傳統的工程優化設計主要是指單一的學科的優化設計。例如飛行器外形設計優化，飛行
器結構設計優化。長期以來，結構優化、性能優化以及系統設計優化成了工程優化的各個分
支而被割裂開來。在工程設計中，往往先進行性能優化，再做結構優化，這使許多同時影響
飛機性能和結構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解。
近來，在工程設計領域，正興起一個新的研究領域—多學科設計優化（Multidisciplinary
Design Optimization, 簡稱MDO）。其主要思想是在復雜系統設計的整個過程中集成各個學科
（子系統）的知識，應用有效的設計優化策略和分布式計算機網絡系統，來組織和管理飛機
設計過程，通過充分利用各個學科（子系統）之間的相互作用所產生的協同效應，獲得系統
的整體最優解（即產品質量或性能更好），通過實現并行設計來縮短設計周期，從而使研制出
的工程產品在國際市場上更具有競爭力。
二、多學科設計優化的定義和內容
由于MDO 正處在形成之中，對MDO 的定義也在不斷變化。目前NASA 對MDO 的定義
是：MDO 是一種通過充分探索和利用系統中相互作用的協同機制來設計復雜系統和子系統的
方法論。
MDO 的研究內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科設計優化的有效的
信息基礎結構（information infrastructure），具體來說，包括以下內容：
1．產品數據模型：能用于不同學科的統一的產品（飛行器）幾何模型及其離散化模型。
2．數據和軟件的標準化：包括1）軟件的編制、測試和規檔的標準化；2）數據的定義
和收集的標準化；3）多學科分析軟件集成的標準化。
3．數據的管理、貯存和可視化：指多學科分析或設計過程中，數據的收集、儲存、管理、
可視化和規檔的方法及其軟件。
4．人機界面：多學科設計優化不是指設計過程完全自動化，而是要體現人如何在設計過
程中充分利用已有的經驗和發揮自己的創造性。因此，設計過程的監視、控制以及人在設計
過程中的指導作用十分重要。MDO 人機界面就是研究在計算機環境下多學科設計過程的監
視、控制以及如何發揮設計人員的能動性。
5．分布式計算機網絡系統：適用于多學科設計優化的分布式計算機網絡系統和集成框架
的研究。
（二）面向設計的多學科分析
由于各學科不斷深度發展，其分析模型的精度越來越高，與之相關的計算機程序的功能
更加強大，但這些分析模型和計算機程序往往僅作為一種分析工具。所謂“面向設計”是指
分析工具（軟件）不僅僅具有提供分析結果的功能，而且還具備附加的特性，即這些分析工
具在優化設計過程中確實能得到利用。MDO 強調在優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算時間過多，不利于在優化過程中利用。因此必須應
用敏感分析，近似方法，重分析等技術。具體說來，面向設計的多學科分析的研究內容包括
以下幾個方面：
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1．分析模型：由于現代飛機設計不僅包括氣動、結構等傳統的設計要求，而且還包括維
修性、可靠性和成本等新的設計要求。因此，為了在優化設計中能反映實際的設計要求，分
析模型不僅應包括氣動、結構分析等傳統學科的分析模型，而且還應包括維修性、可靠性和
成本預算等新的學科分析模型，并且在數學模型中還要表達各門學科的相互影響的關系。
2．智能重分析（Smart Reanalysis）：它是指通過擾動輸入參數來減少系統分析所需計算
量的有效的重分析技術。
3．近似方法：是指能近似表達分析模型或多學科的系統分析模型的數學方法，如響應面
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