[发明专利]一种基于CSSO和多精度优化模型的多学科可靠性设计优化方法

说明书

一种基于CSSO和多精度优化模型的多学科可靠性设计优化方法，它有如下步骤：一、对于优化问题构造低精度模型，利用响应面法等获得；二、为了保证低精度近似模型和高精度模型的收敛一致性，使用乘法标度函数来限制构造的低精度模型；三、对于初始化优化模型集成并行子空间优化策略进行多学科分析；四、采用全局灵敏度方程GSE进行系统灵敏度分析；五、子空间并行优化；六、系统级协调优化；七、检测可信域，并调整其大小；八、基于先进均值法进行MPP搜索；九、判断可靠性，根据求出最可能失效点MPP，计算g(u_k),g(u_k)＜0？十、收敛性判断；十一、重构确定性设计优化模型。

技术领域

本发明属于复杂产品的可靠性设计优化技术领域，涉及一种序列化的多学科可靠性设计优化方法。尤其涉及一种基于CSSO和多精度优化模型的多学科可靠性设计优化方法。

背景技术

传统确定性的优化不考虑不确定因素，随着科学技术的进步，不确定性在工程设计中的影响已经越来越受到关注。一些大型复杂产品诸如大型的武器装备、核电设施、船舶、机电产品以及航空航天飞行器等往往对可靠性的要求很高。因为这些产品安全至上，一旦失效往往后果严重。因此，在复杂产品的设计、制造、维护方面，研究者对其可靠性开展了一系列的研究。研究表明产品设计阶段对产品可靠性的影响巨大，据统计其对产品质量的贡献率为70％～80％。国内外的实践经验表明，产品可靠性是由设计决定，由制造、安装和管理来保证的。在复杂产品的设计阶段融入可靠性分析和设计优化技术才能使产品既能有经济性的优化结构，又能获得足够的可靠性。所以有关产品的可靠性设计优化方法的研究意义重大。

然而，目前的多学科可靠性设计优化方法都是将多学科设计优化策略与可靠性分析方法直接集成，形成了典型的三层嵌套循环，效率极低且可能造成结果优化结果无法收敛的后果，对于大规模多耦合的系统，问题尤为突出。因此本发明试图从三个方面改进多学科可靠性设计优化的效率。一方面，将并行子空间优化策略CSSO与可靠性分析方法进行结合，允许每个子空间能同时进行设计优化，以减少系统分析次数，实现并行设计的思想。并针对CSSO算法子空间设计变量的移动范围窄的问题提出改进。其次，本发明使用改进的序列优化与可靠性评估框架对嵌套的多学科设计优化进行解耦，使多学科优化和可靠性分析得以顺序进行，从而达到减少循环级数，提高多学科可靠性设计优化效率的目的。最后为了保证多学科设计优化的精度，本发明使用了一种基于可信域的多精度优化模型，使用低精度模型进行具体的优化计算，高精度模型用于分析和校正低精度模型，从而保证优化精度。针对复杂产品的设计，开展兼顾优化精度和优化效率的多学科可靠性设计优化方法具有重要的理论指导和实用价值。

发明内容

本发明的目的是要提供一种基于CSSO和多精度优化模型的多学科可靠性设计优化方法，该方法将改进的并行子空间优化策略与单学科可靠性分析方法进行有效地集成，并使用改进 的序列优化与可靠性评估框架将确定性多学科设计优化与多学科可靠性分析进行解耦，而一种基于可信域的多精度优化模型用于保证计算精度。发明给出了该方法的具体内容和流程，为科学地保障复杂产品设计的可靠性以及设计优化效率和精度提供了新的工具。以下分别详细介绍本发明的内容：

为了统筹考虑多学科可靠性设计优化的精度和效率，本发明在改进的序列优化与可靠性评估框架下，集成并行子空间优化策略和多精度优化模型进行多学科可靠性设计优化。方法的流程如附图1所示，其具体步骤如下：

步骤一、对于优化问题构造低精度模型，可以利用响应面法等获得。

步骤二、为了保证低精度近似模型和高精度模型的收敛一致性，使用乘法标度函数来限制构造的低精度模型。在某优化点x_k处，乘法标度函数可表示为：