优化设计方法的发展与应用情况.pdfVIP

综 述 优化设计方法的发展与应用情况 贾瑞芬 张翔 (福建农林大学 机电工程学院, 福建 福州 350002) 摘 要：本文概要地介绍了优化设计方法在国内近年的应用和发展情况，包括传统优化方法、现代优化方法，以及优化软件的应 用和发展情况。 关键词：优化 遗传算法 神经网络 MATLAB 优化方法是20世纪60年代随着计算机的应用而迅速发展起来的，较早应用于机械工程等领域的设计。 [1] 80年代以来，随着国内有关介绍优化设计方法的专著（如《机械优化设计》 ）的出版和计算机应用的普及， 优化设计方法在国内的工程界得到了迅速的推广。本文按传统优化方法、现代优化方法、优化软件应用等三 个方面，概要地介绍优化设计方法近年来在国内工程界的应用和发展情况。 1.传统优化方法的应用与改进情况 1．1传统优化方法的应用 从近 10 年发表的工程优化设计的论文可以看出，罚函数法、复合形法、约束变尺度法、随机方向法、 简约梯度法、可行方向法等，都有较为广泛的应用。对重庆维普信息数据库中的工程技术类刊物做检索，1993 年至2003 年，这6 种约束优化方法应用的文献检出率的比例，依次约为12：10：3：1.5：1.5。 以机械设计为例，传统优化方法主要应用于机构和机械零部件的优化设计，主要对零件或机构的性能、 [2] 形状和结构进行优化。在结构方面，如对升降天线杆的结构优化设计 ，采用内点罚函数法优化，在保证天 线杆具有足够的刚度和压弯组合强度的前提下所设计出的结构尺寸比按一般的常规设计方法所计算的尺寸要 [3] 小，自重更轻。在形状方面，赵新海等 对一典型的轴对称 H型锻件的毛坯形状进行了优化设计，取得了明 [4] 显的效果。在性能方面，《凸轮一连杆组合机构的优化设计》 一文以最大压力角为最小做为优化目标、并采 用坐标轮换法和黄金分割法等优化方法对书本打包机中的推书机构(凸纶—连杆组合机构)进行优化设计，从 而使得机构确保运动的平衡性的前提下具有良好的传力性能，使设计结果更加合理。《弹性连杆机构结构和噪 [37] 声控制一体化设计》 一文，利用改进的约束变尺度法，求解基于噪声控制的弹性连杆机构结构控制同步优 化问题，同步优化后机构的声辐射性能指标具有明显改善。由以上的例子可以看出，因此，传统优化方法仍 然具有不可忽视的作用。 将优化技术与可靠性理论相结合，形成了可靠性优化设计法。按照可靠性优化设计法设计的产品，既能 定量地回答产品在运行中的可靠性，又能使产品的功能参数获得优化解，两种方法相辅相成，是一种非常具 [5] 有工程实用价值的设计方法。如采用惩罚函数内点法求解齿轮传动的可靠性优化设计的数学模型 ，以及运 [6] 用二阶矩法和约束随机方向法对钢板弹簧进行可靠性优化设计 。 1．2传统优化方法的一些改进 目前，随着工程问题的日益扩大，优化要面对的问题的规模和复杂程度在逐渐增大，传统的优化方法解 决这些问题时，就显露出了其局限性与缺陷。于是就出现了在分析现有算法的基础上，针对方法的不足或应 用问题而作出的改进。 1．2 ．1 对传统优化方法应用于离散变量优化的改进 工程设计问题中，经常遇到设计变量必须符合本行业的设计规范和标谁，只能取为限定的离散值或整数 值的情况。若应用连续变量优化方法．得到最优解后再作简单的圆整处理，可能造成设计上的不可行解，或 [7] 得到一个非最优解。为此适用于变量取离散值的优化方法发展起来。朱浩鹏等 提出了改进的动态圆整法、 拉格朗日松弛法。