21、情境化设计优化框架解析

情境化设计优化框架解析

1. 设计优化概述

设计优化旨在根据选定的一组性能标准找到最佳设计解决方案。其优化模型通常用一组正式的数学表达式表示：
- 给定设计变量 (x \in \chi \subseteq \mathbb{R}^n) （式 1）
- 约束条件 (h(x) = 0) （式 2）
- 约束条件 (g(x) \leq 0) （式 3）
- 优化目标函数 (f(x)) （式 4）

这些数学描述与设计对象的本体表示存在映射关系，如下表所示：
| 数学模型 | 本体（FBS）模型 |
| — | — |
| (x \in \chi \subseteq \mathbb{R}^n) | (S) |
| (h(x) = 0)，(g(x) \leq 0) | (S, B_c) |
| (f(x)) | (B_o) |
| (B = B_c \cup B_o) | - |

结构（(S)）由设计对象的组件及其相互关系组成，在大多数设计领域，包括对象的几何、拓扑和材料属性。行为（(B)）可从结构（(S)）推导得出，指定设计对象的性能。而功能（(F)）作为设计对象的目的论，不包含在设计优化模型中。

设计优化是设计过程的一个特定类别，可纳入功能 - 行为 - 结构（FBS）框架。该框架区分了预期行为（(B_e)）和从结构推导的行为（(B_s)），优化的范围通常包括合成、分析和评估三个基本过程：
- 合成 ：在优化中生成候选解决方案，作为结构（(S)）状态空间内一个点的实例化。
- 分析