基于耦合分析与加权满意度的机械系统多目标协同优化方法

摘要/Abstract

摘要： 针对机械系统优化中因设计变量耦合关联导致的优化结果可靠性问题，提出了基于加权满意度的耦合关联机械系统多目标协同优化方法。建立机械系统设计变量耦合关联模型，采用最大-最小满意度函数法，并考虑各子目标的相对权重，建立基于权重加权和的多目标协同优化评价函数，将多目标优化问题转变为单目标优化问题。以掩护式液压支架四连杆机构-结构多目标协同优化为对象的应用表明，提出的方法简化了耦合关联机械系统多目标优化求解的复杂度，而且提高了优化结果的可靠性。

关键词: 多目标优化, 耦合关联, 满意度, 掩护式液压支架

Abstract: Aiming at the mechanical system optimization result reliability problems caused by design variables coupling relation, based on weighted degree of satisfaction and coupling relation, a mechanical system multi-objective collaborative optimization method was proposed. At first, the coupling model for design variables of mechanical systems was established. And then, using maximum-minimum satisfaction function, considering sub-objective weighting factors, a weighted multi-objective collaborative optimization evaluation function was build. At last, the applications of mechanism-structure multi-objective collaborative optimization design of shield type hydraulic support four-bar prove the method may simplify optimization solution processes and improve the optimization result reliability.

Key words: multi-objective optimization, coupling relation, satisfaction degree, shield type hydraulic support

中图分类号:

TH165

马军;武柳洋;何文斌;明五一;曹阳. 基于耦合分析与加权满意度的机械系统多目标协同优化方法[J]. 中国机械工程.

MA Jun;WU Liuyang;HE Wenbin;MING Wuyi;CAO Yang. Multi-objective Collaborative Optimization Method for Mechanical Systems Based on Coupling Analysis and Weighted Satisfaction Degree[J]. China Mechanical Engineering.

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参考文献

[1]杨毅，丁希仑. 剪式单元可展机构静力学分析与拓扑优化设计[J].中国机械工程，2010，21 (2)：184-189.
YANG Yi, DING Xilun. Analysis and Topology Optimization of Deployable Mechanism Based on Pantograph [J] . China Mechanical Engineering, 2010，21 (2):184-189.
[2]刘成颖，谭锋，王立平，等.面向机床整机动态性能的立柱结构优化设计研究[J].机械工程学报，2016，52(3)：161-168.
LIU Chengying, TAN Feng, WANG Liping, et al. Research on Optimization of Column Structure Design for Dynamic Performance of Machine Tool [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016，52(3):161-168.
[3]周明刚，张露，陈源，等. 基于灵敏度分析的船式拖拉机机架结构优化设计[J].农业工程学报，2016，32（12）：54-59.
ZHOU Minggang, ZHANG Lu, Chen Yuan, et al. Structural Optimization for Rack of Boat-type Tractor Based on Sensitivity Analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering , 2016,32(12):54-60.
[4]罗文豹，李维嘉，汪潇，等. 一种三自由度运动平台机构的优化设计[J].中国机械工程，2011，22 (14)：1728-1731.
LUO Wenbao, LI Weijia, WANG Xiao, et al. Mechanism Optimization Design for 3 -DOF Motion Platform[J].China Mechanical Engineering, 2011，22 (14):1728-1731.
[5]曹红娟. 基于ANSYS 的机架结构的优化设计[J]. 强度与环境，2013，40（6）：7-11.
CAO Hongjuan, A Study about Thrust Frame Optimum Structural Design with ANSYS [J]. Structure & Environment Engineering, 2013，40（6）：7-11.
[6]李晓舟，龙志伟，邢向飞.基于MATLAB的异形片刹车机构的多目标优化设计[J]. 机械传动，2012，36(3)：55-58.
LI Xiaozhou, LONG Zhiwei, XING Xiangfei. Multi-objective Optimization Design of Shaped Piece Brake Mechanism Based on MATLAB[J].Journal of Mechanical Transmission, 2012，36(3)：55-58.
[7]李治多，王明强. 多工况载荷下连续体结构拓扑优化设计研究[J]. 现代制造工程，2008（9）：69-73.
LI Zhiduo, WANG Mingqiang. Research on Topology Optimization Design for Continuum Structures with Multiple Load Cases [J]. Modern Manufacturing Engineering，2008（9）：69-73.
[8]ROY R, HINDUJA S, TETI R. Recent Advances in Engineering Design Optimisation: Challenges and Future Trends[J]. CIRP Annals—Manufacturing Technology, 2008, 57(2):697-715.
[9]何祯，宗志宇，孔祥芬.改进的满意度函数法在多响应优化中的应用[J].天津大学学报，2006，39(9)：1136-1140.
HE Zhen, ZONG Zhiyu, KONG Xiangfen. Application of Improved Desirability Function Method to the Multi-response Optimization [J]. Journal of Tianjin University， 2006，39(9):1136-1140.
[10]陈羽，滕弘飞.产品设计耦合分析研究进展[J].计算机集成制造系统，2011，17（8）：1729-1736.
CHEN Yu, TENG Hongfei. Advances of Coupling Analysis for Product Design [J]. Computer Integrated Manufacturing Systems , 2011，17（8）：1729-1736.
[11]李爱平，许静，刘雪梅. 基于设计结构矩阵的耦合活动集求解改进算法[J]. 计算机工程与应用，2011，47（17）：34-37.
LI Aiping, XU Jing, LIU Xuemei. Improved Algorithm for Coupled Activity Set Analysis Based on Design Structure Matrix [J]. Computer Engineering and Applications, 2011，47（17）：34-37.
[12]王忠宾，赵啦啦，李舒斌，等. 支撑掩护式液压支架的优化设计[J].重庆大学学报(自然科学版)，2009，32（9）： 1037-1042.
WANG Zhongbin, ZHAO Lala, LI Shubin, et al. Optimization Design for Hydraulic-support of Standing Shield [J]. Journal of Chongqing University(Natural Science Edition) ，2009，32（9）:1037-1042.
[13]何文斌，李菊丽，李立伟. ANSYS 在液压支架优化设计中的应用[J]. 机械设计与制造，2007（6）:170-172.
HE Wenbin, LI Juli, LI Liwei. Application of ANSYS on Design Optimization of Hydraulic Powered Support [J]. Machinery Design & Manufacture，2007（6）:170-172.

[1]	李明磊, 贾育秦, 张学良, 刘丽琴, 杜娟, 温淑花, 兰国生. 基于多目标差异演化算法的并联机构结构优化 [J]. J4, 201016, 21(16): 1915-1920.
[2]	赵丁选, 郭瑞, 王硕, 闫长长, 王子鹤, 张天赐. 复杂地形环境下无人步履式挖掘机的车身姿态规划方法[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 233-242.
[3]	党旭, 刘涛, 闫敏, 徐智为. 变截面涡旋盘精密铣削参数多目标优化[J]. 中国机械工程, 2025, 36(12): 2854-2861.
[4]	刘建林, 黄海松, 范青松, 马驰, 张浪浪. 基于改进樽海鞘群算法的机械臂多目标轨迹规划研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(09): 2047-2056.
[5]	林述温, 陆哲, 危世佳, 陈剑雄, 顾天奇, 谢钰. 挖掘机工作过程动力特性仿真及主构件参数多目标优化设计方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(06): 1371-1379.
[6]	饶远1, 孙见君1, 闻兰2. 扩压式自泵送机械密封端面的液膜汽化及其结构优化研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(05): 933-941，953.
[7]	张道德, 卢子健, 赵坤, 杨智勇. 非平坦环境下履带机器人多目标路径规划方法研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(02): 305-314.
[8]	刘桂源1, 王曾2, 杨子艺2, 胡明珠1, 刘怀举1. 航空发动机附件机匣齿轮传动设计分析软件开发与应用[J]. 中国机械工程, 2024, 35(11): 1938-1947.
[9]	胡福清, 孙江宏, 孙英杰, 孙雨彤, 马超, 周福强, . 基于新型旋转直线往复机构的切片机设计分析及参数优化[J]. 中国机械工程, 2024, 35(04): 614-623，635.
[10]	魏书鹏, 唐红涛, 李西兴, 杨冠宇, 张健. 考虑双资源约束的柔性机械加工车间逆调度问题研究[J]. 中国机械工程, 2024, 35(03): 457-471.
[11]	荣誉, 陈刚, 豆天赐, . 一种多指标综合最优的抗冲击轨迹规划方法[J]. 中国机械工程, 2024, 35(02): 305-316.
[12]	刘毅, 易旺民, 姚建涛, 王兴达, 余鹏, 赵永生. 狭长空间内重载调姿装配机器人的设计与研究[J]. 中国机械工程, 2024, 35(02): 324-336.
[13]	屈力刚, 苏岩, 邢宇飞. 基于SHO-NSGA混合算法的飞机油舱管路自动布局方法[J]. 中国机械工程, 2023, 34(15): 1864-1872.
[14]	彭翔, 江浩浩, 郭玉良, 李吉泉, 易兵, 姜少飞, . 机翼蒙皮铺层顺序和材料布局协同优化[J]. 中国机械工程, 2023, 34(12): 1415-1424,1435.
[15]	陈西忍, 叶文华, 张朝宏, 崔坤坤, 冷晟, 叶柳康. 基于NURBS曲线的超高速电梯导流罩多目标气动优化设计[J]. 中国机械工程, 2023, 34(12): 1436-1445,1464.