Preface　前言

針對(duì)我國(guó)航空航天、船舶、兵器、電子等領(lǐng)域裝備的高性能、輕量化、低故障研制需求，開(kāi)展先進(jìn)設(shè)計(jì)理論與方法研究，對(duì)提高裝備設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)我國(guó)高端裝備設(shè)計(jì)向國(guó)際引領(lǐng)創(chuàng)新水平發(fā)展，將具有重要意義。裝備產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般包括概念設(shè)計(jì)、基本設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)3個(gè)階段，其中概念設(shè)計(jì)直接影響著后續(xù)設(shè)計(jì)工作，對(duì)裝備各方面性能影響起到了非常關(guān)鍵的作用。在裝備產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段，采用先進(jìn)設(shè)計(jì)手段和方法，以提高裝備性能、滿足裝備研制需求，是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。目前，各種優(yōu)化方法層出不窮，如拓?fù)鋬?yōu)化、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化和可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化等，在概念設(shè)計(jì)階段結(jié)合優(yōu)化手段開(kāi)展裝備產(chǎn)品設(shè)計(jì)，是裝備產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域一種高效可靠的途徑。針對(duì)裝備的輕量化、高性能設(shè)計(jì)需求，本書詳細(xì)介紹了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法；針對(duì)裝備設(shè)計(jì)涉及多個(gè)學(xué)科，且學(xué)科間相互耦合的特點(diǎn)，為獲取裝備整體性能最佳的設(shè)計(jì)方案，本書詳細(xì)介紹了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法；針對(duì)裝備在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)各個(gè)階段存在各種不確定性，產(chǎn)品發(fā)生故障的概率急劇增大，產(chǎn)品的可靠性亟待提高，本書詳細(xì)介紹了可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化。本書通過(guò)對(duì)上述3類優(yōu)化驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行介紹，并結(jié)合應(yīng)用案例對(duì)方法的實(shí)施流程和步驟進(jìn)行講解，希望對(duì)拓展裝備設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)能力、提升我國(guó)裝備設(shè)計(jì)水平，起到一定的推動(dòng)作用。

作者長(zhǎng)期從事優(yōu)化驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法及其工程應(yīng)用研究。2006年，依托國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973計(jì)劃”）課題，圍繞拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化和可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化開(kāi)展了系統(tǒng)的理論研究工作。上述方向后續(xù)得到了多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51675196、51825502、51675198和51705166）、國(guó)防基礎(chǔ)科研計(jì)劃項(xiàng)目（JCKY2016110C012）、裝備發(fā)展部預(yù)先研究項(xiàng)目和外協(xié)課題的資助，形成的方法與成果在航空航天、船舶、兵器、汽車等重點(diǎn)行業(yè)的骨干企業(yè)獲得成功應(yīng)用，并在國(guó)內(nèi)外期刊和會(huì)議上發(fā)表相關(guān)論文100余篇，在優(yōu)化驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法研究方向產(chǎn)生了一定影響。本書是在總結(jié)作者有關(guān)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上撰寫而成的，如對(duì)讀者在科研或工作中有所幫助，將是作者最大的欣慰。

全書共10章：第1章為緒論，介紹了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、多性設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究背景與現(xiàn)狀。第2~5章介紹了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法，闡述了基于參數(shù)化水平集的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，并按照應(yīng)用對(duì)象的構(gòu)型尺度，分別介紹了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、材料拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，以及結(jié)構(gòu)與材料一體化的多尺度拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。第6章和第7章介紹了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，重點(diǎn)討論了幾種典型的近似模型構(gòu)建方法和多學(xué)科求解策略。第8章和第9章介紹了可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，詳細(xì)講解了基于概率解析和基于近似模型的可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。第10章介紹了上述3類優(yōu)化驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用案例，包括衛(wèi)星推進(jìn)艙主承力結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、懸臂梁結(jié)構(gòu)等的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，小水線面雙體船和散貨船船型參數(shù)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化，以及蜂窩狀結(jié)構(gòu)、箱型梁結(jié)構(gòu)、彎曲梁結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化。

本書撰寫過(guò)程中，得到了眾多學(xué)者的幫助與指導(dǎo)，特別感謝李培根院士和譚建榮院士對(duì)本書提出的許多寶貴意見(jiàn)。感謝課題組許多在讀和已畢業(yè)的研究生，他們?yōu)楸緯淖珜懱峁┝撕艽蟮膸椭?。感謝中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)和清華大學(xué)出版社給予的大力支持和幫助。

本書可供從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究人員和工程師參考，也可供高等院校航空航天、力學(xué)、機(jī)械、土木等專業(yè)從事優(yōu)化設(shè)計(jì)方向的研究生使用。希望本書的出版對(duì)推動(dòng)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法的研究與應(yīng)用能起到良好的作用。

鑒于作者水平有限，書中難免有不妥之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

作者

2019年8月

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