一种复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统技术方案

一种复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统，此系统是基于Matlab编写的，分为三大模块，即优化类型选择模块、优化模型模块和结果输出模块，其间是从优化类型选择模块、优化模型模块到结果输出模块的数据传递和执行先后顺序的关系；本发明专利技术为软件平台系统开源，可以查看和修改算法程序的代码，可以嵌入自研算法，多学科设计优化过程更适合复杂工程总体设计系统，对复杂工程总体设计系统更专业、更高效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统，属于软件

技术介绍
复杂工程系统设计(如飞行器设计)，要涉及到多个不同的学科(分系统)，且学科(分系统)间存在较为复杂的耦合关系。对每个学科(分系统)分别进行优化设计很难得到系统整体的最优解。在传统的设计方法里，想要获得总体系统的最优解，设计中只能靠经验、分析和试验，设计效率低，而且各学科(分系统)之间必须不断协调折中才能从各学科(分系统)相对的最优解中折中得到全局的最优解。因此设计效率低，各个系统之间要依靠设计报告和数据文件的方式进行协调，不但耗费大量时间及人力，而且还容易出错。在复杂工程系统设计，应用多学科设计优化方法(multidisciplinary designoptimizat1n(MDO))可以克服传统设计方法效率低、周期长、易出错、得不到最优解等缺点，充分利用了各个学科(分系统)之间的相互作用所产生的协同效应，获得系统的整体最优解，同时可以大大缩短设计周期。多学科优化理论最早由Sobiesiki于上世纪80年代提出并发展而来，目前已成为现代设计方法当中的一个重要方法。随着数学上优化理论的发展和应用，多学科设计优化方法的思想已经开始应用在越来越多的复杂工程系统设计上，而且由于多学科设计优化方法利用各个学科之间的协同效应容易获得系统最优解的好处，其地位在复杂系统总体设计领域越来越重要。对于一个复杂的工程系统设计，每一个子系统内都会有大量的数据，用人工经验的方法进行优化设计，耗时费力且容易出错，对付复杂的大规模设计问题尚且困难，更不用说考虑各个学科耦合和权衡的问题了。所以要对复杂的问题进行多学科设计优化，就需要一个现代多学科设计优化的环境，故需要集成的多学科设计优化软件平台系统去进行数据的交互和管理。目前市面上的多学科设计优化软件平台较少，其中以Isight?功能比较完善，应用较广。多学科设计优化软件平台Isight?最早是由MIT的博士 Siu S.Tong在上个世纪80年代提出并领导开发完成的，经过这些年的发展已经成为同类软件中佼佼者。Isight?是一个“软件机器人”，可以不断的调用相应的工程计算软件进行计算。Isight?主要侧重于提供多学科设计优化和不同层次优化的技术以及优化过程管理能力，将优化方法(数值迭代算法、搜索式算法、启发式算法、实验设计(DOE)、响应面模型(RSM)等)有效地组织起来进行多学科的设计优化，而在实际工程试验的过程中，会遇到各种不同的工作状态，要达到各种不同的设计目的，就需要选用对自己的设计优化对象产生最大效果的优化算法，而Isight?虽然提供了很多的算法，但是还是不能满足需求。由于Isight?是不开源的软件平台，其内部算法不能被使用者打开查看，当使用者遇到需要选用对优化算法或者遇到的问题需要对优化算法进行改进的时候，Isight?不能满足这样的需求。而且Isight?作为一款商业软件平台，对于各个领域的多学科设计优化问题比较通用，所以对于某个领域的研究就不够专业，效率不够高。现代工程系统设计中，多学科设计优化方法正不断推进应用。而且由于复杂系统设计任务的复杂性和困难性，进行多学科设计优化时需要根据实际任务而选择优化系统和算法。所以更专业的应用于复杂工程系统设计的多学科综合设计优化软件平台是很有必要的。
技术实现思路
1.目的本专利技术提供一种复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统，以克服多学科设计优化软件不开源、不能嵌入自研算法，对复杂工程总体设计系统不够专业、效率不高等缺点。2.技术方案为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术提供一种复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统，此系统是基于Matlab编写的，分为三大模块，从属结构如图1所示:即优化类型选择模块、优化模型模块和结果输出模块，三大模块之间的关系是:如图2所示的软件布局位置关系，以及从优化类型选择模块、优化模型模块到结果输出模块的数据传递和执行先后顺序的关系。 模块一:优化类型选择模块所述优化类型选择模块是复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统的主控制台，如图2所示。该优化类型选择模块由主控制台上的几个优化类型选择按钮、输入路径框和运行、停止按钮组成，它的结构流程如图6所示，通过优化类型选择按钮判断将要执行的优化类型，然后设定工作路径和输入文件路径，复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统在后台读取输入文件的数据以及对建模分析软件的调用。它的主要作用是:选择所需要的专业分析计算软件(数值优化计算器或调用MSC.Software等其他建模软件)并建立新的工程；选择工作目录及输入输出文件的路径；显示当前优化过程结构图；控制算法的运行及停止。模块二:优化模型模块所述优化模型模块又由模型建立模块和算法选择模块构成，如图2所示，其间关系是复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统运行过程中，模型建立模块生成和读取数据文件，将数据传递至算法选择模块用算法程序对数据进行处理。在复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统主界面可打开模型建立模块的子界面，如图3所示。该模型建立模块结构流程如图7所示，模型建立模块子界面里有三个表格窗口用于设定优化模型的优化目标、优化变量和约束条件三个部分。该优化目标是优化模型中所要求得最优值的变量，可以根据具体设计要求进行选择；该优化变量是优化模型进行多学科设计优化过程中需要进行优化计算的参量；该约束条件是在设计过程中必须要满足的条件，可以为线性约束或非线性约束。若为工程优化类型，则模型建立模块会读取输入文件中数据并显示在模型建立模块子窗口上。在模型建立模块子界面里完成优化模型的优化目标、优化变量和约束条件的填写和修改之后，模型建立模块会将数据保存在硬盘中，以后可以直接读取硬盘里的优化模型数据文件。然后该模型建立模块生成关于优化模型数据的中间文件，提交给算法选择模块使用；并且主界面模型建立模块部分有三个显示窗口会显示当前输入的模型参数，方便查看。算法选择模块是指复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统中为相应的优化模型设计合适的算法的模块，它是由主界面的算法选择模块和算法选择模块子界面组成，主界面的算法选择模块有优化算法的菜单及优化算法的说明框，算法选择模块子界面显示各个算法参数的当前值和默认值，可以进行修改或打开算法源程序。复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统提供若干编好的优化算法，可以直接在复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统主界面算法选择模块的优化算法菜单，如图2所示；直接选择提供的优化算法对相应的优化模型进行优化计算。也可以从算法选择模块打开算法选择模块子界面，如图4所示，在算法选择模块子界面内查看和修改算法各参数的定义、默认值，或者打开算法的源程序查看或改进算法。除此之外，算法选择模块是一个开源的模块，使用者可以在算法选择模块里选择“添加算法”，把自己编写的算法程序直接嵌入到复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统中，这样可以根据实际情况编写最合适相应的优化模型的优化算法进行寻优求解，又能利用集成的多学科设计优化当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统，其特征在于：此系统是基于Matlab编写的，分为三大模块，即优化类型选择模块、优化模型模块和结果输出模块，其间是从优化类型选择模块、优化模型模块到结果输出模块的数据传递和执行先后顺序的关系；所述优化类型选择模块是复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统的主控制台，该优化类型选择模块由主控制台上的复数个优化类型选择按钮、输入路径框和运行、停止按钮组成，通过优化类型选择按钮判断将要执行的优化类型，然后设定工作路径和输入文件路径，复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统在后台读取输入文件的数据以及对建模分析软件的调用；它的作用是：选择所需要的专业分析计算软件并建立新的工程；选择工作目录及输入输出文件的路径；显示当前优化过程结构图；控制算法的运行及停止；所述优化模型模块由模型建立模块和算法选择模块构成，其间关系是复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统运行过程中，模型建立模块生成和读取数据文件，将数据传递至算法选择模块用算法程序对数据进行处理；在复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统主界面打开模型建立模块的子界面，该模模型建立模块子界面里有三个表格窗口用于设定优化模型的优化目标、优化变量和约束条件三个部分；该优化目标是优化模型中所要求得最优值的变量，根据具体设计要求进行选择；该优化变量是优化模型进行多学科设计优化过程中需要进行优化计算的参量；该约束条件是在设计过程中必须要满足的条件，为线性约束或非线性约束；若为工程优化类型，则模型建立模块会读取输入文件中数据并显示在模型建立模块子窗口上；在模型建立模块子界面里完成优化模型的优化目标、优化变量和约束条件的填写和修改之后，模型建立模块会将数据保存在硬盘中，以后能直接读取硬盘里的优化模型数据文件，然后该模型建立模块生成关于优化模型数据的中间文件，提交给算法选择模块使用；并且主界面模型建立模块部分有三个显示窗口会显示当前输入的模型参数，方便查看；该算法选择模块是指复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统中为相应的优化模型设计合适的算法的模块，它是由主界面的算法选择模块和算法选择模块子界面组成，主界面的算法选择模块有优化算法的菜单及优化算法的说明框，算法选择模块子界面显示各个算法参数的当前值和默认值，能进行修改或打开算法源程序；复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统提供编好的优化算法，直接在复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统主界面算法选择模块的优化算法菜单，直接选择提供的优化算法对相应的优化模型进行优化计算；也能从算法选择模块打开算法选择模块子界面，在算法选择模块子界面内查看和修改算法各参数的定义、默认值，或者打开算法的源程序查看或改进算法；除此之外，算法选择模块是一个开源的模块，使用者能在算法选择模块里选择“添加算法”，把自己编写的算法程序直接嵌入到复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统中，根据实际情况编写最合适相应的优化模型的优化算法进行寻优求解，利用集成的多学科设计优化软件平台的便利性，不需要每次都把整个优化过程重新编写程序；当在优化算法菜单中选择复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统的默认算法时，进入算法选择模块子界面查看和修改当前算法的参数，修改完毕后算法选择模块会将修改后的参数输入到默认算法的源程序里；若加入自定义算法时，自定义算法会被复制到算法选择模块的算法库中，自定义算法便嵌入复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统内，并且算法名字也会被显示在优化算法菜单里供以后使用；算法选择完毕后算法选择模块会从模型建立模块生成的中间文件去读取优化模型的相关数据并传递到算法程序中，然后执行算法程序并迭代寻优，算法程序每次迭代的中间数据与结果都会传递到结果输出模块；所述结果输出模块由数据输出模块和图像输出模块组成，数据输出模块和图像输出模块都是对同一份复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统进行优化设计过程中的优化变量、过程量和迭代的寻优结果进行输出，数据输出模块是直接输出优化变量、过程量和迭代的寻优结果的精确数值，图像输出模块是把优化变量、过程量和迭代的寻优结果这些变量之间的关系或者变量的迭代次数之间的关系直观地表示出来的模块；在优化计算之后，就在输出模块输出寻优结果；该数据输出模块是把寻优的过程量和结果的精确数值以表格的形式进行数据实时输出的模块，由复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统主界面的表格窗口和导出按钮组成，该表格窗口在优化计算过程中实时输出当前各变量数值，计算结束后由导出按钮将数据导出；该图像输出模块是把寻优的过程量和结果以图像的形式进行实时输出的模块，由复杂工程多学科综合设计优化软件平台系统主界面的图像输出窗口和图像输出子界面组成，图像输出窗口实时同步画出输出数据的图像，也能根据使用者的要求添加各个变量的图像，图像输出子界面能将输出图像进行对...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓慧，陀明朗，张昊，张亚坤，樊思思，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11