧＡ　ＩＩ；ＴＯＰＳＩＳ　中图分类号：Ｕ６６２　文献标识码：Ａ　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　

ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊ　ｅｃｔｉｖｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｈｉｐ　

ＴＡＮＧ　Ｚｈｅｎｇ－ｍａｏ　－一，ＸＩＥ　Ｄｅ　，ＭＡ　Ｓｈｉ－ｈｕ　

（１　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｎａｖａｌ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｏｃｅａｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ；２　Ｗｕｈａｎ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｓｈｉｐ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ　４３００６４，Ｃｈｉｎａ）　

多学科设计优化

HEEDS ® MDO——多学科设计优化软件

多学科

不论是结构问题（线性或非线性，静态或动态，散装材料或复合材料）、流体问题、热力学问题，或者声学问题、NVH问题、动力学问题以及同时存在以上几项问题，HEEDS MDO都可以帮助用户寻找最佳解决方案。

易于使用的界面

虽然HEEDS MDO使用的技术很复杂，但是软件用户界面友好。它特有的选项卡界面可以使用户明确项目建立和执行的六个过程。

与诸多CAE工具的连接

HEEDS MDO与所有常用的CAE应用软件均有接口，使设计优化过程自动化。它还能调用多种软件工具进行前处理，后处理，分析计算和多学科优化。HEEDS MDO为以下工具提供输入和输出接口：

 Abaqus

 ANSYS WB

 Excel

 LS-DYNA

 Nastran  NX

 Solidworks

 SW Simulation

另外，HEEDS MDO提供一种通用接口生成ASCII格式的输入输出文件，从而可以连接所有商业或者私有CAE工具。如果您不确定您的工具是否与HEEDS MDO兼容，可以联系我们。

独有的优化技术

HEEDS MDO默认的研发方式-SHERPA采用多重研发策略，可以动态和实时的随着优化范围的变化调整针对问题的研发方式。用户可以利用HEEDS软件进行众多的分析，快速确定优化空间，省去了众多的试验费用及时间；从大量的模型参数中提取出敏感参数，并对敏感性参数进行评估；对模型的健壮性和可靠性进行评估。通过对模型参数的优化，达到减少模型质量与成本的目的。

通过HEED优化分析，车身减重33.5kg 并行优化技术

HEEDS PARALLEL通过同时提交多个方案给不同的处理器，提高优化速度，且速度提高与硬件及软件资源几乎是线性的关系。

典型应用

第２７卷第３期　２０１３年９月　湖北汽车工业学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．２７　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２０１３　ｄｏｉ：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００８—５４８３．２０１３．０３．００３　自卸车货箱多学科优化设计　史朝军　，一，张胜兰　，杨罄梁　（１．武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北武汉４３００８１；２．湖北汽车工业学院汽车工程学院，湖北十堰４４２００２）　摘要：对某自卸车货箱进行包括线性静力和振动模态的多学科优化，并对优化结果进行了稳健性设计，确定了在　随机误差影响下多学科优化结果的可靠性　首先建立了自卸车货箱的有限元模型．通过灵敏度分析筛选设计变　量：其次应用试验研究方法采集试验样本并拟合各个响应的响应面，基于响应面优化计算获得多学科优化的最优　解；最后通过稳健性分析确定了优化结果的可靠性。经过多学科优化设计，自卸车货箱在刚度、强度、第一阶模态　频率不降低的情况下．质量减少８％　关键词：多学科优化设计；试验研究方法；响应面法：稳健性设计；自卸车货箱　中图分类号：ｕ４６９．４　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—５４８３（２０１３）０３—００１０—０５　Ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｃａｒｇｏ　Ｂｏｘ　ｏｆ　Ｄｕｍｐｅｒ　Ｓｈｉ　Ｃｈａｏｊｕｎ　，Ｚｈａｎｇ　Ｓｈｅｎｇｌａｎ　，Ｙａｎｇ　Ｑｉｌｉａｎｇａ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ａｎｄ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００８　１，　Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｙａｎ　４４２００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｕｈｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｌｉｎｅａｒ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄａｌ，　ｗａｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｔｏ　ａ　ｃａｒｇｏ　ｂｏｘ　ｏｆ　ｄｕｍｐｅｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｏｂｕｓｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｆｉｒｍ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｒａｎｄｏｍ　ｅｒｒｏｒｓ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ　ＦＥ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｒｇｏ　ｂｏｘ　ｗａｓ　ｂｕｉｌｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｖａｒｉａｂｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｓｃｒｅｅｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅｉｒ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．Ｓｅｃｏｎｄ，ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅａｃｈ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｇｏｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ．Ｌａｓｔ，ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｗａｓ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｏｂｕｓｔ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｒｇｏ　ｂｏｘ　ｉｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｅｉｇｈｔ　ｐｅｒｃｅｎｔ　ｉｎ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｏｒｄｅｒ　ｍｏｄａｌ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｌｏｓｓ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｈｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ；ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ；　ｒｏｂｕｓｔ　ｄｅｓｉｇｎ；ｃａｒｇｏ　ｂｏｘ　ｏｆ　ｄｕｍｐｅｒ　汽车轻量化不仅可以减少汽车制造所需的材　料以降低汽车的制造成本．同时也可以提高汽车的　动力性和燃油经济性．因此汽车轻量化成为了汽车　技术人员和汽车制造商追求的目标　汽车轻量化的　途径一般有２种：采用轻量化材料：应用优化理论　对结构进行优化设计。采用轻量化材料思路简单、　结构减重明显，但是轻量化材料存在价格昂贵、与　其它材料连接困难等问题．现阶段应用存在较大困　难；优化设计成本低、周期短，因此在汽车轻量化设　计中应用广泛　自卸车货箱的轻量化设计涉及结构静力学和　振动动力学等学科知识．是一个多学科优化问题　收稿日期：２０１３—０６一ｉ７　作者简介：