ADAMS 典型柴油机结构多学科优化设计(9)

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◆ 在多刚体动力学理论的基础上，对某柴油机进行ADAMS仿真建模分析，输出其气门升程、速度、加速度和凸轮与推杆的接触力的曲线图；

◆ 在优化软件ISIGHT中集成ADAMS动力学仿真软件和计算器组件对进行优化，运用传统的多目标优化算法和现代的遗传算法对凸轮进行优化，分析优化结果；

◆ 最后，在确定性优化结果的基础上，对结果运用6Sigma质量设计进行可靠性分析。

1.6本章小结

本章首先介绍了柴油机对船舶工业发展的不可替代的作用，陈述了柴油机想要进一步发展所要解决的问题。之后介绍了多学科优化设计的基本理论，多目标优化和Pareto的基本概念。最后介绍了柴油机配气机构的研究方法及研究现状，以及配气机构的动力学研究内容。

2.1 多学科优化设计的基本理论

多学科优化是一种方法论，是一种在系统设计中必须考虑多个学科间的相互影响，使设计者能自由的从各个学科中改进系统设计性能的一系列方法、过程、概念以及要求的总称。多学科优化本身不是一种设计，它提供了一种理论用于实现设计过程中各个学科间的权衡，从而获得整体最优解。多学科优化方法(MDO)包含的内容比较广泛，基本内容分为以下四个方面：系统建模、系统分类、优化策略和耦合处理。

2.1.1 系统建模

无论是传统的优化算法还是MDO，建模都是优化理论的基础。随着科学技术的进步，工程系统也逐渐变得复杂，往往覆盖了多个学科的内容。对于某一个学科领域，进行计算分析和优化设计，完全可以建立起数学模型，可是对于日渐复杂的工程系统，却很难建立用来进行优化和分析的模型。按照传统的方法，只能串行的对系统进行设计，这样就忽略了多个学科之间的耦合作用，不仅低效昂贵，而且往往不能实现整体优化。多学科优化是一种可以充分探索和利用各学科协调机制进行优化的方法论。根据多学科优化方法就可以建立起分层鲜明的若干层子系统进行优化，这样建立的系统模型充分利用了子系统之间相互作用产生的协同效应，就能很好的解决复杂工程系统问题。

2.1.2 系统分类

多学科优化技术可以将日趋复杂的工程系统进行分类，主要有三种分类方法：层次型分类、非层次型分类和混合型分类。多学科优化通过合理的分类方法分解问题，来使各个子系统有机结合，从而充分利用子系统间的协同效应，寻求整体最优解。

2.1.3 优化策略

多学科优化技术的核心就是优化策略，通过建立合理的数学模型和有效对系统进行分类，找到各子系统之间的耦合关系。将一个大的系统分解成许多子系统，这样既能减小计算规模也能保持各层次间的耦合关系，有利于并行计算和子系统的合作。

2.1.4 耦合变量的处理

正是因为传统优化设计方法无法很好地处理耦合变量，多学科优化设计才渐渐发展起来。耦合变量的处理是解决复杂系统中多学科优化问题的关键。不过，由于传统设计方法没有考虑耦合变量以及多学科优化发展时间短暂，无法很精确的处理耦合关系，只能人为地计算的公式，给出一个近似的关系来模糊的处理耦合变量之间的关系。工程系统也逐渐变得复杂，往往覆盖了多个学科的内容。对于某一个学科领域，进行计算分析和优化设计，完全可以建立起数学模型，可是对于日渐复杂的工程系统，却很难建立用来进行优化和分析的模型。按照传统的方法，只能串行的对系统进行设计，这样就忽略了多个学科之间的耦合作用，不仅低效昂贵，而且往往不能实现整体优化。多学科优化是一种可以充分探索和利用各学科协调机制进行优化的方法论。根据多学科优化方法就可以建立起分层鲜明的若干层子系统进行优化，这样建立的系统模型充分利用了子系统之间相互作用产生的协同效应，就能很好的解决复杂工程系统问题。