一种结构噪声不确定性优化系统及方法
【专利摘要】一种结构噪声不确定性优化系统及方法，由系统框架程序和5个子模块组成，包括：结构声学特性确定性分析模块、结构声学特性不确定性分析模块、结构噪声确定性优化模块、结构噪声不确定性优化模块及后处理模块。该方法在对结构声学特性进行确定性分析、不确定性分析的基础上实现结构噪声不确定性优化设计。该方法将处理不确定性问题的优化模型和各类算法集成到系统中，为非专业人士进行结构噪声不确定性分析、优化提供了便利的工具。
【专利说明】一种结构噪声不确定性优化系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种面向不确定性问题的结构噪声优化系统及方法，属于不确定性多学科优化设计【技术领域】。
【背景技术】
[0002]不确定性多学科优化设计技术因内在数据传输的回路特性造成不确定性分析计算复杂且计算量较大，不确定性在多个学科子系统中耦合传播，使得基于不确定性多学科优化设计的实际应用成为一个具有较大挑战性的课题。
[0003]现阶段，对结构进行不确定性噪声优化设计大多通过在通用性的多学科优化设计环境中集成所需软件和算法实现。
[0004]多学科优化设计环境是指按照多学科优化设计流程，将分布在各个计算机上各学科的分析模型或优化模型集成起来的设计计算环境。实施集成有两种技术路线:(a)通过采用分布式计算技术；(b)应用商用集成软件。在多学科优化设计领域中，分布式计算主要采用CORBA和Java技术。CORBA是一个面向对象的分布式计算平台，它允许不同的程序之间可以透明地进行互操作，建立异构分布应用系统。NASA在为高速民机总体设计开发的多学科优化设计系统中采用了 CORBA技术集成各学科的分析模型，波音公司开发的MDOPT系统和欧洲开发的CDE系统也采用了 CORBA技术。Java是一个应用程序开发平台，它提供面向对象的编程语言和运行环境，其本质就是利用分布在网络中的各类对象共同完成相应的任务。Java中远程方法调用RMI使分布在网络不同地址上的两个构件之间实现互操作。Kroo等应用Java技术为飞机多学科优化设计开发了一个面向协同优化方法的多学科优化设计环境。Alzubbi等基于JavaRMI开发了虚拟飞机设计和优化框架。近来，由于商用多学科优化设计集成软件(如 iSIGHT / FIPER, Optimus, Pointer, AML, ModelCenter, DARWIN,IMAGE等)日益成熟，在构建MDO环境时越来越多地采用了商用集成软件。例如，Beam等在开发飞行器分布式分析模拟环境时采用了 ModelCenter软件集成各子系统的分析模型。Rohrschneider等在建立长航时火星飞机概念设计环境时，也采用了 ModelCenter软件来集成各子系统的分析模型。张晓萍用iSIGHT软件建立了联结翼气动/结构一体化设计环境。
[0005]采用通用性的多学科优化设计环境进行不确定性分析、优化的方式往往只适用于所研究的特定问题，对于其他问题又要重新集成。从目前应用角度来看，该方法适合于理论研究，而难以用于工程应用。在考虑不确定性因素的多学科优化方面，尚没有成熟实用的软件可供选择，更没有专业进行不确定性分析的相关软件集成平台，因此对不确定性多学科优化设计技术实用化产生了不利的影响。
【发明内容】
[0006]本发明的技术解决问题:为了克服目前结构噪声不确定性优化方法难以适用于工程应用的不足，提供一种结构噪声不确定性优化系统及方法，实用、可靠，具有处理各类结构噪声不确定性优化设计问题的能力，用户不必自行对各类算法、软件进行集成就可轻松完成不确定性设计优化的工作，有助于促进不确定性优化设计技术在实际工程方面的应用。
[0007]本发明技术解决方案:一种结构噪声不确定性优化系统，包括:结构声学特性确定性分析模块、结构噪声确定性优化模块、结构声学特性不确定性分析模块、结构噪声不确定性优化模块、后处理模块及用于集成上述模块的系统框架程序，其中:
[0008]结构声学特性确定性分析模块:用于实现结构声学特性确定性计算、分析的功能；从输入参数文件中解析各参数值，将参数值写入数值计算模型文件；调用声学计算软件，对数值计算模型文件进行求解计算，得到计算结果文件；从结果文件中解析出所需响应值，包括设计域声压、结构辐射总声能，写入输出响应文件；
[0009]结构噪声确定性优化模块:用于实现结构噪声确定性优化设计的功能；判断确定性优化配置文件是否存在，如不存在则由确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数和输出响应，如果存在则由配置文件解析，供用户进行优化设置；将用户对优化模型的设置结果，写入优化配置文件中；解析不确定性优化配置文件中的数据传入优化软件模板文件，调用优化软件对修改后的模板文件进行计算，优化结束，保存优化结果和过程数据；
[0010]结构声学特性不确定性分析模块:用于进行结构声学特性不确定性分析，包括不确定性传播和指标计算两个部分；不确定性传播实现为:判断是否存在不确定性分析的输入文件，如果存在从该文件中解析出各项输入参数，如果不存在从确定性分析的输入参数文件中解析出各项输入参数，供用户进行选择和设置；根据用户对不确定性量化和不确定性传播的设置，调用相应不确定性传播算法生成若干输入参数的样本点，并多次调用确定性分析模块，得到相应的若干输出响应样本点；调用相应不确定性算法，由若干响应样本点计算出响应的不确定性分析结果；指标计算实现为:判断配置文件及其中的不确定响应分析数据是否存在；由配置文件读取响应的不确定性分析结果；调用相应指标计算算法，得到响应的可靠性或鲁棒性计算结果；将计算结果写入输出文件和配置文件；
[0011]结构噪声不确定性优化模块:用于实现结构噪声不确定性优化设计的功能；判断不确定性优化配置文件是否存在，如不存在则由不确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数、输出响应和不确定性指标，存在则由配置文件解析，供用户进行优化设置；将用户对优化模型的设置结果，写入优化配置文件中；解析不确定性优化配置文件中的数据传入优化软件模板文件；调用优化软件对修改后的模板文件进行计算，优化结束，保存优化结果和过程数据；
[0012]后处理模块:此模块用于将优化迭代过程中的设计参数、优化变量、目标函数值、灵敏度、稳健性物理量的变化历程展示出来，并以图片格式输出；从过程数据文件中读取各物理量在优化过程中每一步迭代的数值，以表格形式显示在界面上；根据用户的选择和设置，获取相应某个物理量优化过程数据，以曲线图或折线图的形式显示；如果需要保存则将显示出的曲线图或折线图导出为图片格式；
[0013]系统框架程序:用于实现各子模块的集成和数据的传递与管理，主要功能包括对结构噪声不确定性优化设计工程的建立、打开操作，以及对各子模块的调用；建立结构噪声不确定性优化设计工程，根据用户输入的路径和工程名称，在路径下建立以工程名称命名的文件夹；在文件夹中建立与结构声学特性确定性分析、结构声学不确定性分析、结构噪声确定性优化、结构噪声不确定性优化四个模块对应的文件夹；将各模块运行所需文件的模板拷贝到对应文件夹下，并对文件中的参数进行初始化；各子模块的调用时，获取工程文件夹所在路径，和优化系统所在路径，从而获得模块调用所需路径；由调用模块执行程序路径、模块调用所需的文件或文件夹路径及命令参数，生成命令行，用命令行方式调用模块。
[0014]所述结构声学特性确定性分析模块实现过程:
[0015](I)从输入参数文件中解析各参数值，其中输入参数文件，最初在单独运行此模块时由用户对输入参数的选择和设置生成，当此模块被不确定性分析模块或确定性优化模块调用时，不确定性分析模块或确定性优化模块将按需要对文件中的数据进行修改；
[0016](2)将参数值写入到输入文件模板的相应位置，生成数值计算模型文件；
[0017](3)调用声学计算软件，对数值计算模型文件进行求解计算，得到计算结果文件；
[0018](4)根据各输出响应的定位信息，从结果文件中解析出所需各项响应值，响应值在结果文件的定位信息，由用户对输出响应进行选择、定义操作时获取并存储；
[0019](5)将解析出的各响应数值写入输出响应文件。
[0020]所述结构噪声确定性优化模块实现过程:
[0021](I)判断确定性优化配置文件是否存在。如果存在，则对配置文件内容进行解析和显示，如果不存在，由确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数和输出响应并显示，供用户进行优化设置；
[0022](2)用户在界面上设置优化模型，包括选择优化变量，设置目标函数和约束条件，选择优化算法并对参数进行设置；
[0023](3)将用户对优化模型的设置结果，保存到优化配置文件中；
[0024](4)执行优化，调用优化软件集成程序，将所需的信息，包括优化文件夹路径传递给该程序；
[0025](5)通过API将从优化配置文件中读取的优化模型信息传入优化软件模板文件中；
[0026](6)调用优化设计软件，对修改后的模板文件进行优化计算，计算过程中将调用确定性分析模块计算输出响应；
[0027](7)优化计算运行结束后，将优化结果信息导出保存到工程路径下，并向优化模块程序发送消息；
[0028](8)程序读取优化结果信息并显示在界面上，将结果保存到优化配置文件中，将过程数据保存至过程数据文件。
[0029]所述结构声学不确定性分析模块中的不确定性算法均采用MATLAB与C++语言混合编程的方法集成到软件模块中，具体实现过程如下:
[0030]不确定性传播部分:
[0031](I)判断是否存在不确定性分析的输入文件，如存在从该文件中解析出各项输入参数并显示；如不存在，则从确定性分析的输入参数文件中解析出各项输入参数并显示，创建配置文件和输入文件；
[0032](2)用户从输入参数中选择不确定性参数和不确定参数的类型，输入描述参数值；选择不确定性传播算法类型；
[0033](3)将用户选择的不确定性参数、对应的不确定性类型和描述参数值保存到配置文件；
[0034](4)根据用户对不确定性传播的设置，执行所选择的不确定性传播算法A将所选择的不确定性参数处理成若干组样本点，样本数值写入配置文件并显示；
[0035](5)将一组样本点的数值和从输入文件中读取的确定输入参数值，写入确定性分析输入参数文件中相应的参数位置；
[0036](6)调用确定性分析程序，得到该组样本点的计算结果，从确定性分析的输出响应文件中读取各响应的数值，显示在界面上并且存入不确定性分析文件夹的配置文件中；
[0037](7)循环执行(5)和(6)直到对所有样本点都执行过确定性分析；
[0038](8)读取分析文件中的若干组响应样本点，通过不确定性传播算法B对样本点进行计算，得到响应的不确定性分析结果，将数据保存至配置文件；
[0039]指标计算部分:
[0040](I)判断配置文件及其中的不确定响应分析数据是否存在，如果存在，继续。
[0041](2)如果配置文件中可靠性&鲁棒性指标分析的数据存在，则从配置文件中读取可靠性&鲁棒性指标界面的数据并显示在界面上；若不存在，则从配置文件中的读取不确定性响应分析的数据，并显示在界面中；
[0042](3)根据用户的设置和配置文件中的数据，调用相应的指标计算方法，将计算结果显示在界面上；
[0043](4)将指标数据保存到配直文件中，冋时将不确定响应的指标和最后一组确定响应值保存到输出文件中。
[0044]所述结构噪声不确定性优化模块实现过程:
[0045]( I)判断不确定性优化配置文件是否存在。如果存在，则对配置文件内容进行解析和显示，如果不存在，由不确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数、输出响应和不确定性指标并显示，供用户进行优化设置；
[0046](2)用户在界面上设置优化模型，包括选择优化变量，设置目标函数和约束条件，选择优化算法并对参数进行设置；
[0047](3)将用户对优化模型的设置结果，保存到优化配置文件中；
[0048](4)执行优化，调用优化软件集成程序，将所需的信息包括优化文件夹路径传递给该程序；
[0049](5)通过API将从优化配置文件中读取的优化模型信息传入优化软件模板文件中；
[0050](6)调用优化设计软件，对修改后的模板文件进行优化计算，计算过程将调用不确定性分析模块计算输出响应和不确定性指标；
[0051](7)优化计算运行结束后，将优化结果信息导出保存到工程路径下，并向优化模块程序发送消息；
[0052](8)程序读取优化结果信息并显示在界面上，将结果保存到优化配置文件中，将过程数据保存至过程数据文件。
[0053]所述系统框架程序与各模块之间的数据传递均采用读写XML文件的方式，其实现方法如下:
[0054]建立结构噪声不确定性优化设计工程:[0055](I)根据用户输入的路径和工程名称，在路径下建立以工程名称命名的文件夹；
[0056](2)在文件夹中建立与结构声学特性确定性分析、结构声学不确定性分析、结构噪声确定性优化、结构噪声不确定性优化四个模块对应的文件夹；
[0057](3)将各模块运行所需文件的模板拷贝到对应文件夹下，并对文件中的参数进行初始化；
[0058]各子模块的调用:
[0059]( I)获取当前工程所在文件夹路径和优化系统所在路径；
[0060](2)当前工程所在文件夹路径，加上当前调用模块对应文件夹的名称，就可获得模块调用所需的文件夹路径，如所需的是某个文件的路径，加上该文件名即可；
[0061](3)优化系统所在路径加上其中调用模块的位置，获得该模块执行程序路径；
[0062](4)由调用模块执行程序路径、模块调用所需的文件或文件夹路径及命令参数，生成命令行；
[0063](5)用命令行方式调用模块。
[0064]—种结构噪声不确定性优化方法，其实现步骤如下:
[0065]( I)系统框架程序根据用户的设置建立结构噪声不确定性优化设计工程，在指定路径下建立工程文件夹，并在该文件夹下建立四个与结构声学特性确定性分析、结构噪声确定性优化、结构声学特性不确定性分析、结构噪声不确定性优化四个模块对应的文件夹，将每个模块使用时必备的文件拷贝至相应位置，并对文件中的各项参数进行初始化，以备优化过程中各模块的运行；
[0066](2)由用户在结构声学特性确定性分析模块中选择结构初始模型的数值计算模型文件、及计算结果文件，并从中选择输入参数和输出响应；根据用户的选择和设置生成该模块对应的输入参数文件和输出响应文件，其中存储各参数、响应的名称、数值、定位信息，以备后续步骤进行数值的读取、解析和修改操作，根据用户的设置生成调用声学预测软件的批处理文件，用于调用软件进行结构声学特性计算，进行结构声学特性计算时结构声学特性确定性分析模块将输入参数文件中的各项参数值写入数值计算模型文件的相应位置，调用声学预测软件，生成计算结果文件，根据输出响应的定位信息，读取出各响应值显示并存储在输出响应文件；
[0067](3)用户在结构噪声确定性优化模块中对确定性优化的优化变量、目标函数、约束条件进行定义，对优化算法进行选择和设置。根据用户设置将优化模型的设置信息存储至确定性优化配置文件。执行优化时，将确定性优化配置文件中的信息传递到优化软件模板文件中，生成新的优化文件，该文件中包括整个优化模型，调用优化软件对优化模型进行计算，计算过程包括若干次迭代，第一次迭代过程为:将各优化变量初始值写入确定性分析输入参数文件；调用结构声学特性确定性分析模块，得到对应的输出响应文件，从文件中解析输出响应值，传递到优化软件，由优化算法计算出下一次迭代的各优化变量值，其后的迭代过程为:将此次迭代的各优化变量值写入确定性分析输入参数文件；调用结构声学特性确定性分析模块，得到对应的输出响应文件，从文件中解析输出响应值，传递到优化软件；判断目标是否收敛、是否满足约束条件，若满足则优化结束，输出优化结果和过程数据，否则由优化算法计算出下一次迭代的各优化变量值，进行下一次迭代；
[0068](4)用户在结构声学特性不确定性分析模块中进行不确定性参数的选择、设置以及传播算法的设置。根据用户的设置，一部分输入参数为不确定参数，这些参数通过不确定性传播算法可得到若干组样本点，将每一组样本点中的各项参数值写入确定性分析输入参数文件，调用结构声学特性确定性分析模块，得到对应的输出响应文件，从文件中解析输出响应值，得到对应的一组响应值。计算完全部样本点后得到若干组响应样本点，经过不确定性传播算法计算得到输出响应的不确定性分析结果，由响应的不确定性分析结果，根据用户设置调用指定的指标计算算法，计算出所选响应的指标值，将指标值和其他响应值存入不确定性分析的输出文件；
[0069](5)用户在结构噪声不确定性优化模块中对不确定性优化的优化变量、目标函数、约束条件进行定义，对优化算法进行选择和设置。根据用户设置将优化模型的设置信息存储至不确定性优化配置文件。执行优化时，将不确定性优化配置文件中的信息传递到优化软件模板文件中，生成新的优化文件，该文件中包括整个优化模型，调用优化软件对优化模型进行计算，计算过程包括若干次迭代，第一次迭代过程为:将各优化变量初始值写入不确定性分析的输入文件；调用结构声学特性不确定性分析模块，得到对应的输出文件，从文件中解析输出响应值和指标数值，传递到优化软件，由优化算法计算出下一次迭代的各优化变量值，其后的迭代过程为:将此次迭代的各优化变量值写入不确定性分析输出参数文件；调用结构声学特性不确定性分析模块，得到对应的输出文件，从文件中解析各输出响应值和指标数值，传递到优化软件；判断目标是否收敛、是否满足约束条件，如果满足则优化结束，输出优化结果和过程数据，否则由优化算法计算出下一次迭代的各优化变量值，进行下一次迭代；
[0070](6)步骤(3)或(5)中的优化结束后，由后处理模块读取过程数据，并以表格形式将所有数据显示出来，根据用户的选择和设置，将某一物理量的变化过程以折线图或曲线图的方式显示；如果用户选择保存图片，后处理模块将该图按图片格式导出。
[0071]本发明与现有技术相比的优点在于:由于本发明将处理不确定性问题的各类算法集成到系统之中，同时系统中包含通用的优化模型，与现有不确定性优化方法相比，进行优化时不需要重新建立优化模型、对算法进行编写、集成，只需对优化模型进行设置、对算法进行选择即可，为那些对不确定性优化理论和方法缺乏深入了解的工程人员进行结构噪声不确定性分析、优化提供了一种便利的工具，适用于工程应用。由于该系统各模块之间相对独立，每个模块都有各自独立的输入、输出文件，便于修改和维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0072]图1为本发明的系统架构图；
[0073]图2为本发明中的结构声学特性确定性分析模块实现过程；
[0074]图3为本发明中的结构声学特性不确定性分析模块实现过程；
[0075]图4为本发明中的结构噪声确定性优化模块和结构噪声不确定性优化模块中集成优化软件执行优化的实现过程；
[0076]图5为本发明中的结构噪声确定性优化模块实现过程；
[0077]图6为本发明中的结构噪声不确定性优化模块实现过程；
[0078]图7为本发明中的后处理模块实现过程。【具体实施方式】
[0079]如图1所示的系统构架图可知，本发明结构噪声不确定性优化系统及方法，由结构声学特性确定性分析模块、结构噪声确定性优化模块、结构声学特性不确定性分析模块、结构噪声不确定性优化模块、后处理模块及用于集成上述模块的系统框架程序组成。整体实现过程如下:
[0080](一)结构声学特性确定性分析模块:用于实现结构声学特性确定性计算、分析的功能；从输入参数文件中解析各参数值，将参数值写入数值计算模型文件；调用声学计算软件，对数值计算模型文件进行求解计算，得到计算结果文件；从结果文件中解析出所需响应值，包括设计域声压、结构辐射总声能，写入输出响应文件；
[0081](二)结构噪声确定性优化模块:用于实现结构噪声确定性优化设计的功能；判断确定性优化配置文件是否存在，如不存在则由确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数和输出响应，如果存在则由配置文件解析，供用户进行优化设置；将用户对优化模型的设置结果，写入优化配置文件中；解析不确定性优化配置文件中的数据传入优化软件模板文件，调用优化软件对修改后的模板文件进行计算，优化结束，保存优化结果和过程数据；
[0082](三)结构声学特性不确定性分析模块:用于进行结构声学特性不确定性分析，包括不确定性传播和指标计算两个部分；不确定性传播实现为:判断是否存在不确定性分析的输入文件，如果存在从该文件中解析出各项输入参数，如果不存在从确定性分析的输入参数文件中解析出各项输入参数，供用户进行选择和设置；根据用户对不确定性量化和不确定性传播的设置，调用相应不确定性传播算法生成若干输入参数的样本点，并多次调用确定性分析模块，得到相应的若干输出响应样本点；调用相应不确定性算法，由若干响应样本点计算出响应的不确定性分析结果；指标计算实现为:判断配置文件及其中的不确定响应分析数据是否存在；由配置文件读取响应的不确定性分析结果；调用相应指标计算算法，得到响应的可靠性或鲁棒性计算结果；将计算结果写入输出文件和配置文件；
[0083](四)结构噪声不确定性优化模块:用于实现结构噪声不确定性优化设计的功能；判断不确定性优化配置文件是否存在，如不存在则由不确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数、输出响应和不确定性指标，存在则由配置文件解析，供用户进行优化设置；将用户对优化模型的设置结果，写入优化配置文件中；解析不确定性优化配置文件中的数据传入优化软件模板文件；调用优化软件对修改后的模板文件进行计算，优化结束，保存优化结果和过程数据；
[0084](五)后处理模块:此模块用于将优化迭代过程中的设计参数、优化变量、目标函数值、灵敏度、稳健性物理量的变化历程展示出来，并以图片格式输出；从过程数据文件中读取各物理量在优化过程中每一步迭代的数值，以表格形式显示在界面上；根据用户的选择和设置，获取相应某个物理量优化过程数据，以曲线图或折线图的形式显示；如果需要保存则将显示出的曲线图或折线图导出为图片格式；
[0085](六)系统框架程序:用于实现各子模块的集成和数据的传递与管理，主要功能包括对结构噪声不确定性优化设计工程的建立、打开操作，以及对各子模块的调用；建立结构噪声不确定性优化设计工程，根据用户输入的路径和工程名称，在路径下建立以工程名称命名的文件夹；在文件夹中建立与结构声学特性确定性分析、结构声学不确定性分析、结构噪声确定性优化、结构噪声不确定性优化四个模块对应的文件夹；将各模块运行所需文件的模板拷贝到对应文件夹下，并对文件中的参数进行初始化；各子模块的调用时，获取工程文件夹所在路径，和优化系统所在路径，从而获得模块调用所需路径；由调用模块执行程序路径、模块调用所需的文件或文件夹路径及命令参数，生成命令行，用命令行方式调用模块。
[0086]上述各模块的实现过程如下:
[0087]1.结构声学特性确定性分析模块实现方法
[0088]该模块的实现过程如图2所示:
[0089](I)从输入参数文件中解析各参数值。关于输入参数文件，在最初运行该模块时需要执行如下步骤:把用户选择的输入模板文件拷贝到工程文件夹中的确定性分析文件夹中；根据用户选择的输入参数，将所有输入参数的序号、名称、数值、定位信息统一存入确定性分析的输入参数文件中，用户可对参数进行直接修改。
[0090](2)将输入参数文件中的参数值写入模板文件的相应位置，生成求解程序所需的输入文件。
[0091](3)运行批处理文件，调用求解程序对输入文件进行计算，生成计算结果文件。其中批处理文件的生成:模块最初运行时根据用户选择的求解程序，得到调用该程序所需的批处理文件，用户可根据需要更换求解程序，重新生成批处理文件。
[0092](4)将计算结果即输出文件，按照各输出响应在模板中的定位信息读取对应位置的数值，进而获得输出响应，对于通过其它参数计算得到的响应，则根据表达式，代入参数值进行计算，获得响应值。关于响应值获取所需的信息，在最初运行该模块时需执行如下步骤:把用户选择的输出模板文件拷贝到工程文件夹中的确定性分析文件夹中；根据用户选择的输出响应以及通过自定义函数定义的响应，将所有响应的序号、名称、数值、定位信息统一存入确定性分析的输出响应文件中，如果是通过自定义函数定义的输出响应，存储时还包括计算该响应的表达式。
[0093](5)将所有响应值写入输出响应文件。读取输入参数文件和输出响应文件中的各项数据实现输入/输出数据的显示。
[0094]2.结构声学特性不确定性分析模块的实现
[0095]该模块实现大致过程如图3所示，其中的不确定性算法均采用MATLAB与C++语言混合编程的方法集成到软件模块中，该模块包括不确定性传播和指标计算两部分，具体实现过程如下:
[0096]不确定性传播部分:
[0097](I)搜索不确定性分析文件夹中是否存在输入文件，有的话从中读取参数并显示；如果没有，则从确定性分析文件夹中拷贝过来，然后读取显示，创建配置文件和输入文件。
[0098](2)用户从输入参数中选择不确定性参数和不确定参数的类型，输入描述参数值，并选择不确定性传播算法类型。
[0099](3)将用户选择的不确定性参数、对应的不确定性类型和描述参数值保存到配置文件。
[0100](4)不确定性传播完成设置，用户点击运行后，执行所选择的算法A将所选择的不确定性参数处理成若干组样本点，样本数值写入配置文件。[0101](5)结构响应计算显示输入参数样本，在用户点击运行后执行后续步骤。
[0102](6)将一组样本点的数值和从输入文件中读取的确定输入参数值，写入确定性分析输入参数文件。
[0103](7)调用确定性分析程序，得到该组样本点的计算结果，从确定性分析的输出响应文件中读取各响应的数值，显示在界面上并且存入不确定性分析文件夹的配置文件中。
[0104](8)循环执行(6)和(7)直到对所有样本点都执行过确定性分析。
[0105](9)读取配置文件中的若干组响应数据通过不确定性传播算法B进行计算，得到输出响应的不确定性分析结果数据，点保存将数据保存至配置文件。
[0106]指标计算部分:
[0107]( I)判断配置文件是否存在，如果不存在，显示错误提示，关闭界面；如果存在，继续。判断配置文件中不确定响应分析数据是否存在。如果不存在，显示错误提示，关闭界面；如果存在，继续。
[0108](2)如果配置文件中可靠性&鲁棒性指标计算的数据存在，则从配置文件中读取可靠性&鲁棒性指标计算的数据并显示在界面上。若不存在，则从配置文件中读取不确定性响应分析的数据，并显示在界面中。
[0109](3)由用户选择算法，或更改计算参数，根据用户的设置和配置文件中的数据，调用相应的指标计算方法，将计算结果显示在界面上。
[0110](4)将指标数据保存到配直文件中，冋时将不确定响应的指标和最后一组确定响应值保存到输出文件中。
[0111]3.结构噪声确定性优化模块与不确定性优化模块的实现
[0112]结构噪声确定性优化模块与不确定性优化模块执行优化的过程如图4所示:
[0113](I)判断是否存在配置文件。如果存在，读取优化配置文件内容在界面上显示；如果不存在，读取输入参数文件信息，并在界面显示。
[0114](2)用户在界面上设置优化模型，包括选择优化变量，设置目标函数和约束条件，选择优化算法并对参数进行设置等。
[0115](3)将优化模型信息保存到优化配置文件中。
[0116](4)执行优化。调用优化软件集成程序，将所需的信息包括优化文件夹路径，传递给该程序。
[0117](5)通过API将从优化配置文件中读取的优化模型信息传入优化软件模板文件中。
[0118](6)调用优化设计软件，对修改后的模板文件进行优化计算。优化计算运行结束后，将优化结果信息导出保存到工程路径下，并向优化模块程序发送消息。
[0119](7)程序读取优化结果信息、显示在界面上，并将结果保存到优化配置文件中。
[0120]对于结构噪声的确定性优化和不确定性优化，执行优化实现的方式都如上文所示，基本类似，区别只在于执行优化时，确定性优化调用确定性分析模块的执行程序，不确定性优化则调用不确定性分析模块的执行程序。
[0121]确定性优化模块的实现过程如图5所示，执行优化步骤如下:
[0122](I)将用户设置的输入参数初始值数据写入确定性分析的输入文件。执行确定性分析，得到计算结果即输出文件，由输出文件中解析出相应数据。[0123](2)由优化算法计算出下一个的迭代点。
[0124](3)将下一个迭代点的数据写入确定性分析的输入文件，执行确定性分析，得到输出文件，由输出文件中解析出相应数据。判断数值是否满足约束，目标是否收敛，若满足约束、目标收敛则输出优化结果，否则计算出下一个迭代点，执行此步至优化结束。
[0125]不确定性优化模块的实现过程如图6所示，执行优化步骤如下:
[0126](I)将用户设置的输入参数初始值数据写入不确定性分析的输入文件。依据在不确定性分析模块中进行的设置，执行不确定性传播流程，得到各响应的不确定性描述参数，进行指标计算，得到指标数值，生成包括响应值和指标数值的输出文件。由输出文件中解析出相应数据。
[0127](2)由优化算法计算出下一个的迭代点。
[0128](3)将下一个迭代点的数据写入不确定性分析的输入文件，执行不确定性分析，得到输出文件，由输出文件中解析出相应数据。判断数值是否满足约束，目标是否收敛，若满足约束、目标收敛则输出优化结果，否则计算出下一个迭代点，执行此步至优化结束。
[0129]4.后处理模块的实现
[0130]由图5和图6可见，结构噪声确定性优化模块和结构噪声不确定性优化模块，在优化过程中，都有过程数据显示功能，此部分功能由后处理模块实现。实现步骤如下:
[0131](I)读取过程数据文件并以表格形式显示在界面上。其中的过程数据文件在优化文件夹(确定性优化为确定性优化文件夹，不确定性优化为不确定性优化文件夹)下，执行优化时由优化模块将优化过程中每一步的优化变量、目标函数、约束的数据存入该文件中，该文件为Excel文件，数据以表格形式存储。
[0132](2)由用户选择需要查看的优化变量、目标函数或约束条件，将用户所选择变量的变化历程以折线图或曲线图的形式显示在界面上。
[0133](3)如果用户选择对生成图形进行保存，根据用户的选择和设置，将生成的曲线图或折线图以图片格式保存至指定位置。
[0134]5.系统框架程序的实现
[0135]系统框架程序主要包括结构噪声不确定性优化设计工程的建立、各子模块的调用等功能，该程序与各模块之间的数据传递均采用读写XML文件的方式，实现方法如下:
[0136]建立结构噪声不确定性优化设计工程:
[0137](I)根据用户输入的路径和工程名称，在路径下建立以工程名称命名的文件夹。
[0138](2)在文件夹中建立与结构声学特性确定性分析、结构声学不确定性分析、结构噪声确定性优化、结构噪声不确定性优化四个模块对应的文件夹；
[0139](3)将各模块运行所需文件的模板拷贝到对应文件夹下，并对文件中的参数进行初始化；
[0140]各子模块的调用:
[0141](I)获取当前工程所在文件夹路径和优化系统所在路径；
[0142](2)当前工程所在文件夹路径，加上当前调用模块对应文件夹的名称，就可获得模块调用所需的文件夹路径，如所需的是某个文件的路径，加上该文件名即可；
[0143](3)优化系统所在路径加上其中调用模块的位置，获得该模块执行程序路径；
[0144](4)由调用模块执行程序路径、模块调用所需的文件或文件夹路径及命令参数，生成命令行；
[0145](5)用命令行方式调用模块。
[0146]本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
[0147]以上所述，仅为本发明部分【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种结构噪声不确定性优化系统，其特征在于包括:结构声学特性确定性分析模块、结构噪声确定性优化模块、结构声学特性不确定性分析模块、结构噪声不确定性优化模块、后处理模块及用于集成上述模块的系统框架程序；其中: 结构声学特性确定性分析模块:用于实现结构声学特性确定性计算、分析的功能；从输入参数文件中解析各参数值，将参数值写入数值计算模型文件；调用声学计算软件，对数值计算模型文件进行求解计算，得到计算结果文件；从结果文件中解析出所需响应值，包括设计域声压、结构辐射总声能，写入输出响应文件； 结构噪声确定性优化模块:用于实现结构噪声确定性优化设计的功能；判断确定性优化配置文件是否存在，如不存在则由确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数和输出响应，如果存在则由配置文件解析，供用户进行优化设置；将用户对优化模型的设置结果，写入优化配置文件中；解析不确定性优化配置文件中的数据传入优化软件模板文件，调用优化软件对修改后的模板文件进行计算，优化结束，保存优化结果和过程数据； 结构声学特性不确定性分析模块:用于进行结构声学特性不确定性分析，包括不确定性传播和指标计算两个部分；不确定性传播实现为:判断是否存在不确定性分析的输入文件，如果存在从该文件中解析出各项输入参数，如果不存在从确定性分析的输入参数文件中解析出各项输入参数，供用户进行选择和设置；根据用户对不确定性量化和不确定性传播的设置，调用相应不确定性传播算法生成若干输入参数的样本点，并多次调用确定性分析模块，得到相应的若干输出响应样本点；调用相应不确定性算法，由若干响应样本点计算出响应的不确定性分析结果；指标计算实现为:判断配置文件及其中的不确定响应分析数据是否存在；由配置文件读取响应的不确定性分析结果；调用相应指标计算算法，得到响应的可靠性或鲁棒性计算结果；将计算结果写入输出文件和配置文件； 结构噪声不确定性优化模块:用于实现结构噪声不确定性优化设计的功能；判断不确定性优化配置文件是否存在，如不存在则由不确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数、输出响应和不确定性指标，存在则由配置文件解析，供用户进行优化设置；将用户对优化模型的设置结果，写入优化配置文件中；解析不确定性优化配置文件中的数据传入优化软件模板文件；调用优化软件对修改后的模板文件进行计算，优化结束，保存优化结果和过程数据； 后处理模块:此模块用于将优化迭代过程中的设计参数、优化变量、目标函数值、灵敏度、稳健性物理量的变化历程展示出来，并以图片格式输出；从过程数据文件中读取各物理量在优化过程中每一步迭代的数值，以表格形式显示在界面上；根据用户的选择和设置，获取相应某个物理量优化过程数据，以曲线图或折线图的形式显示；如果需要保存则将显示出的曲线图或折线图导出为图片格式； 系统框架程序:用于实现各子模块的集成和数据的传递与管理，主要功能包括对结构噪声不确定性优化设计工程的建立、打开操作，以及对各子模块的调用；建立结构噪声不确定性优化设计工程，根据用户输入的路径和工程名称，在路径下建立以工程名称命名的文件夹；在文件夹中建立与结构声学特性确定性分析、结构声学不确定性分析、结构噪声确定性优化、结构噪声不确定性优化四个模块对应的文件夹；将各模块运行所需文件的模板拷贝到对应文件夹下，并对文件中的参数进行初始化；各子模块的调用时，获取工程文件夹所在路径，和优化系统所在路径，从而获得模块调用所需路径；由调用模块执行程序路径、模块调用所需的文件或文件夹路径及命令参数，生成命令行，用命令行方式调用模块。
2.根据权利要求1所述的一种结构噪声不确定性优化系统，其特征在于:所述结构声学特性确定性分析模块实现过程: (1)从输入参数文件中解析各参数值，其中输出参数文件，最初在单独运行此模块时由用户对输入参数的选择和设置生成，当此模块被不确定性分析模块或确定性优化模块调用时，不确定性分析模块或确定性优化模块将按需要对文件中的数据进行修改； (2)将参数值写入到输入文件模板的相应位置，生成数值计算模型文件； (3)调用声学计算软件，对数值计算模型文件进行求解计算，得到计算结果文件； (4)根据各输出响应的定位信息，从结果文件中解析出所需各项响应值，响应值在结果文件的定位信息，由用户对输出响应进行选择、定义操作时获取并存储； (5)将解析出的各响应数值写入输出响应文件。
3.根据权利要求1中所述的一种结构噪声不确定性优化系统，其特征在于:所述结构噪声确定性优化模块实现过程: (1)判断确定性优化配置文件是否存在。如果存在，则对配置文件内容进行解析和显示，如果不存在，由确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数和输出响应并显示，供用户进行优化设置； (2)用户在界面上设置优化模型，包括选择优化变量，设置目标函数和约束条件，选择优化算法并对参数进行设置； (3)将用户对优化模型的设置结果，保存到优化配置文件中； (4)执行优化，调用优化软件集成程序，将所需的信息，包括优化文件夹路径传递给该程序； (5)通过API将从优化配置文件中读取的优化模型信息传入优化软件模板文件中； (6)调用优化设计软件，对修改后的模板文件进行优化计算，计算过程中将调用确定性分析模块计算输出响应； (7)优化计算运行结束后，将优化结果信息导出保存到工程路径下，并向优化模块程序发送消息； (8)程序读取优化结果信息并显示在界面上，将结果保存到优化配置文件中，将过程数据保存至过程数据文件。
4.根据权利要求1所述的一种结构噪声不确定性优化系统，其特征在于:所述结构声学不确定性分析模块中的不确定性算法均采用MATLAB与C++语言混合编程的方法集成到软件模块中，具体实现过程如下: 不确定性传播部分: (1)判断是否存在不确定性分析的输入文件，如存在从该文件中解析出各项输入参数并显示；如不存在，则从确定性分析的输入参数文件中解析出各项输入参数并显示，创建配置文件和输入文件； (2)用户从输入参数中选择不确定性参数和不确定参数的类型，输入描述参数值；选择不确定性传播算法类型； (3)将用户选择的不确定性参数、对应的不确定性类型和描述参数值保存到配置文件；(4)根据用户对不确定性传播的设置，执行所选择的不确定性传播算法A将所选择的不确定性参数处理成若干组样本点，样本数值写入配置文件并显示； (5)将一组样本点的数值和从输入文件中读取的确定输入参数值，写入确定性分析输入参数文件中相应的参数位置； (6)调用确定性分析程序，得到该组样本点的计算结果，从确定性分析的输出响应文件中读取各响应的数值，显示在界面上并且存入不确定性分析文件夹的配置文件中； (7)循环执行(5)和(6)直到对所有样本点都执行过确定性分析； (8)读取配置文件中的若干组响应样本点，通过不确定性传播算法B对样本点进行计算，得到响应的不确定性分析结果，将数据保存至配置文件； 指标计算部分: (1)判断配置文件及其中的不确定响应分析数据是否存在，如果存在，继续； (2)如果配置文件中可靠性&鲁棒性指标分析的数据存在，则从配置文件中读取可靠性&鲁棒性指标界面的数据并显示在界面上；若不存在，则从配置文件中的读取不确定性响应分析的数据，并显示在界面中； (3)根据用户的设置和配置文件中的数据，调用相应的指标计算方法，将计算结果显示在界面上； (4)将指标数据保存到配置文件中，同时将不确定响应的指标和最后一组确定响应值保存到输出文件中。
5.根据权利要求1中所述的 一种结构噪声不确定性优化系统，其特征在于:所述结构噪声不确定性优化模块实现过程: (1)判断不确定性优化配置文件是否存在。如果存在，则对配置文件内容进行解析和显示，如果不存在，由不确定性分析模块的输入、输出文件解析出输入参数、输出响应和不确定性指标并显示，供用户进行优化设置； (2)用户在界面上设置优化模型，包括选择优化变量，设置目标函数和约束条件，选择优化算法并对参数进行设置； (3)将用户对优化模型的设置结果，保存到优化配置文件中； (4)执行优化，调用优化软件集成程序，将所需的信息包括优化文件夹路径传递给该程序; (5)通过API将从优化配置文件中读取的优化模型信息传入优化软件模板文件中； (6)调用优化设计软件，对修改后的模板文件进行优化计算，计算过程将调用不确定性分析模块计算输出响应和不确定性指标； (7)优化计算运行结束后，将优化结果信息导出保存到工程路径下，并向优化模块程序发送消息； (8)程序读取优化结果信息并显示在界面上，将结果保存到优化配置文件中，将过程数据保存至过程数据文件。
6.根据权利要求1中所述的一种结构噪声不确定性优化系统，其特征在于:所述系统框架程序与各模块之间的数据传递均采用读写XML文件的方式，实现方法如下: 建立结构噪声不确定性优化设计工程: (I)根据用户输入的路径和工程名称，在路径下建立以工程名称命名的文件夹；(2)在文件夹中建立与结构声学特性确定性分析、结构声学不确定性分析、结构噪声确定性优化、结构噪声不确定性优化四个模块对应的文件夹； (3)将各模块运行所需文件的模板拷贝到对应文件夹下，并对文件中的参数进行初始化； 各子模块的调用: (1)获取当前工程所在文件夹路径和优化系统所在路径； (2)当前工程所在文件夹路径，加上当前调用模块对应文件夹的名称，就可获得模块调用所需的文件夹路径，如所需的是某个文件的路径，加上该文件名即可； (3)优化系统所在路径加上其中调用模块的位置，获得该模块执行程序路径； (4)由调用模块执行程序路径、模块调用所需的文件或文件夹路径及命令参数，生成命令行； (5)用命令行方式调用模块。
7.—种结构噪声不确定性优化方法，其特征在于实现步骤如下: (1)系统框架程序根据用户的设置建立结构噪声不确定性优化设计工程，在指定路径下建立工程文件夹，并在该文件夹下建立四个与结构声学特性确定性分析、结构噪声确定性优化、结构声学特性不确定性分析、结构噪声不确定性优化四个模块对应的文件夹，将每个模块使用时必备的文件拷贝至相应位置，并对文件中的各项参数进行初始化，以备优化过程中各模块的运行； (2)由用户在结构声学特性确定性分析模块中选择结构初始模型的数值计算模型文件、及计算结果文件，并从中选择输入参数和输出响应；根据用户的选择和设置生成该模块对应的输入参数文件和输出响应文件，其中存储各参数、响应的名称、数值、定位信息，以备后续步骤进行数值的读取、解析和修改操作，根据用户的设置生成调用声学预测软件的批处理文件，用于调用软件进行结构声学特性计算，进行结构声学特性计算时结构声学特性确定性分析模块将输入参数文件中的各项参数值写入数值计算模型文件的相应位置，调用声学预测软件，生成计算结果文件，根据输出响应的定位信息，读取出各响应值，显示在界面上并存储在输出响应文件； (3)用户在结构噪声确定性优化模块中对确定性优化的优化变量、目标函数、约束条件进行定义，对优化算法进行选择和设置；根据用户设置将优化模型的设置信息存储至确定性优化配置文件；执行优化时，将确定性优化配置文件中的信息传递到优化软件模板文件中，生成新的优化文件，该文件中包括整个优化模型，调用优化软件对优化模型进行计算，计算过程包括若干次迭代，第一次迭代过程为:将各优化变量初始值写入确定性分析输入参数文件；调用结构声学特性确定性分析模块，得到对应的输出响应文件，从文件中解析输出响应值，传递到优化软件，由优化算法计算出下一次迭代的各优化变量值，其后的迭代过程为:将此次迭代的各优化变量值写入确定性分析输入参数文件；调用结构声学特性确定性分析模块，得到对应的输出响应文件，从文件中解析输出响应值，传递到优化软件；判断目标是否收敛、是否满足约束条件，若满足则优化结束，输出优化结果和过程数据，否则由优化算法计算出下一次迭代的各优化变量值，进行下一次迭代； (4)用户在结构声学特性不确定性分析模块中进行不确定性参数的选择、设置以及传播算法的设置；根据用户的设置，一部分输入参数为不确定参数，这些参数通过不确定性传播算法可得到若干组样本点，将每一组样本点中的各项参数值写入确定性分析输入参数文件，调用结构声学特性确定性分析模块，得到对应的输出响应文件，从文件中解析输出响应值，得到对应的一组响应值；计算完全部样本点后得到若干组响应样本点，经过不确定性传播算法计算得到输出响应的不确定性分析结果，由响应的不确定性分析结果，根据用户设置调用指定的指标计算算法，计算出所选响应的指标值，将指标值和其他响应值存入不确定性分析的输出文件； (5)用户在结构噪声不确定性优化模块中对不确定性优化的优化变量、目标函数、约束条件进行定义，对优化算法进行选择和设置；根据用户设置将优化模型的设置信息存储至不确定性优化配置文件；执行优化时，将不确定性优化配置文件中的信息传递到优化软件模板文件中，生成新的优化文件，该文件中包括整个优化模型，调用优化软件对优化模型进行计算，计算过程包括若干次迭代，第一次迭代过程为:将各优化变量初始值写入不确定性分析的输入文件；调用结构声学特性不确定性分析模块，得到对应的输出文件，从文件中解析输出响应值和指标数值，传递到优化软件，由优化算法计算出下一次迭代的各优化变量值，其后的迭代过程为:将此次迭代的各优化变量值写入不确定性分析输出参数文件；调用结构声学特性不确定性分析模块，得到对应的输出文件，从文件中解析各输出响应值和指标数值，传递到优化软件；判断目标是否收敛、是否满足约束条件，如果满足则优化结束，输出优化结果和过程数据，否则由优化算法计算出下一次迭代的各优化变量值，进行下一次迭代； (6)步骤(3)或(5)中的优化结束后， 由后处理模块读取过程数据，并以表格形式将所有数据显示出来，根据用户的选择和设置，将某一物理量的变化过程以折线图或曲线图的方式显示；如果用户选择保存图片，后处理模块将该图按图片格式导出。
【文档编号】G06F9/44GK103473061SQ201310415385
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】陈稗, 王晓军, 邱志平, 罗明强, 王冲, 李云龙 申请人:北京航空航天大学