飞机总体设计(57)_航空信息_民用航空_通用航空

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方法（Response Surface Method）。
4．敏感分析（Sensitivity Analysis）：是指在改变了输入参数后能预测各门学科分析结果
或多学科的系统分析结果的有效的数值方法和计算机程序。
（三）多学科设计优化算法方面
1．单一学科（子系统）优化：在MDO 中往往包括各子系统的优化过程，它与传统的单
一学科的设计和优化（如性能优化、结构优化等）不同，在这些子系统设计和优化过程中必
须考虑其它学科（其它子系统）的影响，其功能是辅助多学科设计优化寻找工程系统的整体
最优设计方案。
2．系统分解：研究如何将复杂系统分解成各子系统，以使系统分析的计算量最少。
3．设计空间搜索策略：搜寻大型复杂设计空间（包括连续/离散混合变量、不连续函数、
非联通子空间等）的数值算法。
4．MDO 方法：也称MDO 算法（Algorithms）、MDO 策略（Strategies）。MDO 算法的功
能在于不断地改进多学科复杂系统的设计方案，直至找到最优设计方案。一般来讲，MDO 算
法都涉及到设计空间搜索策略、系统分解和分析模型的近似方法等各个方面。它通过有效的
设计优化策略，将上述的MDO 的各个方面有机地纳入一个框架内，实现多学科复杂系统的
设计和优化。
三、多学科设计优化与并行工程的关系
自八十年代，人们开始认识到在工程中，特别是在设计过程中，不仅存在着极大的可能
性来提高产品的质量，而且可利用产品开发过程中的并行性来缩短产品开发时间，从而导致
了并行工程（Concurrent Engineering，简称CE）这一新学科的产生。按照美国防御分析研究
所的定义，并行工程是产品及相关过程（包括加工和保障）的一种一体化的并行设计的系统
方法。它强调在产品设计的一开始就要考虑产品从概念设计到报废处理整个寿命期间的各个
方面（包括性能、成本和进度）。其主要目的有两个方面：一是通过利用产品各个方面和各个
过程的相互联系和影响，来提高产品的质量（或性能）；二是利用产品各个方面和各个过程存
在的并行性，来缩短产品开发周期。
从MDO 的定义和内容看到，MDO 改变了传统的工程设计的时序模式。其基本目的是通
过充分利用各个学科（子系统）之间的相互作用所产生的协同效应，获得工程系统整体最优
解，同时还要实现各个学科（子系统）并行设计。因此，MDO 宗旨与现代制造技术中的并行
工程思想不谋而合，它实际上是立足于优化原理，为产品的全寿命周期设计提供一个理论基
础和实施方法，它将成为并行工程的一个重要组成内容。
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推进
性能
数据库
协调
操稳
控制
结构
气动成本
重量
图11.6 基于网络的飞机多学科设计优化计算机环境
四、飞机多学科设计优化计算机环境
MDO 算法中的分解方法通常是按学科把飞机这个复杂系统（多学科）分解为若干子系统
（单一学科）。例如，协作优化算法（Collaborative Optimization，简称CO）和并行子空间优
化算法(Concurrent Subspace Optimization，简称CSSO)就是把复杂系统的优化设计分解为各个
子系统的优化设计，同时保持各子系统的耦合关系，通过各个子系统的并行优化设计以及对
其折衷协调，最终找到一个整体最优设计方案。
现有的飞机设计在组织体系一般都设有气动组、结构组、性能和操稳组、重量重心和惯
性矩组、控制系统组、推进系统组等按专业分类的工作组。因此，MDO 框架与目前工业界飞
机设计的组织体系相容的。应用MDO 框架不必对现有的工业界飞机设计的组织体系作很大
的变动，借助分布式的计算机网络技术，我们最终有可能建立基于计算机网络的飞机多学科
设计优化环境，如图11.6 所示。这种MDO 模式可能是实现飞机一体化设计的一种重要技术
途径，它有可能充分发现和利用飞机各子系统的协同效应，设计出综合性能更好的飞机。同
时也为飞机设计提供了一种并行设计模式，因而能有效地缩短研制飞机的周期。
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