大型飛機的系統最優化設計問題研究

項昌毅

隨著近年來對工業體系的持續投入，我國科學技術獲得了長足發展，目前已經建立了眾多世界矚目的超級工程，比如：三峽水電站以及國產大型飛機等等。所謂大型飛機一般是指起飛總重超過100 t的運輸類飛機，一直被譽為“工業化領域的皇冠”，一方面其包含電子、機械、新材料以及冶金等諸多行業；另一方面其是數百萬零部件的大集成，隨著系統復雜度的提高，相應零部件大量增加，系統穩定性卻因此而降低。

目前為了提高系統穩定性，大型飛機最常用方法是為重要分系統增加備份。因此，如何最優化飛機系統備份是一個重要又緊迫的課題。在系統最優化設計領域，許多學者作了廣泛而深入的研究[1-4]，這些研究給出了不同方法，并獲得了系統最優方案。然而，這些方法計算并不簡便，尤其在工程領域的應用受到一定限制。因此，該文提出一種基于可重構度最大化的系統優化設計，該方法計算簡單，并能根據約束條件獲得理想結果，最后將該方法用于大型飛機進行仿真計算，驗證了所提方法的有效性。

1 可重構性指標計算

重構指系統從一種構形向另一種構形的轉換，是系統生存和發展的基本手段之一?？芍貥嬓灾敢欢l件下系統完成重構的能力[5]。

從工程實際出發，當系統某部件發生故障后，優先采用硬件備份切換方式來重構系統，當系統中僅有一個獨立功能部件發生故障時，定義為一重故障。同理，重故障定義為系統同時有個獨立部件發生故障。當系統發生重故障時，如果有冗余部件完全替換故障部件并使系統工作正常，則認為該重故障是可重構的。

為了量化故障與可重構性之間的關系，該文提出可重構度的概念，作為衡量一個系統可重構性水平的指標。當系統發生重故障時，稱該可重構性指標為重可重構度。

定義1：當系統發生重故障時，系統的重可重構度定義為：

由于分系統3給出了最大的敏感因子，所以，對從1增加到2。的迭代結果由表2給出。

由表2可知，時，得到的最優解是（2，2，3，3）。相應的系統可重構度為0.9556。順便提及，當取其他值時，所得到的最優分配方案不變，但是計算過程中順序不同。

4 結語

該文針對大型飛機的最優化設計問題，提出了一種基于最大可重構度的優化計算方法，通過比較不同分系統之間的敏感因子，在敏感因子最大的分系統增加冗余，進而實現了系統可重構度最大化。最終仿真計算驗證了所提方法的有效性。該方法不僅考慮了冗余增加對于系統可重構性的影響，同時將資源消耗列入了考慮范圍，對于工程領域處理串聯系統最優化設計的問題具有一定的應用價值。

參考文獻

[1] Yang H，Jiang B，Staroswiecki M.Fault recoverability analysis of switched systems[J]. International Journal of Systems Science， 2012，43（3）：535-542.

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[3] 郭仁生.機械工程設計分析和MATLAB應用[M].北京：機械工業出版社，2014.

[5] 馬立，謝煒，劉波，等.柔性鉸鏈微定位平臺的設計[J].光學精密工程，2014（2）：338-345.

[5] 李培根，張潔.敏捷化智能制造系統的重構與控制[M].北京：機械工業出版社，2003.