基于變可信度近似的設計優(yōu)化關鍵技術研究.pdf

1、在現代復雜工程產品的設計優(yōu)化中，計算機仿真技術已發(fā)展成為不可或缺的重要手段。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，仿真分析模型有限單元尺寸越來越小，數目越來越多，仿真精度得到極大提升，但與此相伴隨的則是仿真分析的計算開銷呈指數級增加，給現代復雜產品設計的工程實踐提出了挑戰(zhàn)。在此情況下，近似模型方法應運而生，它通過對仿真分析模型進行簡單替代，有效減少了計算資源的消耗。于二十世紀末提出的變可信度近似模型，通過融合高低可信度分析模型，能在小樣本條件下實現

2、精確度較高的近似，在工程應用中，表現出了巨大的潛力。
　　基于變可信度近似的設計優(yōu)化可以充分利用不同可信度分析模型的優(yōu)勢，成為解決如何在保證可信的優(yōu)化結果前提下盡可能降低計算成本、提高計算效率這一重要問題的有效途徑。變可信度近似模型可以替代復雜、隱式或未知的函數關系，是整個優(yōu)化過程的基礎。在構建變可信度近似模型之前，如何有效的配置高低可信度分析模型的樣本點，關系到近似模型的逼近精度和構建成本，因此面向變可信度近似的實驗設計也尤為重

3、要。而優(yōu)化求解策略關系到高低可信度分析模型在優(yōu)化過程中不同角色定位和轉換，可以提高計算精度，降低計算成本。因此，面向變可信度近似的實驗設計、變可信度近似模型的構建和優(yōu)化求解策略構成了基于變可信度近似的設計優(yōu)化方法的核心關鍵內容。本文圍繞這三方面的關鍵內容，開展了進一步的研究：
　　在面向變可信度近似的實驗設計方面，提出了基于平移傳播的嵌套拉丁超立方設計。將簡單的嵌套設計平移復制至整個設計空間形成嵌套拉丁超立方設計，不需要額外的優(yōu)化

4、，使工程產品設計人員能快速、高效地獲得面向變可信度近似的實驗設計方案，為構建性能優(yōu)良的變可信度近似模型打下良好的基礎。
　　在全局變可信度近似模型構建方法方面，提出了先驗知識輸入的最小二乘支持向量回歸（PKI-LSSVR），并比較總結了不同全局變可信度近似模型的優(yōu)缺點和適應范圍。PKI-LSSVR將低可信度分析模型的輸出看成先驗知識，建立高低可信度分析模型輸出間的映射，同時采用CPSO算法進行參數估計來提高模型的泛化能力。與常用的

5、差距標度方法不同，PKI-LSSVR采用了輸出映射的思想，建立了高低可信度分析模型響應間的直接聯系，是模型融合的一種新思路?？紤]不同樣本規(guī)模和樣本噪聲等因素，從預測精度、魯棒性和計算效率等三方面對PKI-LSSVR和其它常見的全局變可信度近似模型進行了比較，總結了它們各自的優(yōu)缺點和適用范圍，為工程產品設計人員在選用近似模型時提供了指導和參考。
　　在優(yōu)化策略方面，提出了基于參數化下置信度邊界（PLCB）的序列優(yōu)化求解策略。該策略通

6、過參數化下置信度邊界加點準則，有效控制變可信度近似模型的更新，引導著優(yōu)化向全局最優(yōu)解進行，以較小的計算成本得到較為準確的最優(yōu)解，消除了TR-AMMO等的優(yōu)化策略不能充分利用樣本點、容易陷入局部最優(yōu)的缺點。
　　然后，將上述研究內容融合在多學科設計優(yōu)化中，提出了基于變可信度優(yōu)化的分級目標傳遞（ATC）方法。為解決多學科設計優(yōu)化問題中的計算復雜度難題，將上述關鍵技術研究成果和ATC方法相結合：利用嵌套拉丁超立方設計和PKI-LSSVR