基于混合博弈的多学科柔性设计决策方法研究

作     者：李廖平 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈亮

授予年度：2016年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 

主      题：多学科优化 混合博弈 设计决策 柔性设计 概率论 

摘      要：当前工程产品的设计决策涵盖了多个学科和领域的知识,可以认为工程产品的设计决策是一个多学科设计决策问题。多学科设计决策是通过充分探索和利用各学科间相互作用所产生的协同效应,来获得工程产品整体性能最优方案的设计决策方法。其显著特点是多学科性和耦合性,这就造成计算量大,设计反复等问题。此外,由于产品设计不是一蹴而就的,在实际设计过程中还存在各种不确定性因素,使产品设计变得更加复杂多变。针对这些问题,本文结合博弈论的思想建立混合博弈框架来表达多学科设计决策中的学科交互关系,并引入柔性概念,建立柔性数学模型,使设计具有柔性,从而减少产品设计中不确定性的影响。首先,根据复杂产品设计的特点(涉及多个学科领域且每个学科领域下包含多个设计目标),以及学科间的关系建立了三种混合博弈框架来表达各个学科之间的交互关系。其次,运用博弈论思想来处理多学科设计问题。提出了基于博弈论的多学科参数化设计和基于数值仿真分析的博弈多学科设计。基于博弈论的多学科参数化设计首先利用相关解析公式来建立各学科的数学模型,再利用设计结构矩阵来确定学科间的交互关系,利用模糊分析理论划分各博弈方的策略集,然后根据学科间交互关系选择一种混合博弈框架进行博弈建模及设计决策。而基于数值仿真分析的博弈多学科设计则是针对那些难于用解析方法来进行学科分析的产品设计问题提出的。首先利用Solidworks软件建立三维模型,再将三维模型导入Ansys软件进行产品分析,最后通过Isight软件将Solidworks软件和Ansys软件集成起来,在Isight软件中建立博弈设计框架进行设计决策。再次,引入柔性概念,提出基于概率论的柔性设计模型,来减少设计中不确定性的影响。使用性能水平的偏好函数对设计要求进行柔性表达,寻求设计变量的柔性范围解来替代固定值的点解来增加设计过程的柔性及设计方案的柔性,柔性范围解处于可行设计空间内,使各学科性能处于满意水平并靠近期望值,且具有较好的稳定性。利用概率分布来建模相应的性能变化,引入设计偏好指数对柔性设计方案进行评价。基于相容决策支持方法建立了多学科柔性设计决策模型,并给出了求解算法。然后,基于上述研究,给出基于混合博弈的多学科柔性设计决策方法,降低学科间的耦合性,增加产品设计的柔性。最后,通过对船舶的设计与分析,验证了本文方法的可行性和有效性。