以安装行李架后的某款SUV汽车模型为研究对象,基于协同优化算法,寻找最优的低阻低噪方案。先将降阻和降噪作为单独的2个子学科进行研究,分别寻找出影响气动阻力和气动噪声的关键因素,利用网格变形技术对行李架造型的关键部位进行参数化建立模型。然后通过CFD数值仿真模拟软件对选取的样本点进行计算,同时建立可靠的Kriging响应面模型。最后基于2个子学科的近似模型,构建协同优化模型寻找最优的低阻低噪方案并进行仿真验证分析。研究结果表明相较于原始汽车模型,单目标优化后的整车模型阻力与噪声分别降低了1.97%和17.99%;协同优化后的整车模型阻力与噪声分别降低了1.60%和14.92%,优化结果与仿真结果的误差分别为0.17%和3.67%,均在工程实际应用可接受误差范围内。

缸间齿轮联动液压发动机(GCHE)是一种较传统内燃机更节能减污的动力装置,曲柄连杆机构作为发动机主要的运动部件,需要进行优化设计以保证轻质高强的特性。构建了GCHE曲柄连杆机构基于响应面的近似模型,建立了连杆、曲轴状态变量的二阶响应面近似模型,并进行准确性校验。同时建立曲轴和连杆协同优化模型,完成连杆和曲轴基于响应面近似模型的协同优化设计。优化后,连杆体积减小21.47%,曲轴体积减小2.68%,曲柄连杆机构总体积减小4.75%。结果表明,优化效果显著,基于响应面近似模型的优化方法可行有效,为后续GCHE的性能设计提供了理论依据和技术支持。

本研究应用CFD仿真技术和Kriging近似模型方法,建立了车身造型因子与气动阻力和气动噪声之间的响应关系,并利用协同优化算法对两学科的耦合关系进行了协调优化,最后采用多岛遗传算法找到了最优解。结果表明,气动阻力值降低了1.81%,车侧前窗气动噪声降低了11.12%,实现了车身气动低阻低噪的协同优化。本研究采用协同优化算法探索了汽车气动阻力与噪声之间的耦合关系,为汽车的空气动力学外形设计及优化提供一种有效的方法。

为提高3D打印机出丝的连续性与稳定性,提出送丝机构和喷嘴协同优化方法,克服了已有的打印机喷嘴和送丝机构单独优化而忽略两者之间耦合效应的不足。以喷嘴加热段长度、散热段长度、出口长度、送丝速度为优化参数,以喷嘴截面平均速度和平均温度为优化目标,设计正交试验,进行流体仿真。为快速得到最优方案,基于神经网络与NSGA-Ⅱ算法进行优化分析,结果表明:加热段长度为6 mm、散热段长度为4 mm、出口长度为0.7 mm、送丝速度为4.5 mm/s时,最大喷嘴截面

为解决传统标准协同优化算法经常无法收敛和容易陷入局部最优等缺陷,提出一种基于模拟退火法的改进协同优化算法.该算法在继承标准协同优化算法并行自治优点的前提下,首先系统级由全局模拟退火算法和梯度算法相结合的组合优化策略代替单优化算法,其次根据优化具体情况引入动态松弛因子,以此来保证优化的全局性和精度.通过两个典型的MDO测试算例对改进的协同优化算法进行验证,优化结果表明,改进的协同优化算法具有更好的精度、收敛速度和稳定性.

动力传递系统是矿用自卸车最重要组成单元,系统中轮边减速器和主减速器减速比的合力分配是动力性能发挥和整车减速增扭平稳运行的重要保证,采用协同优化对矿用自卸车动力传递系统进行优化设计。根据矿用自卸车传动系统结构特点和性能特征,将传动系统动力匹配作为系统级,而主减速器和轮边减速器作为子系统级。对轮边减速器和主减速器进行数学建模,并对各减速装置单独优化分析。基于i SIGHT实现矿用自卸车轮边减速器和主减速器协同优化的过程集成和优化求解。对比各自单独优化和系统整体协同优化分析结果可知：整体系统的协同优化可以系统地解决矿用汽车减速系统的优化匹配问题,同以往将全局设计变量作为固定参数进行处理的常规优化相比,其优化结果更符合实际工程问题。

针对一种多环闭链空间可展开机构的力一热耦合设计问题，首先列写了展开单元机构的静力学平衡方程，完成了展开单元的静力学分析，进而根据虚功原理，求得机构在展开态下的转动刚度；然后综合考虑机构的力热性能，以杆件横截面尺寸为设计变量，以机构在太空环境下整个展开过程中的热变形小、重量轻、展开态下的基频高和转动刚度大作为优化目标，采用协同优化方法建立了多环闭链空间可展开机构协同优化的数学模型；通过数值求解，得到该机构所有杆件的横截面尺寸参数最优值．分析结果表明，优化后的机构热变形降低了约56％，展开态基频提高了约39％，展开单元的重量与转动刚度均满足设计指标．

针对数控机床整机优化过程中的复杂性，提出了一种响应面模型与集成方法相结合的机床整机优化设计方法。对数控机床整机进行静动态仿真，通过模态试验验证仿真的可信度。采用哈莫雷斯试验设计方法，抽取设计空间的样本点并进行数值模拟和分析计算，建立了整机质量、最大形变量、一阶固有频率、二阶固有频率和三阶固有频率关于整机9个设计变量的响应面模型。提出了基于粒子群算法的初次优化与基于协同优化算法的二次优化相结合的优化策略。先对响应面模型进行初次全局优化，得到Pareto最优解集。在最优解集的基础上再对响应面模型进行二次局部优化，获得最优设计方案。结果表明，优化方案的各项性能都得到了提升，仿真结果验证了优化方案的可信度。因此该优化方法适用于结构较复杂的机床整机的优化设计。

基于生产计划与调度协同优化的思路,建立了计划与调度滚动优化模型,并提出一种“闭环集成滚动重调度”策略。当生产系统出现产能受限或订单变更等动态变化时,调度与计划形成“闭环响应模式”,进而采用动态约束平衡的混合算法对生产计划与调度进行协同优化。为验证所提出协同优化策略的有效性和可行性,选取典型算例进行了仿真研究,结果表明该策略能有效处理生产系统的动态变化,保证系统的调度优化及时调整。

论述了基于管网特性变化的地下水源热泵中央空调系统协同优化方法，从热泵主机、输配系统和用户末端三方面建模，分析协同关系，得出实际优化设定点。通过一个简化的空调系统，对比计算定频调质和协同优化运行两种条件下的节能效果，说明协同优化方法可以实现系统整体的最大节能效果，并对实际运行有一定的指导意义。