机械优化设计理论方法研宄综述 （下）　　(2)

　　3.5多目标优化法

　　功能、强度和经济性等的优化始终是机械设计的追求目标，实际工程机械优化设计都属于多目标优化设计。多目标优化广泛的存在性与求解的困难性使其一直富有吸引力和挑战性，理论方法还不够完善，主要可分为两大类：（1)把多目标优化转化成一个或一系列单目标优化，将其优化结果作为多目标优化的一个解；（2)直接求非劣解，然后从中选择较好的解作为最优解。具体有主要目标法、统一目标法、目标分层法和功效系数法。

　　主要目标法是抓住主要目标、兼顾其他要求，从多目标中选择一个最重要的目标作为主要目标，将其他目标转化成约束条件，用约束条件的形式来保证其他目标不致太差，这样就将其转化为单目标问题进行优化求解。统一目标法是用统一目标函数作为评价函数，然后用单目标优化设计方法进行求解，根据构成统一目标函数方法的不同，又可分为加权组合法、目标规划法、满意度法、费用效果法等。目标分层法是将各目标函数按其重要程度排列，求出第一重要目标的最优解集合，然后依次在前一目标的最优解集合中求后一目标的最优解，则满足最终目标的最优解就是该多目标优化的优化解但求解过程可能出现中断,为此可引入一定的"宽容量",使在前一目标最优值附近的某一"较大范围"内求后一目标的最优值，以使求解过程顺利进行。功效系数法是用功效系数表示各目标满足程度的参数，进而根据各目标的功效系数构成评价函数，适用于部分目标越大越好伽劳动生产率指标）、部分目标越小越好（如成本指标）、部分目标适中为佳（如可靠性指标）且各目标特性可用特性曲线表示并已知的多目标优化设计[3]。

　　4.机械优化设计研究展望

　　优化设计对提高设计质量，缩短研发周期起到非常关键的作用，有着广阔的应用前景，必将成为产品设计的必要步骤和标准环节。目前，优化设计研究已取得了一定的经济效益和社会效益，但其工程应用远比预期的小。主要原因有4点：（1）在参数优化和结构优化方面比较有效，而在方案设计与选择、决策等方面则能力有限；（2)建模难度大、技术性高，特别是对于动态系统，数学模型描述能力低、误差大；（3）方法程序的求解能力有限，难以处理复杂和性态不好的优化设计，难以求得全局最优解；（4)现代机械产品开发周期越来越短，而其复杂程度、性能要求却越来越高，设计趋于复杂化的多目标、多学科的集成优化，传统优化设计方法渐显单调和乏力，已不能适应创新设计的需求。

　　为提高优化设计方法的综合求解能力和使用效果，应从以下几方面进行探讨和研究：（1）研究对象，从简单零部件或较复杂零部件简化处理的优化设计，进入到整体优化、分步分级优化、并行优化等全过程的优化设计；（2)研究方法，开展多目标、多学科的优化研究，融机械动力学、现代数学、有限元、计算机技术、智能技术、计算力学和优化设计方法等为一体，形成新的、具有发展前景的、能够求解复杂优化设计的理论、方法和体系；（3)优化建模，寻求广泛的目标函数和约束的组合，研究自动、智能建模技术，提高数学模型的描述能力和建模效率；(4)优化算法，研究现有的优化算法（特别是智能优化）的组合，取长补短、发挥优点；寻找新的优化算法，如最近发展的基于智能体的遗传算法、生物群体行为启发的进化优化算法，以解决复杂优化设计问题；（4）优化程序，提高方法程序的求解能力和各个方法程序之间的互换性，并开展优化设计集成环境的研究，以改善优化设计求解环境。

　　参考文献：

　　【1】白新理o结构优化设计丨M|o河南：黄河水利出版社，2008

　　【2】国家自然科学基金委员会一工程与材料科学部.学科发展战略研究报告一机械与制造科学IM|.北京：科学出

　　【3】王科社.机械优化设计丨M].北京：国防工业出版社，2007.

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　　【6】周克民，李俊峰，李霞.结构拓扑优化研究方法综述丨J.力学进展，200535(1)69-76

        【7】王玉新.复杂机械系统快速创新设计[M|.北京：科学出版社，2006

　　【8】秦东晨，陈江义，胡滨生，等.机械结构优化设计的综述与展望丨J.中国科技信息，2005(9)90-91

        【9】郭鹏飞，韩英仕.离散变量结构优化的准则优化法丨J.辽宁工学院学报：自然科学报，199919(2)18-21

        【10】张志新，张明廉.基于并行混沌和单纯形法的混合全局优化算法丨J|.系统仿真学报，200416(1)35-37.

　　【11】郭鹏飞，韩英仕.结构优化设计丨M].沈阳：东北大学出版社，2005