[发明专利]一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，是一种能够在整车层次、子系统层次和零部件层次上同时实现开发性能指标和设计方案优化的方法。

背景技术

产品设计开发是一系列的决策过程：为设计变量(零部件类型及其尺寸)确定合适的数值(类型及量级)以期实现设计目标的最优(系统总体性能的综合利益最大化)。

汽车产品开发涉及安全、节能、环保、舒适性，以及制造、使用等诸多方面要求。汽车产品设计工作涉及到机械、流体、电力电子、经济等多个学科，需要多个学科领域的专业人员协同工作，实现所确立的产品开发目标，其设计开发任务和工作流程是典型的多学科设计优化问题。从20世纪80年代开始，多学科设计优化理论取得快速进展，产生了多种优化方法，并在航空航天和汽车等工程领域得以应用。传统的多学科设计优化方法主要有：多学科可行法、单学科可行法、协同优化法和并行子空间法等。上述方法通常表现出计算耗费大、收敛困难等局限性，并且针对汽车产品开发一般按部件、子系统进行任务分解，开发体系呈现多层次性等特点，传统的多学科设计优化方法应用于汽车产品开发的实践具有较大的局限性。

车辆开发问题是多约束、多目标问题，并受诸多因素的影响，其求解过程的计算量随问题的规模呈指数增长，是典型的复杂系统优化设计问题。很多研究表明，寻找车辆总体设计方案最优解是非常困难的，最有工程意义的求解算法是放弃寻找最优解的目标，转而试图在合理、有限的时间内寻找到一个近似的、有效的设计方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种新的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，以解决现有技术中工作效率低下、求解精度差、相互之间缺乏协同等问题，为能够在整车层次、子系统层次和零部件层次上同时实现性能指标和设计方案优化提供一种新的技术。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，所述的方法主要包括以下步骤：

1、确定优化的整车开发目标：依据产品开发流程，根据市场调研得到的顾客需求和市场上同类相竞争产品的对标分析数据，建立欲开发产品的质量屋模型，利用层次分析法确定顾客需求权重，以企业效益和顾客需求满意度综合指标最高为目标，对这个基于质量屋的产品规划模型进行求解，得到一组对整车技术指标进行改进欲达到的最优改进率；最后可以根据实际情况，依据有关经验、市场需求和政府的法律法规对其进行调整，最终得到经过优化的整车技术指标，也即整车的产品开发目标T＝[T₁，T₂，...，T_n]^T。

2、整车开发问题的层次化分解：汽车的设计开发是一个高度复杂的过程，从产品概念设计阶段开始经过产品详细设计阶段到用于制造的最终设计阶段。分解可以改变设计开发问题的结构，使其在改进性能的同时减少复杂性，以此来减少计算时间。对于同一个复杂系统可以有不同的分解方式。在汽车开发过程中，按结构组成可划分为：车身系统、底盘系统、动力传动系统、电气系统等，而按性能属性则可划分为：车辆动力学、安全性、能耗经济性、人机工程、技术经济性等。这些内容分属于不同的学科领域，在每项内容的设计过程中，都要满足在该学科领域的相应目标和约束，因此汽车开发过程是一个优化集成的过程，原则上可以直接对整体系统进行优化，但是往往存在“维数灾难”而难以求解。传统的汽车产品开发方式往往按结构组成对整车开发工作进行任务分解，这种分解方式割裂了不同学科领域之间自然存在的耦合关系，使得只能获得局部的最优解，因此可能失去全局最优解。汽车设计开发过程必须综合考虑多个学科对汽车整体性能的影响并充分利用学科之间的相互作用来获取整体最优解。本发明在这种基于部件进行分解的企业传统产品开发组织结构的基础上，引入基于性能模型的分解方式，形成一个更符合实际需要的层次化分解方式。