工程软设计理论精要.pptx

工程软设计理论 张解语 1 2 3 4 工程软设计理论知识体系 工程软设计理论简介 相关的数学工具 基于工程软设计理论的结构设计 基于工程软设计的优化 ·何为“硬” ——“硬”可以理解为一种确定的关系或知识。 工程“软”设计理论绪论 “硬”科学的核心便是“唯一性”，其更多的是研究客观世界的运行规律，也就是一般所说的“自然科学”。 ·何为“软” ——严格上来讲，任何所谓“硬”的理论都离不开一句话。 工程“软”设计理论绪论 “在理想条件下。” 在实际情况中，往往要考虑诸多干扰因素的影响，比如右图这个简单的物理学问题，在理想条件下只不过是个很简单的问题，但在实际情况中，所得到的结果必然会有所偏差。 LOGO ·“软”“硬”之别 可以发现，硬科学是以“物”为主要研究对象的，而软科学是就事论事的，也就是研究“事”的。 工程“软”设计理论绪论 软科学是研究“人-事-物系统”的运动规律以及对该系统进行优化控制（领导和管理）的理论和方法的综合性科学。 我认为，硬科学多是用来解决简单的，理想化的问题，而软科学是用来解决复杂的，实际的问题系统。尤其是解决复杂系统相关问题时，“软”科学应该成为重要的解决手段之一。 工程“软”设计理论绪论 问题 输入 输出 软科学 硬科学 具体环境 LOGO ·“软”“硬”之别 工程“软”设计理论绪论 狭义地理解，“硬”科学中各种关系和数据是确定的，而“软”科学中各种关系和数据是不确定的。 关于三种不确定性 事物发展的客观不确定性 问题 人们主观看法的不确定性 已掌握的“硬”理论 未掌握的“硬”理论 模糊性 随机性 未确知性 关于三种不确定性 · 随机性 ——由于客观因果关系不明确而形成试验结果的不确定性称为随机性。 数学工具： ——概率论与数理统计 关于三种不确定性 · 模糊性 ——由于不可能给某些事物以明确的定义和评定标准而形成的不确定性。它是人们对这些事物主观认识上的不确定性。 比如对于右图所示的人，究竟算是中年人还是老年人，我想不同的人应当有不同的看法。 关于三种不确定性 · 模糊性的数学基础 ——模糊数学/Fuzzy 数学 1965年L.A.扎德（Zadeh）发表论文《模糊集合》，标志着该学科的诞生。也就是说，模糊集合是模糊数学的核心。 经典的集合论只把自己的表现力限制在那些有明确外延的概念和事物上，它明确地规定：每一个集合都必须由确定的元素所构成，元素对集合的隶属关系必须是明确的。对模糊性的数学处理是以将经典的集合论扩展为模糊集合论为基础的，乘积空间中的模糊子集就给出了一对元素间的模糊关系。对模糊现象的数学处理就是在这个基础上展开的。 LOGO 关于三种不确定性 · 未确知性 “认识的不确定性信息又分为客观（人们共同）认识的不确定性与主观（决策者）认识的不确定性（未确知性）两类。” ——《工程软设计理论》第二章 “进行某种决策的过程中，有时由于客观条件的限制，不能获得充分的信息，因而对某一具体事物的具体事物的真实情况不能准确判断，但又必须进行和利用这个判断，它就形成了一个‘未确知信息’。” ——《工程软设计理论》第六章 关于三种不确定性 · 未确知性 ——未被决策者所掌握的“硬”知识。 一个已经建成的建筑物的重量 某处地震的持续时间以及震中位置 我去找老李，老李不在家，他的去向 …… LOGO 分析 优化 基于软设计理论的知识体系 工程软设计理论的应用 设计 工程软设计理论的应用 在结构设计中的应用 工程结构的不确定性 LOGO 工程软设计理论的应用 按对不确定性因素的处理方式不同，目前不确定性模型主要有一下三种： · 随机模型 · 模糊模型 · 区间模型 在结构设计中的应用 结构分析流程图 工程软设计理论的应用 目前基于随机结构分析的主要方法有：Monte Carlo方法、随机有限元法与摄动法、正交展开与扩阶系统法以及随机因子法等。 工程软设计理论的应用 Monte Carlo数值模拟法 　蒙特卡罗方法又称统计模拟法、随机抽样技术，是一种随机模拟方法，以概率和统计理论方法为基础的一种计算方法，是使用随机数（或更常见的伪随机数）来解决很多计算问题的方法。将所求解的问题同一定的概率模型相联系，用电子计算机实现统计模拟或抽样，以获得问题的近似解。为象征性地表明这一方法的概率统计特征，故借用赌城蒙特卡罗命名。 通过概率的方法求圆周率 工程软设计理论的应用 在结构可靠性分析中的应用： 用Monte Carlo法分析可靠度时，是通过对应力S和强度r两变量进行多次随机抽样并对抽样值予以比较，从而获得零部件处于可靠状态（rS）的频率，即可靠度的近似值。 工程软设计理论的应用 举例来说，随机因子法的基本思想是将所有随机参数均分解成一个随机因子与