多學(xué)科模糊滿意協(xié)同優(yōu)化方法及其應(yīng)用.pdf

1、在國家自然科學(xué)基金和國家863高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的資助下，本文研究了多學(xué)科模糊滿意協(xié)同優(yōu)化方法，主要包括:多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化(CO)分學(xué)科（子系統(tǒng)）建模方法、模糊滿意協(xié)同優(yōu)化方法、基于全局共享變量近似子空間的協(xié)同優(yōu)化方法，并將其應(yīng)用于全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)刀具布局優(yōu)化設(shè)計(jì)中。該問題在理論研究中屬于多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法(MDO);在機(jī)械設(shè)計(jì)中屬于復(fù)雜布局方案設(shè)計(jì);在人工智能領(lǐng)域中屬于人機(jī)結(jié)合問題，具有重要的理論和工程應(yīng)用價值。
　　提出了基于全局共

2、享變量近似子空間的協(xié)同優(yōu)化方法，對于學(xué)科級共享變量的可行域以超切平面法來近似，當(dāng)系統(tǒng)級共享設(shè)計(jì)變量達(dá)到了一致性要求，系統(tǒng)級才進(jìn)行解耦操作，在一定程度上降低學(xué)科級的分析次數(shù)，具有很好的計(jì)算精度和計(jì)算穩(wěn)定性，可以有效地解決TBM刀具布局優(yōu)化設(shè)計(jì)這類涉及共享變量多，耦合變量相對較少的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。
　　為了能在協(xié)同優(yōu)化中嵌入模糊因素與領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗(yàn)，本文給出了模糊滿意協(xié)同優(yōu)化模型及算法，在學(xué)科級分析模塊中增加了極角模糊規(guī)則和模糊約

3、束最優(yōu)截集水平分析。從TBM刀具布局優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的應(yīng)用效果來看，有效地解決了刀具布局協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)中模糊推理、模糊約束的處理問題。
　　針對TBM刀盤布置設(shè)計(jì)中具有布局計(jì)算復(fù)雜，優(yōu)化器負(fù)載重、學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)容交叉的特點(diǎn)，提出了按MDO的學(xué)科分級優(yōu)化的思想，利用協(xié)同優(yōu)化方法，將刀盤最優(yōu)布置模型分成了兩層，共包括1個系統(tǒng)級和4個子系統(tǒng)（學(xué)科）級:刀盤幾何學(xué)計(jì)算子系統(tǒng)、刀盤力學(xué)計(jì)算子系統(tǒng)、刀盤質(zhì)心計(jì)算子系統(tǒng)和破巖量計(jì)算子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)級采用并

4、行優(yōu)化器處理，以降低問題的求解規(guī)模，提高刀具布局尋優(yōu)的效率。
　　全文的主要工作內(nèi)容包括:
　　(1)討論了并行子空間優(yōu)化、協(xié)同優(yōu)化和兩級集成系統(tǒng)三種多學(xué)科優(yōu)化方法的特點(diǎn)和應(yīng)用，并根據(jù)系統(tǒng)工程學(xué)原理和TBM盤刀布置問題的特點(diǎn)，提出利用多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化方法來解決TBM刀具布局優(yōu)化這類復(fù)雜問題的思想。
　　(2)提出了多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化分學(xué)科優(yōu)化策略、建模方法和盤刀布置方案系統(tǒng)級調(diào)整機(jī)制。分析了標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同優(yōu)化計(jì)算困難的原因，在此基

5、礎(chǔ)上提出了一種改良的協(xié)同優(yōu)化方法——基于全局共享變量近似子空間協(xié)同優(yōu)化。并通過實(shí)例驗(yàn)證該方法在求解復(fù)雜工程布局問題的可行性和有效性。
　　(3)提出模糊協(xié)同優(yōu)化模型及算法，主要包括兩類模型——對稱和非對稱模糊協(xié)同優(yōu)化模型，前者將截集水平作為學(xué)科級的共享變量來處理，它比較適合于約束條件和優(yōu)化目標(biāo)具有同等重要程度的情況;后者將截集水平嵌入到學(xué)科級中，由學(xué)科級分析模塊來處理，比較適合于對約束條件和優(yōu)化目標(biāo)具有不同的重視度情況。
　

6、　(4)將本文提出的方法，應(yīng)用到TBM掘進(jìn)機(jī)刀具布局優(yōu)化的工程實(shí)例中，具體方法包括:非對稱模糊滿意協(xié)同優(yōu)化模型、學(xué)科級分析模塊中極角模糊規(guī)則、模糊約束的最優(yōu)截集水平、學(xué)科級模糊推理、極角模糊推理約束條件的構(gòu)建等。
　　本文以全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)刀具布局設(shè)計(jì)為應(yīng)用背景，根據(jù)MDO及模糊理論與方法，給出了多學(xué)科模糊滿意協(xié)同優(yōu)化方法，并在該方法中應(yīng)用了近似和解耦協(xié)調(diào)機(jī)制、模糊優(yōu)化、模糊推理等相關(guān)理論，具有一定的工程實(shí)用價值，本文工作期望有助