CN101436219A - 一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法。该方法包括：优化的产品开发目标确定，将整车层次的开发目标向较低层次的系统层和部件层进行传递，在各层次之间实现协同的优化求解，与多学科设计优化方法相结合实现开发任务的柔性，实现开发子任务的模块化执行。本发明提供一种收敛速度快、求解质量高，能够在整车层次、系统层次和零部件层次上同时实现开发性能指标和设计方案优化的方法。

Description

一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法

技术领域

本发明涉及一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，是一种能够在整车层次、子系统层次和零部件层次上同时实现开发性能指标和设计方案优化的方法。

背景技术

产品设计开发是一系列的决策过程：为设计变量(零部件类型及其尺寸)确定合适的数值(类型及量级)以期实现设计目标的最优(系统总体性能的综合利益最大化)。

汽车产品开发涉及安全、节能、环保、舒适性，以及制造、使用等诸多方面要求。汽车产品设计工作涉及到机械、流体、电力电子、经济等多个学科，需要多个学科领域的专业人员协同工作，实现所确立的产品开发目标，其设计开发任务和工作流程是典型的多学科设计优化问题。从20世纪80年代开始，多学科设计优化理论取得快速进展，产生了多种优化方法，并在航空航天和汽车等工程领域得以应用。传统的多学科设计优化方法主要有：多学科可行法、单学科可行法、协同优化法和并行子空间法等。上述方法通常表现出计算耗费大、收敛困难等局限性，并且针对汽车产品开发一般按部件、子系统进行任务分解，开发体系呈现多层次性等特点，传统的多学科设计优化方法应用于汽车产品开发的实践具有较大的局限性。

车辆开发问题是多约束、多目标问题，并受诸多因素的影响，其求解过程的计算量随问题的规模呈指数增长，是典型的复杂系统优化设计问题。很多研究表明，寻找车辆总体设计方案最优解是非常困难的，最有工程意义的求解算法是放弃寻找最优解的目标，转而试图在合理、有限的时间内寻找到一个近似的、有效的设计方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种新的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，以解决现有技术中工作效率低下、求解精度差、相互之间缺乏协同等问题，为能够在整车层次、子系统层次和零部件层次上同时实现性能指标和设计方案优化提供一种新的技术。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，所述的方法主要包括以下步骤：

1、确定优化的整车开发目标：依据产品开发流程，根据市场调研得到的顾客需求和市场上同类相竞争产品的对标分析数据，建立欲开发产品的质量屋模型，利用层次分析法确定顾客需求权重，以企业效益和顾客需求满意度综合指标最高为目标，对这个基于质量屋的产品规划模型进行求解，得到一组对整车技术指标进行改进欲达到的最优改进率；最后可以根据实际情况，依据有关经验、市场需求和政府的法律法规对其进行调整，最终得到经过优化的整车技术指标，也即整车的产品开发目标T＝[T₁，T₂，...，T_n]^T。

2、整车开发问题的层次化分解：汽车的设计开发是一个高度复杂的过程，从产品概念设计阶段开始经过产品详细设计阶段到用于制造的最终设计阶段。分解可以改变设计开发问题的结构，使其在改进性能的同时减少复杂性，以此来减少计算时间。对于同一个复杂系统可以有不同的分解方式。在汽车开发过程中，按结构组成可划分为：车身系统、底盘系统、动力传动系统、电气系统等，而按性能属性则可划分为：车辆动力学、安全性、能耗经济性、人机工程、技术经济性等。这些内容分属于不同的学科领域，在每项内容的设计过程中，都要满足在该学科领域的相应目标和约束，因此汽车开发过程是一个优化集成的过程，原则上可以直接对整体系统进行优化，但是往往存在“维数灾难”而难以求解。传统的汽车产品开发方式往往按结构组成对整车开发工作进行任务分解，这种分解方式割裂了不同学科领域之间自然存在的耦合关系，使得只能获得局部的最优解，因此可能失去全局最优解。汽车设计开发过程必须综合考虑多个学科对汽车整体性能的影响并充分利用学科之间的相互作用来获取整体最优解。本发明在这种基于部件进行分解的企业传统产品开发组织结构的基础上，引入基于性能模型的分解方式，形成一个更符合实际需要的层次化分解方式。

3、优化流程：针对由上述层次化分解方法划分而成的层次化结构模型，将整车的产品开发目标和约束关系分解到多个较低层次的子问题之中；在给定层次上的优化目标是实现由其较高层次和较低层次计算得到的响应之间的偏差最小化。在这一优化流程体系框架中模型分为两大类：优化设计模型P和分析模型r。优化设计模型用于召集分析模型求解车辆、系统、子系统和部件的响应。因此，分析模型占用设计变量和参数以及较低层次的响应，并返回设计问题的响应。响应和联系变量被引入以描述垂向的和水平向的不同子问题间的交互作用，响应被定义为分析模型的输出，联系变量被定义为存在于两个或更多设计模型间的通用设计变量。优化流程体现为一个大的迭代嵌套各个层次上的小迭代过程，其程式如下：

(3.1)建立整车层次的优化设计模型和相应的分析模型，对此优化问题选取适宜的优化算法或者优化算法的组合，进行整车层次的优化问题求解，将优化得到的有关设计参数向下传递给系统层次，形成系统层次的开发目标；

(3.2)建立系统层次的优化设计模型和相应的分析模型，对此优化问题选取适宜的优化算法或者优化算法的组合，进行系统层次的优化问题求解，将优化得到的有关设计参数向下传递给部件层次，形成部件层次的开发目标；

(3.3)建立部件层次的优化设计模型和相应的分析模型，对此优化问题选取适宜的优化算法或者优化算法的组合，进行部件层次的优化设计，以实现其所构成的部件层次的性能指标与系统层次所需的最佳值尽可能一致，将部件层次所能实现的性能指标向上传递给系统层次，形成系统层次的性能反馈；

(3.4)利用系统层次的优化设计模型和相应的分析模型，进行系统层次的优化设计，以实现其所构成的系统层次的性能指标与整车层次所需的最佳值尽可能一致，将系统层次所能实现的性能指标向上传递给整车层次，形成整车层次的性能反馈；

(3.5)在整车层次，利用系统层次上传来的性能反馈，根据整车层次的优化设计模型和相应的分析模型，进行收敛性判断，至此完成了一个完整的优化迭代过程，如果达到收敛条件则求解结束，如果未能达到收敛条件则进行下次迭代过程。

本发明的有益效果主要表现在：

①基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法符合系统工程思想，能有效提高系统的设计质量。该方法要求把工程问题看作一个系统，强调从整体出发对各局部的协调，有利于充分发现和利用各子系统的协同效应，减少重复设计的时间，避免产品研发后期的返工，设计出综合性能更好的产品。

②基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法的模块化结构使产品开发过程具有很强的独立性。由于其相对独立性，各子系统、学科的分析方法(软件)和设计优化方法的变更不会引起整个设计其它部分的关联变化。每个部分的设计人员可选用适当的分析方法(软件)、优化方法和专家知识。这种模块化结构使得设计进程具有很强的灵活性，为产品设计提供了一种并行设计模式。有利于设计任务高效进行，与现代化产品研发和生产要求相一致，有效地缩短产品的研发周期。

③基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法促成了系统设计的并行工程：一旦系统、子系统、部件满足了设计目标，较低层次的元素(零件)就可以在细节上被独立设计，允许零部件供应商独立进行设计、制造工作，然后再由主机厂来进行模块化集成。

总之，在汽车产品开发过程中借助于基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，设计人员能够掌握各子系统、学科间的耦合及其协同效应，改善设计的效率与效果，最终获得更好的设计质量。新方法为汽车产品的创新性开发提供了一条新途径，并且对开发电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车也具有十分重要的意义。

附图说明

图1为层次化结构示意图；

图2为层次化结构的汽车开发问题简化示意图；

图3为基于层次分解的方法原理图；

图4为基于层次分解方法的问题求解流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1用于示意一般性的层次化结构，为便于说明本发明方法的实施方式，对于汽车开发问题，通常存在类似于如图2所示的汽车开发问题层次化结构，这里给出了一个简化图，并且在说明本方法的具体实施方式时，仅针对双点画线部分的开发问题进行展开说明。

图3用于示意该层次分解方法中层次i与层次i+1之间的信息传递，为了更好地理解该方法理论，这里给出该方法的一般性公式描述：

对于图2所示的层次化结构中第i层上的第j个子问题P_ij，由较高层次(i-1)给定了所在层次i上的响应目标值和该层次上联系变量的目标值，通过与该层次上求解得到的响应目标值相比较，使其之间的偏差最小作为优化的目标函数来进行优化求解，见式(1)。

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{ij}}:\mathrm{Minimize}{w}_{\mathrm{ij}}^R\left|\right|R_{\mathrm{ij}}-R_{\mathrm{ij}}^U\left|\right|+w_{\mathrm{ij}}^v\left|\right|y_{\mathrm{ij}}-y_{\mathrm{ij}}^U\left|\right|+{\mathrm{\ϵ}}_R+{\mathrm{\ϵ}}_y,\\ \mathrm{respect\; to},{\tilde{x}}_{\mathrm{ij}},y_{\mathrm{ij}},y_{(i+1)j},R_{(i+1)j},{\mathrm{\ϵ}}_R,{\mathrm{\ϵ}}_y,\\ \mathrm{where},R_{\mathrm{ij}}=r_{\mathrm{ij}}(R_{(i+1)j},{\tilde{x}}_{\mathrm{ij}},y_{\mathrm{ij}}),\\ \mathrm{subject\; to},\\ w_{(i+1)j}^R\left|\right|R_{(i+1)}-R_{(i+1)}^L\left|\right|\≤{\mathrm{\ϵ}}_R,w_{(i+1)j}^y\left|\right|y_{(i+1)}-y_{(i+1)}^L\left|\right|\≤{\mathrm{\ϵ}}_y,\\ g_{\mathrm{ij}}(R_{\mathrm{ij}},{\tilde{x}}_{\mathrm{ij}},y_{\mathrm{ij}})\≤0,\\ h_{\mathrm{ij}}(R_{\mathrm{ij}},{\tilde{x}}_{\mathrm{ij}},y_{\mathrm{ij}})=0,\\ {\tilde{x}}_{\mathrm{ij}}^{\min }\≤{\tilde{x}}_{\mathrm{ij}}\≤{\tilde{x}}_{\mathrm{ij}}^{\max },y_{\mathrm{ij}}^{\min }\≤y_{\mathrm{ij}}\≤y_{\mathrm{ij}}^{\max }.\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：P_ij为分解得到的第i层次上第j个子模块的优化问题；R为由分析模型求解得到的系统响应值；R^U为由较高层次传递下来的目标值；R^L为由较低层次传递上来的目标值；y为同层次间的联系变量；y^U为由较高层次传递下来的联系变量值；y^L为较低层次传递上来的联系变量值；w为表征响应或联系变量与它们对应目标匹配相对重要性的权重系数；ε_R为目标值与响应值之间的偏差量；ε_y为联系变量的目标值与计算值之间的偏差量；

为局部设计变量；

为设计变量的下限；

为设计变量的上限；r为响应的求解函数(分析模型)；g为不等式约束条件；h为等式约束条件。

为了便于说明本发明的原理，这里采用一个经简化的汽车开发问题为例对本发明作进一步描述。

参照图4，一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，包括如下步骤：

第一步：根据市场调研得到的顾客需求和市场上同类相竞争产品的对标分析数据，并依据有关法律法规和标准规范，利用质量功能展开理论和层次分析法，确定出整车技术指标，也即整车的产品开发目标T＝[T₁，T₂，...，T_n]^T，例如，整车的稳定性因数、悬架系统固有振动频率、最高行驶车速、特定循环工况下百公里能耗等指标。

第二步：在基于部件进行分解的企业传统产品开发组织结构的基础上，利用引入基于性能模型的分解方式，形成一个更符合实际需要的层次化分解结构。例如，轮胎侧偏刚度对操纵稳定性因数有重要影响，而其垂向刚度是行驶平顺性和非簧载质量固有振动特性的关键影响因素。如若将其简单分解为轮胎子系统来进行处理，则割裂了轮胎不同特性之间自然存在的耦合关系，不利于得到优化的设计结果，这里可以基于性能模型将其进一步分解为轮胎侧偏刚度优化问题和轮胎垂向刚度优化问题，它们之间存在的共同设计变量——轮胎胎压被处理为联系变量y。

第三步：在整车总体方案优化设计层次，优化问题的建模和优化求解涉及以下几方面问题：

(1)优化设计模型P_v需针对所确立的上述全体开发目标建立，在该优化模型中，优化目标函数为 $\mathrm{Minimize}{w}_v^R\left|\right|R_v-T\left|\right|+{\mathrm{\ϵ}}_R^v+{\mathrm{\ϵ}}_y^v,$ 表示要实现在整车层次上计算得到的各性能指标要与所确定的开发目标之间的偏差量最小化。式中，“‖·‖”表示某种形式的范数，如2次范数等。w为表征响应或联系变量与它们对应目标匹配相对重要性的权重系数。ε_R为目标值与响应值之间的偏差量；ε_y为联系变量的目标值与计算值之间的偏差量，它们作为优化问题的辅助设计变量出现。

(2)其中，性能指标的计算由各个分析模型r_v负责进行求解，例如，可以建立操纵稳定性分析模型、行驶平顺性分析模型、整车动力性分析模型、整车循环工况下能耗经济性分析模型等。考虑到计算工作量和求解精度之间的矛盾，分析模型的建立可采取变复杂度模型技术，在设计工作对计算精度要求不高的阶段，采用响应面等近似模型技术以提高求解速度，而在对计算精度要求较高的求解阶段，则采用精细模型以改善求解精度和设计效果。

(3)其中，优化设计变量包括整车层次本身的设计变量X_v和系统层次上各系统的开发要求R_s，例如，前/后悬架系统的刚度和阻尼、变速器各档速比等。

(4)其中，约束条件除包括设计变量的上下限、性能约束等产品开发所需遵守的规范和限定范围之外，还包括对较整车层次为低的系统层次上的各性能指标的一致性协调约束。

(5)其中，该优化问题的求解所需借助的优化算法可选取最为适宜的算法，并可以选取组合算法的方式进行问题的优化求解。优化算法的选取对优化结果和计算工作量有重要影响。全局优化算法对初值的敏感程度较低，而有些高效的基于梯度的算法大部分都对初值敏感，尤其是多峰问题，寻找的多数为局部最优解，所以采用优化组合策略，可以做到先粗后精，这样既能保证较好的优化结果，又能节省优化时间。

(6)其中，在整车层次的优化设计问题优化求解完成后，将优化得到的有关设计参数向下传递给系统层次，形成系统层次的开发目标

例如，对悬架系统的刚度特性提出开发要求。

第四步：在系统(例如，悬架系统)优化设计层次，优化问题的建模和优化求解涉及以下几方面问题：

(1)优化设计模型P_s需针对所确立的上述全体开发要求建立，在该优化模型中，优化目标函数为Minimize $w_s^R\left|\right|R_s-R_s^U\left|\right|+w_s^y\left|\right|y_s-y_s^T\left|\right|+{\mathrm{\ϵ}}_R^s+{\mathrm{\ϵ}}_y^s,$ 表示要实现在系统层次上计算得到的各性能指标要与所确定的开发要求之间的偏差量最小化。式中，“‖·‖”表示某种形式的范数，如2次范数等。w为表征响应或联系变量与它们对应目标匹配相对重要性的权重系数。ε_R为目标值与响应值之间的偏差量；ε_y为联系变量的目标值与计算值之间的偏差量，它们作为优化问题的辅助设计变量出现。

(2)其中，性能指标的计算由各个分析模型r_s负责进行求解，例如，可以建立悬架系统动力学分析模型、运动学分析模型、有限元分析模型等。考虑到计算工作量和求解精度之间的矛盾，分析模型的建立可采取变复杂度模型技术，在设计工作对计算精度要求不高的阶段，采用响应面等近似模型技术以提高求解速度，而在对计算精度要求较高的求解阶段，则采用精细模型以改善求解精度和设计效果。

(3)其中，优化设计变量包括系统层次本身的设计变量X_s和部件层次上各部件的开发要求R_c，例如，钢板弹簧刚度特性、减振器阻尼特性、铰链点位置坐标等。

(4)其中，约束条件除包括设计变量的上下限、性能约束等产品开发所需遵守的规范和限定范围之外，还包括对较系统层次为低的部件层次上的各性能指标的一致性协调约束。

(5)其中，该优化问题的求解所需借助的优化算法可选取最为适宜的算法，并可以选取组合算法的方式进行问题的优化求解。优化算法的选取对优化结果和计算工作量有重要影响。全局优化算法对初值的敏感程度较低，而有些高效的基于梯度的算法大部分都对初值敏感，尤其是多峰问题，寻找的多数为局部最优解，所以采用优化组合策略，可以做到先粗后精，这样既能保证较好的优化结果，又能节省优化时间。

(6)其中，在系统层次的优化设计问题优化求解完成后，将优化得到的有关设计参数向下传递给部件层次，形成部件层次的开发目标

例如，对钢板弹簧的刚度特性提出开发要求。

第五步：在部件(例如，钢板弹簧)优化设计层次，优化问题的建模和优化求解涉及以下几方面问题：

(1)优化设计模型P_c需针对所确立的上述全体开发要求建立，在该优化模型中，优化目标函数为 $\mathrm{Minimize}{w}_c^R\left|\right|R_v-R_c^U\left|\right|+{\mathrm{\ϵ}}_R^c,$ 表示要实现在部件层次上计算得到的各性能指标要与所确定的开发要求之间的偏差量最小化。式中，“‖·‖”表示某种形式的范数，如2次范数等。w为表征响应或联系变量与它们对应目标匹配相对重要性的权重系数。ε_R为目标值与响应值之间的偏差量；ε_y为联系变量的目标值与计算值之间的偏差量，它们作为优化问题的辅助设计变量出现。

(2)其中，性能指标的计算由各个分析模型r_c负责进行求解，例如，可以建立钢板弹簧的刚度分析模型、强度分析模型、疲劳寿命分析模型等。考虑到计算工作量和求解精度之间的矛盾，分析模型的建立可采取变复杂度模型技术，在设计工作对计算精度要求不高的阶段，采用响应面等近似模型技术以提高求解速度，而在对计算精度要求较高的求解阶段，则采用精细模型以改善求解精度和设计效果。

(3)其中，优化设计变量为部件层次上的设计变量X_c，例如，钢板弹簧片厚、簧片片数、簧片形状变量等。

(4)其中，约束条件除包括设计变量的上下限、性能约束等产品开发所需遵守的规范和限定范围之外，还包括对较系统层次为低的部件层次上的各性能指标的一致性协调约束。

(5)其中，该优化问题的求解所需借助的优化算法可选取最为适宜的算法，并可以选取组合算法的方式进行问题的优化求解。优化算法的选取对优化结果和计算工作量有重要影响。全局优化算法对初值的敏感程度较低，而有些高效的基于梯度的算法大部分都对初值敏感，尤其是多峰问题，寻找的多数为局部最优解，所以采用优化组合策略，可以做到先粗后精，这样既能保证较好的优化结果，又能节省优化时间。

(6)其中，各部件的优化问题还可进一步考虑为多学科设计优化问题，利用多学科设计优化方法(例如，协同优化法、并行子空间法等)对其优化模型进行精细化，可将该多学科设计优化模型作为一个模块，根据整体优化问题求解的不同阶段进行插入或退出处理。

(7)其中，在部件层次的优化设计问题优化求解完成后，将优化得到的有关性能指标向上传递给系统层次，形成部件层次的开发目标对标量

例如，能够设计实现的钢板弹簧刚度特性。

第六步：在完成部件层次的优化设计之后，利用反馈回来的开发目标对标量

在系统(例如，悬架系统)优化设计层次，进行优化问题的再次建模和优化求解，问题的求解涉及以下几方面问题：

(1)优化设计模型P_s需针对所确立的上述全体开发要求建立，在该优化模型中，优化目标函数为 $\mathrm{Minimize}{w}_s^R\left|\right|R_s-R_s^U\left|\right|+w_s^y\left|\right|y_s-y_s^T\left|\right|+{\mathrm{\ϵ}}_R^s{+\mathrm{\ϵ}}_y^s,$ 表示要实现在系统层次上计算得到的各性能指标要与所确定的开发要求之间的偏差量最小化。式中，“‖·‖”表示某种形式的范数，如2次范数等。w为表征响应或联系变量与它们对应目标匹配相对重要性的权重系数。ε_R为目标值与响应值之间的偏差量；ε_y为联系变量的目标值与计算值之间的偏差量，它们作为优化问题的辅助设计变量出现。

(2)其中，性能指标的计算由各个分析模型r_s负责进行求解，例如，可以建立悬架系统动力学分析模型、运动学分析模型、有限元分析模型等。考虑到计算工作量和求解精度之间的矛盾，分析模型的建立可采取变复杂度模型技术，在设计工作对计算精度要求不高的阶段，采用响应面等近似模型技术以提高求解速度，而在对计算精度要求较高的求解阶段，则采用精细模型以改善求解精度和设计效果。

(3)其中，优化设计变量包括系统层次本身的设计变量X_s和部件层次上各部件的开发要求R_c，例如，钢板弹簧刚度特性、减振器阻尼特性、铰链点位置坐标等。

(4)其中，约束条件除包括设计变量的上下限、性能约束等产品开发所需遵守的规范和限定范围之外，还包括对较系统层次为低的部件层次上的各性能指标的一致性协调约束。

(5)其中，该优化问题的求解所需借助的优化算法可选取最为适宜的算法，并可以选取组合算法的方式进行问题的优化求解。优化算法的选取对优化结果和计算工作量有重要影响。全局优化算法对初值的敏感程度较低，而有些高效的基于梯度的算法大部分都对初值敏感，尤其是多峰问题，寻找的多数为局部最优解，所以采用优化组合策略，可以做到先粗后精，这样既能保证较好的优化结果，又能节省优化时间。

(6)其中，在系统层次的优化设计问题优化求解完成后，将优化得到的有关性能指标向上传递给整车层次，形成系统层次的开发目标对标量

例如，能够设计实现的悬架刚度。第七步：在完成系统层次的优化设计之后，利用反馈回来的开发目标对标量

在整车优化设计层次，进行优化问题的再次建模和优化求解。至此实现了基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法的一个完整优化迭代过程。

第七步：完成每次优化迭代之后，进行收敛性判断，如果满足了预设的收敛条件，则优化过程结束，否则将进行下一个迭代过程：第二步～第六步。

本发明提供一种收敛速度快、求解质量高的基于层次分解的适用于确定车辆总体设计方案的系统优化方法。

前面提供了对实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (9)

1.一种基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，其特征在于包括以下主要步骤：

(1)根据市场调研得到的顾客需求和市场上同类相竞争产品的对标分析数据，并依据有关法律法规和标准规范，利用质量功能展开理论和层次分析法，确定出整车技术指标，也即整车的产品开发目标；

(2)在基于部件进行分解的企业传统产品开发组织结构的基础上，利用引入基于性能模型的分解方式，形成一个更符合实际需要的层次化分解结构；

(3)建立整车层次的优化设计模型P_v和相应的分析模型r_v，对此优化问题选取适宜的优化算法或者优化算法的组合，进行整车层次的优化问题求解，将优化得到的有关设计参数向下传递给系统层次，形成系统层次的开发目标；

(4)建立系统层次的优化设计模型P_s和相应的分析模型r_s，对此优化问题选取适宜的优化算法或者优化算法的组合，进行系统层次的优化问题求解，将优化得到的有关设计参数向下传递给部件层次，形成部件层次的开发目标；

(5)建立部件层次的优化设计模型P_c和相应的分析模型r_c，对此优化问题选取适宜的优化算法或者优化算法的组合，进行部件层次的优化设计，以实现其所构成的部件层次的性能指标与系统层次所需的最佳值尽可能一致，将部件层次所能实现的性能指标向上传递给系统层次，形成部件层次的开发目标对标量

；

(6)利用系统层次的优化设计模型P_s和相应的分析模型r_s，进行系统层次的优化设计，以实现其所构成的系统层次的性能指标与整车层次所需的最佳值尽可能一致，将系统层次所能实现的性能指标向上传递给整车层次，形成系统层次的开发目标对标量

；

(7)在完成系统层次的优化设计之后，利用反馈回来的开发目标对标量

，在整车优化设计层次，进行优化问题的再次建模和优化求解，至此实现了基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法的一个完整优化迭代过程；

(8)完成每次优化迭代之后，进行收敛性判断，如果满足了预设的收敛条件，则优化过程结束，否则将进行下一个迭代过程：(3)～(7)。

2.根据权利要求1所述的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，其特征在于：所述的层次化分解后的汽车开发问题具有模块化结构，由于模块化结构的相对独立性，各子系统、学科的分析方法(软件)和设计优化方法的变更不会引起整个设计其它部分的关联变化，每个部分的设计人员可选用适当的分析方法(软件)、优化方法和专家知识，这种模块化结构使得设计进程具有很强的灵活性，为产品设计提供了一种并行设计模式。

3.根据权利要求1所述的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，其特征在于：所述的方法体系当较高层次的系统、子系统满足了设计目标，较低层次的元素(零件)就可以在细节上被独立设计，此种开发模式允许零部件或者子系统供应商独立进行设计、制造工作，然后再由主机厂来进行模块化集成，使得主机厂与供应商之间的工作协同成为可能。

4.根据权利要求1所述的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，其特征在于：所述的(3)～(7)中，使用某种形式的范数‖·‖来构建整车层次的优化目标函数，用于实现在整车层次上计算得到的各性能指标要与所确定的开发目标之间的偏差量最小化。

5.根据权利要求1所述的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，其特征在于：所述的(3)～(7)中，w为表征响应或联系变量与它们对应目标匹配相对重要性的权重系数。

6.根据权利要求1所述的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，其特征在于：所述的(3)～(7)中，ε_R为目标值与响应值之间的偏差量；ε_y为联系变量的目标值与计算值之间的偏差量，它们作为优化问题的辅助设计变量出现。

7.根据权利要求1所述的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，其特征在于：所述的(3)～(7)中，分析模型的建立可采取变复杂度模型技术，在设计工作对计算精度要求不高的阶段，采用响应面等近似模型技术以提高求解速度，而在对计算精度要求较高的求解阶段，则采用精细模型以改善求解精度和设计效果。

8.根据权利要求1所述的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，其特征在于：所述的(3)～(7)中，优化问题的求解所需借助的优化算法可选取最为适宜的算法，并可以选取组合算法的方式进行问题的优化求解，采用优化组合策略，可以做到先粗后精，这样既能保证较好的优化结果，又能节省优化时间。

9.根据权利要求1所述的基于层次分解的汽车产品开发系统优化方法，其特征在于：所述的(3)～(7)中，每个分解得到的优化问题还可进一步考虑为多学科设计优化问题，利用多学科设计优化方法(例如，协同优化法、并行子空间法等)对其优化模型进行精细化，可将该多学科设计优化模型作为一个模块，根据整体优化问题求解的不同阶段进行插入或退出处理。

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