傳統(tǒng)的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是指單一的學(xué)科的優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如飛行器外形設(shè)計(jì)優(yōu)化，飛行
器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。長(zhǎng)期以來，結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能優(yōu)化以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化成了工程優(yōu)化的各個(gè)分
支而被割裂開來。在工程設(shè)計(jì)中，往往先進(jìn)行性能優(yōu)化，再做結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這使許多同時(shí)影響
飛機(jī)性能和結(jié)構(gòu)的因素被人為地割裂開來，從而不自覺地放棄了極大可能存在的全局最優(yōu)解。
近來，在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，正興起一個(gè)新的研究領(lǐng)域—多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化（Multidisciplinary
Design Optimization, 簡(jiǎn)稱MDO）。其主要思想是在復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中集成各個(gè)學(xué)科
（子系統(tǒng)）的知識(shí)，應(yīng)用有效的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略和分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，來組織和管理飛機(jī)
設(shè)計(jì)過程，通過充分利用各個(gè)學(xué)科（子系統(tǒng)）之間的相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，獲得系統(tǒng)
的整體最優(yōu)解（即產(chǎn)品質(zhì)量或性能更好），通過實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)來縮短設(shè)計(jì)周期，從而使研制出
的工程產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上更具有競(jìng)爭(zhēng)力。
二、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的定義和內(nèi)容
由于MDO 正處在形成之中，對(duì)MDO 的定義也在不斷變化。目前NASA 對(duì)MDO 的定義
是：MDO 是一種通過充分探索和利用系統(tǒng)中相互作用的協(xié)同機(jī)制來設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)和子系統(tǒng)的
方法論。
MDO 的研究?jī)?nèi)容主要涉及三大方面：
（一）信息管理和信息處理方面
MDO 研究所涉及的信息管理和信息處理方面，主要是指適用于多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的有效的
信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（information infrastructure），具體來說，包括以下內(nèi)容：
1．產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型：能用于不同學(xué)科的統(tǒng)一的產(chǎn)品（飛行器）幾何模型及其離散化模型。
2．?dāng)?shù)據(jù)和軟件的標(biāo)準(zhǔn)化：包括1）軟件的編制、測(cè)試和規(guī)檔的標(biāo)準(zhǔn)化；2）數(shù)據(jù)的定義
和收集的標(biāo)準(zhǔn)化；3）多學(xué)科分析軟件集成的標(biāo)準(zhǔn)化。
3．?dāng)?shù)據(jù)的管理、貯存和可視化：指多學(xué)科分析或設(shè)計(jì)過程中，數(shù)據(jù)的收集、儲(chǔ)存、管理、
可視化和規(guī)檔的方法及其軟件。
4．人機(jī)界面：多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化不是指設(shè)計(jì)過程完全自動(dòng)化，而是要體現(xiàn)人如何在設(shè)計(jì)過
程中充分利用已有的經(jīng)驗(yàn)和發(fā)揮自己的創(chuàng)造性。因此，設(shè)計(jì)過程的監(jiān)視、控制以及人在設(shè)計(jì)
過程中的指導(dǎo)作用十分重要。MDO 人機(jī)界面就是研究在計(jì)算機(jī)環(huán)境下多學(xué)科設(shè)計(jì)過程的監(jiān)
視、控制以及如何發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的能動(dòng)性。
5．分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：適用于多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和集成框架
的研究。
（二）面向設(shè)計(jì)的多學(xué)科分析
由于各學(xué)科不斷深度發(fā)展，其分析模型的精度越來越高，與之相關(guān)的計(jì)算機(jī)程序的功能
更加強(qiáng)大，但這些分析模型和計(jì)算機(jī)程序往往僅作為一種分析工具。所謂“面向設(shè)計(jì)”是指
分析工具（軟件）不僅僅具有提供分析結(jié)果的功能，而且還具備附加的特性，即這些分析工
具在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中確實(shí)能得到利用。MDO 強(qiáng)調(diào)在優(yōu)化過程中盡量利用精度高的分析模型。
但由于精度高的分析模型往往所需的計(jì)算時(shí)間過多，不利于在優(yōu)化過程中利用。因此必須應(yīng)
用敏感分析，近似方法，重分析等技術(shù)。具體說來，面向設(shè)計(jì)的多學(xué)科分析的研究?jī)?nèi)容包括
以下幾個(gè)方面：
· 174 ·
1．分析模型：由于現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)不僅包括氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，而且還包括維
修性、可靠性和成本等新的設(shè)計(jì)要求。因此，為了在優(yōu)化設(shè)計(jì)中能反映實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，分
析模型不僅應(yīng)包括氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)分析等傳統(tǒng)學(xué)科的分析模型，而且還應(yīng)包括維修性、可靠性和
成本預(yù)算等新的學(xué)科分析模型，并且在數(shù)學(xué)模型中還要表達(dá)各門學(xué)科的相互影響的關(guān)系。
2．智能重分析（Smart Reanalysis）：它是指通過擾動(dòng)輸入?yún)?shù)來減少系統(tǒng)分析所需計(jì)算
量的有效的重分析技術(shù)。
3．近似方法：是指能近似表達(dá)分析模型或多學(xué)科的系統(tǒng)分析模型的數(shù)學(xué)方法，如響應(yīng)面
中國(guó)航空網(wǎng) www.k6050.com
航空翻譯 www.aviation.cn
本文鏈接地址：飛機(jī)總體設(shè)計(jì)(56)
