Методы инженерной оптимизации

ОТ АВТОРА 6 ВВЕДЕНИЕ 8 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 12 1.1. Этапы проектирования 13 1.1.1. Требования к техническому изделию 15 1.1.2. Концептуальное проектирование – этап разработки технического предложения 29 1.1.3. Предварительное (эскизное) проектирование 54 1.2. Уровни задач оптимизации 56 2. ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 58 2.1. Общая постановка задачи проектирования конструкций. 63 2.2. Целевая функция 66 2.3. Постановка задачи 68 2.4. Классификация задач оптимизации 82 3. МЕТОДЫ ОДНОМЕРНОГО ПОИСКА ЭКСТРЕМУМА БЕЗ ОГРАНИЧЕНИЙ 93 3.1. Экспериментальная параметрическая оптимизация некоторых элементов кузова автомобиля 94 3.2. Основные этапы поиска экстремума 102 3.3. Методы одномерного поиска 103 3.4. Этап установления границ интервала 104 3.5. Этап уменьшения интервала 106 3.6. Сравнение методов исключения интервалов 116 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ФУНКЦИИ НЕСКОЛЬКИХ ПЕРЕМЕННЫХ БЕЗ ОГРАНИЧЕНИЙ 117 4.1. Критерии оптимальности 117 4.2. Методы прямого поиска (безградиентные методы оптимизации) 120 4.3. Метод Нелдера-Мида 125 4.4. Обобщенный поиск по образцу (Generalized Pattern Search – GPS) 133 4.5. Метод генетических алгоритмов 141 4.5.1. Генетические алгоритмы с бинарным кодированием 143 4.5.2. Генетические алгоритмы с вещественным кодированием 148 5. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ 155 5.1. Множественность целей 155 5.2. Оптимальность по Парето 157 5.3. Методы решения 161 5.3.1. Взвешенная сумма 161 5.3.2. Метод эпсилон-ограничения (метод изменения ограничений) 163 5.3.3. Эволюционные алгоритмы 164 5.4. Резюме 175 6. ОПТИМИЗАЦИЯ НА ОСНОВЕ СУРРОГАТНЫХ МОДЕЛЕЙ 177 6.1. Когда используется суррогатная модель? 178 6.2. Образцы (выборка) 180 6.3. Выборка на основе использования латинского гиперкуба 181 6.4. Построение суррогатной модели 186 6.5. Линейная регрессия методом наименьших квадратов 188 6.6. Кросс-валидация 191 6.7. Используемые базисные функции 194 6.8. Искусственные нейронные сети 197 6.9. Практические рекомендации 202 6.10. Оптимизация и заполнение 205 6.11. Методические примеры для задачи многокритериальной оптимизации 206 6.12. Проектирование параметров процесса аддитивной технологии 217 7. МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЕ ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 221 7.1. Необходимость МДО 222 7.2. Связанные модели 227 7.3. Компоненты 229 7.4. Модели и переменные связи 230 7.5. Структура связанной системы 231 7.6. Единое описание архитектуры МДО 233 7.7. Примеры использования методов междисциплинарной оптимизации 243 7.7.1. Междисциплинарный анализ на этапе концептуального проектирования 243 7.7.2. Аэроструктурная оптимизация крыла самолета 243 7.7.3. Оптимизация самолета с плавным переходом крыла к фюзеляжу 247 8. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ В ОПТИМАЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ 264 8.1. Классификация неопределенности в естественных и инженерных науках 265 8.2. Классификация неопределенности проектирования и разработки сложных систем 269 8.3. Неопределенность условий проектирования сложного технического объекта 274 8.4. Неопределенность критериев выбора структуры сложного технического объекта 276 8.5. Неопределенность критериев выбора окончательного варианта сложного технического объекта 277 8.6. Неопределенность как следствие нецелесообразности применения сложных инструментов обоснования и оптимизации параметров сложных технических объектов на начальных этапах разработки 278 8.7. Методы учета неопределенности при проектировании сложных технических объектов 279 8.8. Пример: задача выбора формы крыла в плане с точки зрения формирования благоприятного режима сваливания 281 8.8.1. Качественный анализ влияния формы крыла в плане на отрыв потока 283 8.8.2. Переменные факторы, характеризующие задачу 287 8.8.3 Результаты моделирования зависимости характеристики сваливания от относительного удлинения, относительного сужения, угла стреловидности и угла атаки. 291 8.9. Пример: оценка относительного собственного веса самолета на основе исторических данных 300 8.10. Пример проектирования самолета, компоновка которого определяется системой управления 313 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 330 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 332