大型飛機(jī)的系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題研究

項(xiàng)昌毅

隨著近年來對(duì)工業(yè)體系的持續(xù)投入，我國(guó)科學(xué)技術(shù)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，目前已經(jīng)建立了眾多世界矚目的超級(jí)工程，比如：三峽水電站以及國(guó)產(chǎn)大型飛機(jī)等等。所謂大型飛機(jī)一般是指起飛總重超過100 t的運(yùn)輸類飛機(jī)，一直被譽(yù)為“工業(yè)化領(lǐng)域的皇冠”，一方面其包含電子、機(jī)械、新材料以及冶金等諸多行業(yè)；另一方面其是數(shù)百萬零部件的大集成，隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，相應(yīng)零部件大量增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性卻因此而降低。

目前為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，大型飛機(jī)最常用方法是為重要分系統(tǒng)增加備份。因此，如何最優(yōu)化飛機(jī)系統(tǒng)備份是一個(gè)重要又緊迫的課題。在系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，許多學(xué)者作了廣泛而深入的研究[1-4]，這些研究給出了不同方法，并獲得了系統(tǒng)最優(yōu)方案。然而，這些方法計(jì)算并不簡(jiǎn)便，尤其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定限制。因此，該文提出一種基于可重構(gòu)度最大化的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，該方法計(jì)算簡(jiǎn)單，并能根據(jù)約束條件獲得理想結(jié)果，最后將該方法用于大型飛機(jī)進(jìn)行仿真計(jì)算，驗(yàn)證了所提方法的有效性。

1 可重構(gòu)性指標(biāo)計(jì)算

重構(gòu)指系統(tǒng)從一種構(gòu)形向另一種構(gòu)形的轉(zhuǎn)換，是系統(tǒng)生存和發(fā)展的基本手段之一。可重構(gòu)性指一定條件下系統(tǒng)完成重構(gòu)的能力[5]。

從工程實(shí)際出發(fā)，當(dāng)系統(tǒng)某部件發(fā)生故障后，優(yōu)先采用硬件備份切換方式來重構(gòu)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)中僅有一個(gè)獨(dú)立功能部件發(fā)生故障時(shí)，定義為一重故障。同理，重故障定義為系統(tǒng)同時(shí)有個(gè)獨(dú)立部件發(fā)生故障。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生重故障時(shí)，如果有冗余部件完全替換故障部件并使系統(tǒng)工作正常，則認(rèn)為該重故障是可重構(gòu)的。

為了量化故障與可重構(gòu)性之間的關(guān)系，該文提出可重構(gòu)度的概念，作為衡量一個(gè)系統(tǒng)可重構(gòu)性水平的指標(biāo)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生重故障時(shí)，稱該可重構(gòu)性指標(biāo)為重可重構(gòu)度。

定義1：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生重故障時(shí)，系統(tǒng)的重可重構(gòu)度定義為：

由于分系統(tǒng)3給出了最大的敏感因子，所以，對(duì)從1增加到2。的迭代結(jié)果由表2給出。

由表2可知，時(shí)，得到的最優(yōu)解是（2，2，3，3）。相應(yīng)的系統(tǒng)可重構(gòu)度為0.9556。順便提及，當(dāng)取其他值時(shí)，所得到的最優(yōu)分配方案不變，但是計(jì)算過程中順序不同。

4 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)大型飛機(jī)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，提出了一種基于最大可重構(gòu)度的優(yōu)化計(jì)算方法，通過比較不同分系統(tǒng)之間的敏感因子，在敏感因子最大的分系統(tǒng)增加冗余，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)可重構(gòu)度最大化。最終仿真計(jì)算驗(yàn)證了所提方法的有效性。該方法不僅考慮了冗余增加對(duì)于系統(tǒng)可重構(gòu)性的影響，同時(shí)將資源消耗列入了考慮范圍，對(duì)于工程領(lǐng)域處理串聯(lián)系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[5] 李培根，張潔.敏捷化智能制造系統(tǒng)的重構(gòu)與控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.