考虑多源不确定性的复杂装备正向设计方案优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑多源不确定性的复杂装备正向设计方案优化方法。包括以下步骤：建立设计方案的三个目标函数，接着利用原理解法构建可行的复杂装备正向设计方案，并与三个目标函数映射生成多源不确定下的复杂装备设计方案形态学矩阵，从而建立原始模型；然后转化三个目标函数，进而获得确定性模型，使用改进的多源不确定非支配解遗传算法对模型进行求解，得到最优设计方案集；利用直觉模糊λ

【技术实现步骤摘要】
考虑多源不确定性的复杂装备正向设计方案优化方法


[0001]本专利技术涉及一种复杂装备正向设计方案优选方法，尤其是涉及一种考虑多源不确定性的复杂装备正向设计方案优化方法。

技术介绍

[0002]复杂装备具体指产品结构组成庞大、多学科知识交叉、零件数目众多、技术含量高、集成度高的系统或产品，例如机床、船舶、燃气轮机等等。因此复杂装备的研发具有设计难度大，设计需求复杂多样，设计者思维往往具有跳跃、非连续的特点，设计信息往往是模糊、抽象、残缺的，导致产品开发需要在高度非线性和高维的设计空间中搜寻满足技术性能的可行设计方案，整个过程耗费大量资源和时间。为了满足设计出的研抛机加工的产品尺寸与精度符合需求，减少不确定性在设计中传播，人们提出了一系列的方法。例如，Jiang于2016年在《Lancaster:Destech Publications》的论文“Research on the Propagation Path of Function Change in Product Conceptual Design”中使用FBS模型来确定产品在设计过程中的功能变更和传播路径，并快速求解出最优的设计方案。Huang于2013年在《Journal Of Mechanical Science And Technology》(vol.27,no.3,pp.733
‑
746)的论文“New evaluation methods for conceptual design selection using computational intelligence techniques”中应用多种计算智能方法对满足客户需求的产品设计方案生成技术进行了研究。Ma于2017年在《Expert Systems with Applications》(vol.81,pp.444
‑
456)的论文“A systematic decision making approach for product conceptual design based on fuzzy morphological matrix”中提出了一种基于模糊形态矩阵的产品设计系统决策方法，利用工程师和客户的主观不确定性知识和偏好，对功能求解原则进行定量评价。

技术实现思路

[0003]为了解决复杂装备设计阶段面临的多源不确定性导致设计往复循环的问题，本专利技术的目的在于提供一种考虑多源不确定性的复杂装备正向设计方案优化方法。
[0004]本专利技术采用的技术方案是包括以下步骤：
[0005]1)考虑复杂装备优选过程中的不确定性，确定复杂装备正向设计方案中各功能模块的三个不确定性变量，三个不确定性变量分别为模块性能参数P、配置成本C和置信度S，再基于设计方案中各功能模块的三个不确定性变量分别建立设计方案的性能参数响应度函数、区间成本函数和模糊置信度函数；
[0006]2)针对复杂装备利用原理解法构建可行的复杂装备正向设计方案PS
s
并通过可行介质存储在计算机中，将功能模块设计方案的三个不确定性变量与可行的复杂装备正向设计方案PS
s
进行映射，生成多源不确定下的复杂装备设计方案形态学矩阵；
[0007]3)综合考虑设计方案的最低总配置成本、最大总置信度、最优总模块性能参数三个目标，根据步骤1)中设计方案的三个目标函数和多源不确定下的复杂装备设计方案形态
学矩阵建立原始复杂装备正向设计方案原理解优化模型；
[0008]4)将区间成本函数和模糊置信度函数分别转化为确定性成本函数和确定性置信度函数，基于确定性成本函数和确定性置信度函数对原始复杂装备正向设计方案原理解优化模型进行更新，获得确定性复杂装备正向设计方案原理解优化模型，使用改进的多源不确定非支配解遗传算法对确定性复杂装备正向设计方案原理解优化模型进行求解，得到最优复杂装备正向设计方案数据集；
[0009]5)利用直觉模糊λ
‑
Shapely Choquet积分方法对最优复杂装备正向设计方案数据集进行优化，得到最优的复杂装备正向设计方案。
[0010]所述步骤1)中设计方案的性能参数响应度函数的公式如下：
[0011][0012][0013]其中，G(P)表示设计方案的性能参数响应度函数值，N是功能模块的数量，J是每个功能模块的性能可信度个数，w
ik
是第i个功能模块的第k个性能可信度权重，p
ik
是随机方案的性能参数满足第i个功能模块的第k个性能可信度的可靠度，X＝(X1,X2,
…
,X
m
)
T
是m
×
1维随机方案性能参数向量，X∈f
X
(x)，f
X
(x)是联合概率密度函数，μ
i
、σ
i
分别是随机方案的第i个性能参数变量X
i
的均值和标准差；
[0014]所述设计方案的区间成本函数的公式如下：
[0015][0016]其中，表示设计方案的区间成本函数值，M是第i个功能模块的类模块数量，ε
il
是设计方案配置时第i个功能模块的第l个类模块是否存在的二元决策变量，用0或1表示，m
il
是第i个功能模块的第l个类模块的使用数量，是第i个功能模块的第l个类模块的配置成本，用区间数表示，是第i个功能模块的第l个类模块的最低配置成本，是第i个功能模块的第l个类模块的最高配置成本；
[0017]所述设计方案的模糊置信度函数的公式如下：
[0018][0019][0020][0021][0022]其中，表示设计方案的模糊置信度函数值，置信度S是基于语言S的三角模糊
集，S
il
是第i个功能模块的第l个类模块的置信度，用三角模糊数表示，满足是第i个功能模块的第l个类模块的置信度，用三角模糊数表示，满足表示第i个功能模块的第l个类模块的置信度下界，表示第i个功能模块的第l个类模块的置信度中间值，表示第i个功能模块的第l个类模块的置信度上界，max()表示取最大值操作，min()表示取最小值操作。
[0023]所述步骤2)中可行的复杂装备正向设计方案PS
s
的公式如下：
[0024][0025]其中，n
i
为符合第i个功能模块功能的功能模块原理解的数量。
[0026]所述步骤3)中建立的复杂装备正向设计方案原理解优化模型的计算公式如下：
[0027][0028][0029][0030][0031]其中，G表示原始复杂装备正向设计方案原理解，maxG(P)表示设计方案的最优总模块性能参数，表示设计方案的原始最大总置信度，表示设计方案的原始最低总配置成本，B
max
是设计方案的最高总配置成本。
[0032]所述步骤4)中，设计方案的确定性成本函数的公式如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑多源不确定性的复杂装备正向设计方案优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)考虑复杂装备优选过程中的不确定性，确定复杂装备正向设计方案中各功能模块的三个不确定性变量，三个不确定性变量分别为模块性能参数P、配置成本C和置信度S，再基于设计方案中各功能模块的三个不确定性变量分别建立设计方案的性能参数响应度函数、区间成本函数和模糊置信度函数；2)针对复杂装备利用原理解法构建可行的复杂装备正向设计方案PS
s
，将功能模块设计方案的三个不确定性变量与可行的复杂装备正向设计方案PS
s
进行映射，生成多源不确定下的复杂装备设计方案形态学矩阵；3)综合考虑设计方案的最低总配置成本、最大总置信度、最优总模块性能参数三个目标，根据步骤1)中设计方案的三个目标函数和多源不确定下的复杂装备设计方案形态学矩阵建立原始复杂装备正向设计方案原理解优化模型；4)将区间成本函数和模糊置信度函数分别转化为确定性成本函数和确定性置信度函数，基于确定性成本函数和确定性置信度函数对原始复杂装备正向设计方案原理解优化模型进行更新，获得确定性复杂装备正向设计方案原理解优化模型，使用改进的多源不确定非支配解遗传算法对确定性复杂装备正向设计方案原理解优化模型进行求解，得到最优复杂装备正向设计方案数据集；5)利用直觉模糊λ
‑
Shapely Choquet积分方法对最优复杂装备正向设计方案数据集进行优化，得到最优的复杂装备正向设计方案。2.根据权利要求1所述的一种考虑多源不确定性的复杂装备正向设计方案优化方法，其特征在于，所述步骤1)中设计方案的性能参数响应度函数的公式如下：征在于，所述步骤1)中设计方案的性能参数响应度函数的公式如下：其中，G(P)表示设计方案的性能参数响应度函数值，N是功能模块的数量，J是每个功能模块的性能可信度个数，w
ik
是第i个功能模块的第k个性能可信度权重，p
ik
是随机方案的性能参数满足第i个功能模块的第k个性能可信度的可靠度，X＝(X1,X2,
…
,X
m
)
T
是m
×
1维随机方案性能参数向量，X∈f
X
(x)，f
X
(x)是联合概率密度函数，μ
i
、σ
i
分别是随机方案的第i个性能参数变量X
i
的均值和标准差；所述设计方案的区间成本函数的公式如下：其中，表示设计方案的区间成本函数值，M是第i个功能模块的类模块数量，ε
il
是设计方案配置时第i个功能模块的第l个类模块是否存在的二元决策变量，用0或1表示，m
il
是第i个功能模块的第l个类模块的使用数量，是第i个功能模块的第l个类模块的配置成本，用区间数表示，是第i个功能模块的第l个类模块的最低配置成本，是
第i个功能模块的第l个类模块的最高配置成本；所述设计方案的模糊置信度函数的公式如下：所述设计方案的模糊置信度函数的公式如下：所述设计方案的模糊置信度函数的公式如下：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振宇，李志男，撒国栋，裘辿，谭建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：