【正文】 值模擬優(yōu)化方法等方面作了很多工作；大連鐵道學(xué)院使用iSIGHT軟件平臺開展了現(xiàn)代鐵路機車車輛產(chǎn)品的設(shè)計優(yōu)化研究；西安電子科技大學(xué)對電子裝備中的結(jié)構(gòu)位移場、電磁場和溫度場的多場禍合問題進行了MDO研究；國防科技大學(xué)的課題組在導(dǎo)彈、高超聲速飛行器、飛機、衛(wèi)星的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化中做了大量的工作，在MDO的基礎(chǔ)理論以及MDO在飛行器設(shè)計和衛(wèi)星設(shè)計中的運用展開了深入研究，取得了大量有價值的成果，并在基于商業(yè)軟件的二次開發(fā)方面形成了一套獨立的方法[2431]。由于不同軟件的數(shù)據(jù)格式各不相同，需要進行數(shù)據(jù)方面的轉(zhuǎn)換。對復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以往通常采用標(biāo)準(zhǔn)CO算法進行優(yōu)化，但隨著其廣泛使用，計算方面的各種問題慢慢突顯，而圍繞標(biāo)準(zhǔn)CO算法改進的一系列算法逐漸出現(xiàn)，但仍存在一些不足，因此，應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)CO算法進行深入的研究與討論。研究了該課題涉及的一些關(guān)鍵性技術(shù)，提出理論基礎(chǔ)與相關(guān)模型，運用這些方法實現(xiàn)多學(xué)科協(xié)同設(shè)計過程管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。(2) 通過對協(xié)同優(yōu)化算法的介紹與機械產(chǎn)品設(shè)計中增廣乘子概念的研究，對現(xiàn)今應(yīng)用比較廣泛的標(biāo)準(zhǔn)CO算法計算方面的不足，通過在系統(tǒng)級上加入增廣乘子，對標(biāo)準(zhǔn)CO算法進行改進。本系統(tǒng)是立足于減速器產(chǎn)品設(shè)計過程，將部分Agent驅(qū)動、過程流優(yōu)化、數(shù)據(jù)優(yōu)化、協(xié)同空間等技術(shù)應(yīng)用其中，進行多學(xué)科協(xié)同設(shè)計過程優(yōu)化設(shè)計的研究。第二章介紹了MCDMS系統(tǒng)總體框架，通過對Agent技術(shù)介紹，提出一個基于多Agent技術(shù)的MCDMS系統(tǒng)工作模型。通過對該方法的描述，為用戶端過程管理智能體中的過程設(shè)計優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。通過對現(xiàn)有方法的研究，在原有標(biāo)準(zhǔn)CO算法基礎(chǔ)上，通過改進，提出一種基于增廣乘子法的協(xié)同優(yōu)化算法。最后，總結(jié)全文的研究工作成果并展望今后需要進一步完善和深化的工作任務(wù)。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對此展開激烈的討論，認(rèn)為智能化的過程流管理與數(shù)據(jù)共享、使用和優(yōu)化將會成為未來多學(xué)科協(xié)同設(shè)計研究的主要內(nèi)容與工作方向。MAS具有很好的靈活性，有分布式自主決策，強調(diào)各個Agent之間的相互協(xié)作[36,37]，可有效解決地域間差異的限制。本章首先研究基于MAS的多學(xué)科協(xié)同設(shè)計過程管理系統(tǒng)的總體框架，為后面章節(jié)的多學(xué)科協(xié)同設(shè)計過程優(yōu)化與數(shù)據(jù)優(yōu)化提供框架與理論支持。 MCDMS體系結(jié)構(gòu)(1) 用戶端口層一個項目或工程的完成，需要很多人員角色，為了便于管理，可分成多個角色同時進行。(2) 功能模塊層此模塊層是MCDMS系統(tǒng)性能評判的實體，提供MCDMS系統(tǒng)最主要的功能模塊和開發(fā)環(huán)境。利用此模塊層，各角色可達到相互通信的目的。通過觸發(fā)數(shù)據(jù)接收響應(yīng)機制，對系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)進行管理和協(xié)調(diào)，使來自不同地域與不同時間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源能保存在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫環(huán)境中。接收確認(rèn)信息Y后，觸發(fā)各功能智能體。同時，觸發(fā)協(xié)同空間智能體和通信智能體。多Agent技術(shù)構(gòu)建MCDMS系統(tǒng)平臺的工作模型。構(gòu)建項目管理智能體結(jié)構(gòu)。用戶端A進入項目立項節(jié)點，觸發(fā)操作指令，對項目進行立項。項目管理智能體解析用戶端B提交的信息，自動變更數(shù)據(jù)庫中保存的項目狀態(tài)，如：發(fā)起、開始、進行中、完成。 基于Agent技術(shù)的過程管理過程管理智能體由過程建模、監(jiān)控管理與過程流查看組成。該智能體能夠提供用戶過程流搭建、任務(wù)分配、進度跟蹤、進度查詢等功能。用戶端A在接收優(yōu)化后的過程流可視化模型后，對任務(wù)進行分解，生成任務(wù)分配圖與Gantt圖，將結(jié)果保存至系統(tǒng)Oracle9i數(shù)據(jù)庫。 基于Agent技術(shù)的協(xié)同空間隨著機械產(chǎn)品設(shè)計日益復(fù)雜化，產(chǎn)品設(shè)計過程已不是單一串行模式和單一學(xué)科模式。構(gòu)建協(xié)同空間智能體工作機理。協(xié)同空間智能體會自動發(fā)送工程軟件文檔至專家組，發(fā)送在線批注消息請求。通過協(xié)同空間智能體，系統(tǒng)平臺對協(xié)同批注流程進行不斷的循環(huán)(Y/N操作控制)操作，根據(jù)智能協(xié)商評估策略，判斷終止節(jié)點的位置，將優(yōu)化的工程軟件文檔交至系統(tǒng)管理人員審批并存入系統(tǒng)Oracle9i數(shù)據(jù)庫保存。建立ZZ2坐標(biāo)系，圓點代表其真實值，M0為MCDMS預(yù)設(shè)協(xié)商評估的函數(shù)值。 (黑圓點)關(guān)系 基于Agent技術(shù)的優(yōu)化管理優(yōu)化成為產(chǎn)品設(shè)計高效的重要解決方法。優(yōu)化管理智能體工作機理。數(shù)據(jù)優(yōu)化：設(shè)計人員為提高效率，任務(wù)完成后對所得數(shù)據(jù)進行全部或局部優(yōu)化。數(shù)據(jù)優(yōu)化機理。人員管理智能體由分類匹配策略與關(guān)系映射表兩部分組成，其工作機制。U:UR, R表示實數(shù)集。關(guān)系映射表：系統(tǒng)平臺提供會話ID與工作組的關(guān)系映射={t， | tU, 為分布式協(xié)同環(huán)境下專家個體，i整數(shù)集}。用戶端通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫操作實現(xiàn)對項目與任務(wù)監(jiān)控、過程流優(yōu)化、數(shù)據(jù)流優(yōu)化、數(shù)據(jù)上傳下載、任務(wù)反饋等相關(guān)功能，使用戶端更好的對產(chǎn)品設(shè)計進行管理。BPR主要通過檢測與分析組織成員間的工作流和過程流[44,45]來尋找設(shè)計瓶頸。隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，企業(yè)面臨很多問題，如：安全性、穩(wěn)定性與協(xié)調(diào)性等。清華大學(xué)謝玉鳳與楊光信等人提出工作流優(yōu)化的概念(WPR)[51]，該方法基于條件有向圖[52]，雖然可對工作流進行改善，但對耦合情況沒有進行過多的研究。只有對設(shè)計過程進行合理優(yōu)化才能提高設(shè)計效率，已存在的優(yōu)化方法有很多，本文意在對WPR方法進行改進。 WPR的概念工作流過程優(yōu)化(WPR)概念是一套符合工作流過程的優(yōu)化方法，能提高工作流效率，對一些工作節(jié)點提供協(xié)同工具，使企業(yè)的協(xié)同工作更加完善。w實際是一個有向圖，圖中各節(jié)點表示工作流各活動的步驟，與常規(guī)有向圖相比，區(qū)別在于：與每一有向邊對應(yīng)分別有一個邏輯表達式與一個命名表達式的集合。節(jié)點表示工作流過程的實際或抽象活動，邊表示下一個活動節(jié)點，層次方法是直接在圖上定義工作流過程。2) and。A節(jié)點與B節(jié)點為相似節(jié)點的充分必要條件：1) and and and 。2) 。通過對整體過程分析、節(jié)點屬性歸納、結(jié)合協(xié)商技術(shù)，綜合的對設(shè)計過程進行操作，達到最終優(yōu)化的目的。4) 一個設(shè)計流程，首先需對其中直接耦合的節(jié)點進行優(yōu)化，依次找出協(xié)商節(jié)點、相似節(jié)點與獨立節(jié)點。通過協(xié)商方法將其合并成一個新的節(jié)點。第(2)條為保證協(xié)商后，優(yōu)化前后觸發(fā)的活動相同。根據(jù)相似節(jié)點的定義知道：相似節(jié)點屬于同一部門或組織，因此，實行的任務(wù)在很大程度上是相同的。在做合并優(yōu)化時，不應(yīng)讓各個節(jié)點的判斷語句過于龐大，優(yōu)化的目的是為簡化設(shè)計流程，而不是使其變得更加復(fù)雜。如果節(jié)點獨立于節(jié)點，但受節(jié)點的執(zhí)行結(jié)果影響，可將設(shè)計過程進行重組。節(jié)點、節(jié)點與節(jié)點并行執(zhí)行，其等價活動類別個數(shù)為3({},{,},{})，整個系統(tǒng)的執(zhí)行時間得到提升。此做法是保證優(yōu)化后流程的處理結(jié)果與原來的結(jié)果是相同的。不同應(yīng)用中會有不同的定義，在此，介紹兩種常見的冗余活動節(jié)點。②A. t! = ‘initial’.(2) 重復(fù)工作的節(jié)點。③= .函數(shù)Similar (A,B)判斷A,B是否為相似節(jié)點。這兩種活動節(jié)點都可直接從設(shè)計過程中移除，卻不會改變其執(zhí)行結(jié)果。加入新節(jié)點時，應(yīng)注意：不要增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，延長處理時間。③=Value.，節(jié)點與節(jié)點有相同的子節(jié)點(節(jié)點、節(jié)點與節(jié)點)，節(jié)點只被節(jié)點觸發(fā)。節(jié)點由系統(tǒng)感知與執(zhí)行，起控制作用，因此，加入此節(jié)點不會增加整個系統(tǒng)的負(fù)載與延長執(zhí)行時間。而耦合節(jié)點存在的方式多種多樣，在此只提出幾種常見情形進行優(yōu)化操作，優(yōu)化方法如下：(1) 如果存在節(jié)點A與節(jié)點B，節(jié)點B在節(jié)點A執(zhí)行后進行且節(jié)點A的執(zhí)行結(jié)果直接作用于節(jié)點B，當(dāng)節(jié)點B不滿足某些條件時，需返回節(jié)點A對其進行重新操作，則節(jié)點A與節(jié)點B稱為直接耦合的兩個節(jié)點。用戶定義過程流。用戶定義過程流。 用戶定義過程流 優(yōu)化2 優(yōu)化3(4) 如果相互獨立的兩個節(jié)點C、D分別依賴于其父節(jié)點A、B，同時作用于其子節(jié)點E。由于其傳遞運動的可靠性與準(zhǔn)確性，并且結(jié)構(gòu)緊湊、維護簡單，通常作為減速傳動的裝置[55]。減速器設(shè)計過程主要依賴計算機計算和CAD等軟件工具的介入[57]。 優(yōu)化2 可以看出，節(jié)點D、節(jié)點E；節(jié)點JK、節(jié)點LMN；節(jié)點P、節(jié)點Q，這三組節(jié)點都屬于直接耦合的節(jié)點，合并成新的節(jié)點DE、節(jié)點JKLMN與節(jié)點PQ， 優(yōu)化3 IPR可視化軟件掌握上述方法，就可對一個設(shè)計過程進行相關(guān)優(yōu)化。由于自主開發(fā)的軟件可兼容至系統(tǒng)平臺中，設(shè)計人員能方便的對產(chǎn)品設(shè)計過程進行操作。元素菜單是對圖形進行相應(yīng)操作，可實現(xiàn)圖形編譯、文字增添、圖片處理、圖形源代碼反編譯與圖形全選等功能。由于軟件內(nèi)嵌至系統(tǒng)平臺中，因此，可方便系統(tǒng)與軟件間的數(shù)據(jù)交流。對保存文件進行簡單操作。第4章 基于標(biāo)準(zhǔn)CO算法改進的算法研究第4章 基于標(biāo)準(zhǔn)CO算法改進的算法研究 引言復(fù)雜機械系統(tǒng)的設(shè)計要涉及多個學(xué)科，各學(xué)科間的關(guān)系是相互依賴又相互制約(即耦合)的。此后，學(xué)者們相繼展開了理論與應(yīng)用的相關(guān)研究。對于許多優(yōu)化問題，無法得到收斂解或只能得到局部最優(yōu)解，因此，應(yīng)繼續(xù)對協(xié)同優(yōu)化算法進行改進。MDO算法[65,66]與傳統(tǒng)意義的尋優(yōu)算法不同。 單極優(yōu)化算法現(xiàn)有的單級優(yōu)化算法分為：多學(xué)科可行算法(MDF，也稱AIO)、單學(xué)科可行算法(IDF)、同時分析優(yōu)化算法(SAD，也稱AAO)。是插補或逼近系數(shù)。 MDF算法結(jié)構(gòu) 單學(xué)科可行方法單學(xué)科可行算法(IDF)提供一種能在優(yōu)化時，有效避免多學(xué)科分析途徑的方法，IDF算法結(jié)構(gòu)。該算法優(yōu)化問題的表述與MDF算法的表述基本相同，只是代表的意義不同。 IDF算法結(jié)構(gòu) 同時分析優(yōu)化方法同時分析優(yōu)化算法(SAD)的明顯特征是在學(xué)科中加入輔助變量。：對狀態(tài)變量，優(yōu)化模塊中附加了設(shè)計變量y和等式約束(一致性約束)d與之對應(yīng)，使求得的結(jié)果是多學(xué)科且一致的。但各分析模塊仍不能實現(xiàn)其決策功能，只是單純的進行函數(shù)運算。該算法將系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計問題分成兩級：一個系統(tǒng)級與一個并行的多個學(xué)科級。不同學(xué)科領(lǐng)域的專家采用最適合自身的優(yōu)化算法進行優(yōu)化設(shè)計。 基于試驗設(shè)計點與響應(yīng)面近似模型的并行子空間算法結(jié)構(gòu) 協(xié)同優(yōu)化算法協(xié)同優(yōu)化算法將優(yōu)化設(shè)計問題分為兩級：一個系統(tǒng)級，一個并行的多個學(xué)科級。協(xié)同優(yōu)化算法的本質(zhì)是系統(tǒng)級協(xié)調(diào)優(yōu)化算法。在BLISS方法的基礎(chǔ)上，使用系統(tǒng)分析或子系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果的多項式響應(yīng)面逼近能大大提高設(shè)計效率。系統(tǒng)水平優(yōu)化用來處理相關(guān)的少量全局變量，局部優(yōu)化用來處理大量詳細(xì)的局部設(shè)計變量。兩級優(yōu)化算法由于其自身的優(yōu)越性，成為解決實際工程問題優(yōu)先采用的算法。該問題的標(biāo)準(zhǔn)CO算法的數(shù)學(xué)模型如下：(1) 系統(tǒng)級優(yōu)化模型：式中：與是系統(tǒng)的一致性約束；與是系統(tǒng)級設(shè)計變量。3) 系統(tǒng)級學(xué)科的一致性約束是等式約束，且約束個數(shù)通常大于系統(tǒng)級優(yōu)化模型中設(shè)計變量的個數(shù)，這就極大地限制了系統(tǒng)級優(yōu)化的自由度，導(dǎo)致傳統(tǒng)優(yōu)化算法對CO算法問題的無解情況出現(xiàn)。理論上講，只有當(dāng)懲罰因子 (內(nèi)點法)或(外點法)時，算法才能收斂，這就造成了序列迭代過程收斂較慢的后果。 增廣乘子法的理論分析對于同時具有等式約束與不等式約束的優(yōu)化問題：我們構(gòu)造的增廣乘子函數(shù)為：式中：不等式約束函數(shù)的乘子向量，即等式約束函數(shù)的乘子向量，即乘子向量；懲罰因子；設(shè)計變量的初始值的取值方法參見文獻[69]。通過Tappeta和Renaud對常用的四種方法(差值、差平方、商、對數(shù))比較，差平方收斂的速度比其它幾種要快，用差平方評價的差異最小。(2) 學(xué)科1優(yōu)化模型：(3) 學(xué)科2優(yōu)化模型：該優(yōu)化問題的增廣乘子算法的優(yōu)化模型如下：(1) 系統(tǒng)級優(yōu)化模型：式中：與是系統(tǒng)的一致性約束；與是系統(tǒng)級設(shè)計變量；是第個學(xué)科優(yōu)化計算出的第個系統(tǒng)級變量的設(shè)計值。 減速器優(yōu)化模型減速器優(yōu)化設(shè)計是NASA評估多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法的標(biāo)準(zhǔn)十大算例之一。 標(biāo)準(zhǔn)CO算法與增廣乘子法采用標(biāo)準(zhǔn)CO算法與增廣乘子法求解時，將該優(yōu)化問題分解為一個系統(tǒng)級優(yōu)化和三個學(xué)科級優(yōu)化。與標(biāo)準(zhǔn)CO算法相比，增廣乘子法的迭代次數(shù)明顯減少，目標(biāo)值也更加接近最優(yōu)解的參考值。該算法通過在系統(tǒng)級上加入增廣乘子，避免了序列迭代過程收斂較慢的問題。第5章 MCDMS系統(tǒng)實現(xiàn)第5章 MCDMS系統(tǒng)實現(xiàn) MCDMS系統(tǒng)概述本章主要從功能方面介紹MCDMS系統(tǒng)的設(shè)計和相關(guān)模塊及其實現(xiàn)。使用目前IT產(chǎn)業(yè)認(rèn)可且發(fā)展成熟的MVC架構(gòu)模式：模型(Model)、視圖(View)與控制器(Controller)，結(jié)合CAD/CAM軟件集成、Sockit方法編譯和一些開源代碼進行設(shè)計。美化方面，采用開源的JS(JavaScript)組件使系統(tǒng)圖形界面更加美觀。系統(tǒng)管理員主要對整體項目進行操作，在某一項目立項后，建立設(shè)計過程所需過程流模型，之后，采用第三章介紹的IPR方法對該過程流模型進行優(yōu)化處理，根據(jù)優(yōu)化模型進行具體模型搭建，分解任務(wù)及創(chuàng)建，把創(chuàng)建后的任務(wù)與所需相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給設(shè)計人員。若合格，直接將信息反饋給系統(tǒng)管理員，若不合格，則將信息反饋給設(shè)計人員，要求設(shè)計人員重新修改，直至合格為止。從這四層結(jié)構(gòu)簡單說明整體數(shù)據(jù)的流向（數(shù)據(jù)流）。 系統(tǒng)任務(wù)層與子任務(wù)層的設(shè)計任務(wù)分配圖運用第三章介紹的IPR技術(shù)，將減速器的工藝設(shè)計過程進行優(yōu)化。其中，系統(tǒng)管理員統(tǒng)籌全局，完成建立模型、發(fā)布任務(wù)、監(jiān)控項目等任務(wù)。；；；。；；；；；。模型查看是通過插件實現(xiàn)對已建項目基本信息的圖形化查看。用來生成優(yōu)化后的可視化過程模型；；；；；。系統(tǒng)管理員通過線性關(guān)系對設(shè)計人員發(fā)布任務(wù)，設(shè)計人員任務(wù)接收子模塊會即時接收該任務(wù)、之后，設(shè)計人員根據(jù)要求完成任務(wù)，期間會有協(xié)同空間模塊對設(shè)計人內(nèi)部進行輔助操作。任務(wù)瀏覽模塊實現(xiàn)設(shè)計人員對接收的任務(wù)進行瀏覽，任務(wù)查詢模塊實現(xiàn)設(shè)計人員對已接收的任務(wù)進行查看。該模塊通過采用JAVASE的多線程編程與Sookie網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)共同完成。系統(tǒng)管理員向服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)供設(shè)計人員使用，設(shè)計人員下載數(shù)據(jù)完成任務(wù)后，向服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)供專家查看，專家通過下載該數(shù)據(jù)文檔對任務(wù)進行審批。該模塊作為第三章IPR技術(shù)內(nèi)部協(xié)商方法的具體實現(xiàn)。剖面圖批注包括對三維模