基于改進(jìn)協(xié)作優(yōu)化算法的塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、當(dāng)今機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，且產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的性能要求越來越高，因而產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)也不再局限于零件和部件的優(yōu)化，而是從更高的層次上提出了整機(jī)/系統(tǒng)的整體性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法求解這類優(yōu)化問題存在著諸多的缺陷。在這樣的工程背景下，一種新的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法——多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化誕生了。 多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化(MultidisciplinaryDesignOptimization，簡(jiǎn)稱MDO)是一種通過充分探索和利用系統(tǒng)中

2、相互作用的協(xié)同機(jī)制來設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)和子系統(tǒng)的方法論。其目的是利用系統(tǒng)中的協(xié)同機(jī)制獲得系統(tǒng)整體最優(yōu)解，通過并行設(shè)計(jì)來縮短設(shè)計(jì)周期。本文的目的就是研究多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化算法及其在塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 由于系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)組成學(xué)科(子系統(tǒng))之間存在耦合作用，多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化存在著系統(tǒng)分析的計(jì)算復(fù)雜性和各個(gè)學(xué)科(子系統(tǒng))之間的通信復(fù)雜性。MDO算法就是解決這兩個(gè)難題的策略和方法。本文對(duì)現(xiàn)有的各種MDO算法進(jìn)行分析、比較，指出基于分解和協(xié)

3、調(diào)的雙層優(yōu)化算法是MDO算法的發(fā)展方向。 協(xié)作優(yōu)化算法(CollaborativeOptimizaiton，簡(jiǎn)稱CO)是在一致性約束優(yōu)化算法(CompatibilityConstrainedOptimization，簡(jiǎn)稱CCO)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，基于分解和協(xié)調(diào)的一種雙層優(yōu)化算法。子系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)暫時(shí)不考慮其它子系統(tǒng)的影響，故各個(gè)子系統(tǒng)可以相對(duì)獨(dú)立的進(jìn)行并行優(yōu)化，設(shè)計(jì)沖突由系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化問題協(xié)調(diào)。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)CO系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化問題中K-T條件不

4、滿足而引起的計(jì)算困難，本文提出了通過采用權(quán)因子，將系統(tǒng)級(jí)問題無(wú)約束化處理的改進(jìn)方法。該方法在避免上述計(jì)算困難的同時(shí)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化問題。 本文的重點(diǎn)是改進(jìn)協(xié)作優(yōu)化算法在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究。傳統(tǒng)的塔式起重機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是對(duì)部件(子系統(tǒng))分別進(jìn)行的，這樣的作法割離了子系統(tǒng)之間的有機(jī)的聯(lián)系，無(wú)法保證整機(jī)性能的最優(yōu)性。通過采用改進(jìn)的協(xié)作優(yōu)化算法對(duì)塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的塔帽-吊臂-平衡臂進(jìn)行一體化方案設(shè)計(jì)，充分考慮了這三個(gè)子系統(tǒng)之間的協(xié)同