摘要 本文介绍的工作探讨了与复杂工程产品设计相关的几个概念,并强调了在开发过程中考虑多学科设计优化 (MDO) 的影响。本文绝不是全面的文献综述,而是旨在通过理论和对常见 MDO 应用的参考来讨论一些关键点。在这方面,本文讨论的核心主题是通用产品开发流程的增强、更好地整合组织职能的道路、管理复杂系统架构的方法,以及最后是 MDO 领域的缺点。作为与更实际的工业应用的联系,无人机 (UAV) 被选为说明性示例,因为它们具有技术复杂性以及相应市场的苛刻要求。总体而言,本文表明,尽管目前存在最先进的限制,但 MDO 可以成为“传统”设计流程中的一种有价值的工具,它有可能提高产品质量,同时减少总开发时间和工作量。关键词:设计方法、设计流程、优化、新产品开发、多学科设计优化联系人:Athanasios Papageorgiou 林雪平管理与工程大学 瑞典 athanasios.papageorgiou@liu.se
由于工业设备产生的副产品热量会造成功率耗散,从而对其性能产生负面影响,因此几乎所有这些应用都需要一定的温度限制才能在适当的条件下工作。也就是说,如果过热超过这些限制,这些工程设备可能会以某种方式失效。在所有相关行业中,功率密度的不可阻挡的增长正在推动热交换技术的创新。此外,电子设备在热能产生量增加的同时,体积也变得越来越小。因此,散热器可用于冷却许多重要应用中的关键部件,从航空发动机和核反应堆到计算机、数据中心服务器机架和其他微电子设备。
我们建议将概念阶段的飞机设计问题制定为几何规划 (GP),这是一种特殊类型的凸优化问题。凸优化的最新进展与飞机设计中通常使用的一般非线性优化方法相比具有显著优势。现代 GP 求解器速度极快,即使在大型问题上也是如此,不需要初始猜测或调整求解器参数,并保证全局最优解。这些好处是有代价的:所有目标和约束函数 - 描述飞机设计关系的数学模型 - 都必须在 GP 的受限函数形式内表达。也许令人惊讶的是,这种受限的函数形式集一次又一次地出现在流行的基于物理的飞机系统模型中。此外,我们表明,对于无法通过代数操作转换为 GP 所需形式的各种模型,我们通常可以拟合紧凑的 GP 模型,这些模型可以准确近似原始模型。GP 解决方法的速度和可靠性使其成为解决概念阶段飞机设计问题的一种有前途的方法。
我们建议将概念阶段的飞机设计问题制定为几何规划 (GP),这是一种特殊类型的凸优化问题。凸优化的最新进展与飞机设计中通常使用的一般非线性优化方法相比具有显著优势。现代 GP 求解器速度极快,即使在大型问题上也是如此,不需要初始猜测或调整求解器参数,并保证全局最优解。这些好处是有代价的:所有目标和约束函数 - 描述飞机设计关系的数学模型 - 都必须在 GP 的受限函数形式内表达。也许令人惊讶的是,这种受限的函数形式集一次又一次地出现在流行的基于物理的飞机系统模型中。此外,我们表明,对于无法通过代数操作转换为 GP 所需形式的各种模型,我们通常可以拟合紧凑的 GP 模型,这些模型可以准确近似原始模型。GP 解决方法的速度和可靠性使其成为解决概念阶段飞机设计问题的一种有前途的方法。
摘要:化工厂的盈利能力与其可靠性直接相关,可靠性一直是化学工业关注的重点。本文解决空气分离装置概念设计阶段的问题,以尽量减少负收入,其中包括管道供应中断造成的损失以及提高可靠性的成本,包括拥有冗余单元和储罐。提出了一种基于马尔可夫链假设的混合整数线性规划 (MILP) 模型 (表示为 RST),并将其应用于空气分离装置的激励示例。此外,为了解决更大的上层结构,我们提出了一种博弈论算法,该算法将问题分解和重构为各个处理阶段的团队博弈,并在它们之间达到纳什均衡。结果还表明,可以轻松获得接近全局最优的良好初始化点,从而保证纳什均衡解的质量。通过大量示例说明,所提算法能够以比原始 MILP 模型 (RST) 的直接解决方案更短的时间解决全局最优问题。
有助于降低燃料消耗和运营成本。从这个角度来看,新材料和技术得到了开发,设计方法和工具也取得了进步。生成设计是一种自动优化组件设计的新方法。设计过程必须自行设计,以实现与设计参数、要求和限制相关的最佳解决方案。哪些独特的特点使人们认为这项技术是相对于传统 MDO 的重大进步?生成设计是否只是一种重要的、但不是特别有区别的方法,用于设计(航空航天)结构和可能更高级别的系统?例如,当设计目标是找到结构的最佳配置时,生成设计是否会导致发现新概念或结构类型,或者它是遗传算法在拓扑优化中的特定应用?本文旨在回答前面的问题。具体而言,生成设计方法有望在基本概念之间进行选择,并将其用作设计新系统配方的基本说明和成分。基于这些考虑,我们在本文中修订了
汽车公司面临着激烈的竞争,因此他们力求以更便宜、更快的方式设计出更好的产品。这一挑战要求不断改进方法和工具,因此需要使用仿真模型来评估产品的每个可能方面。优化越来越受欢迎,但其全部潜力尚未得到充分发挥。对精确仿真结果的需求不断增加,导致需要创建详细的仿真模型,而这些模型的评估通常需要耗费大量的计算资源。基于元模型的设计优化 (MBDO) 是一种有效的方法,可以减轻优化研究期间的计算负担。元模型是详细仿真模型的近似值,评估时间很短,因此在需要进行多次评估时尤其有效,例如在多学科设计优化 (MDO) 中。
热量储能系统对于提高太阳能热应用效率(STEA)是必要的,并消除了能源供应和能源需求之间的不平衡。在热量储能设备中,潜在的热储存装置(LHTE)由于其在几乎恒定的温度下的质量 /体积的高能量密度而受到了很多关注。尽管近年来已经进行了广泛的研究,但对PCM热交换器设计的综合研究很少见。本文介绍了对热存储单元中热传导主导的相变过程的数值和模拟研究。作为传热流体(HTF)流过管,以充电和排放循环和石蜡作为相变材料(PCM)流动。使用先前的假设,我们使用ANSYS软件设计并执行了热量存储系统的模拟。对各种半径还进行了深入的恒定研究。在模拟和分析后,我们得出的结论是,如果夸大管半径,传热空间也随着时间的降低,可以减少充电和排放储存在PCM中的能量。
摘要。带有磁桥的混合激发通量转换永久磁铁(HEFSPM)电动机是混合激发通量转换永久磁铁(FSPM)机器的拓扑。尽管其表现出色,例如高扭矩/功率密度,高UX增强/弱化的功能等等,但由于其复杂的结构,它受到了较少的关注。因此,需要进一步研究其最佳设计和性能。本文基于设计灵敏度分析提供了具有磁桥的HEFSPM电动机的多物镜优化设计。在rst上,讨论了机器结构和基本工作原理。然后,进行几何优化的设计灵敏度分析以提高运动性能。将此优化的电动机与初始设计进行了比较。最后,构建并测试了优化提出的电动机的原型,以验证仿真结果。
为了满足对廉价绿色氢气的需求,已经开发出专门用于氢气生产的风力涡轮机设计优化框架。该框架通过最小化氢气平准成本 (LCOH) 目标来优化风力涡轮机。初步案例研究结果显示,与使用我们框架的 LCOE 优化涡轮机相比,LCOH 降低了 1.53%。从基线参考涡轮机到 LCOH 优化涡轮机,LCOH 降低了 12.7%。从基线参考涡轮机到 LCOE 优化涡轮机,LCOE 降低了 12.35%。与基线和 LCOE 优化涡轮机相比,LCOH 优化涡轮机具有更大的转子,其中增加的涡轮机成本由增加的氢气产量抵消。本案例研究重点关注单个风力涡轮机-电解器系统,表明使用新的优化目标可以显着节省成本。通过工厂级优化以及包括太阳能电池板和电池存储等其他技术,可以进一步节省成本。