An $L^{\infty}$ Second Order Cartesian Method for 3D Anisotropic Interface Problems

A second order accurate method in the infinity norm is proposed for general three dimensional anisotropic elliptic interface problems in which the solution and its derivatives, the coefficients, and source terms all can have finite jumps across one or several arbitrary smooth interfaces. The method is based on the 2D finite element-finite difference (FE-FD) method but with substantial differences in method derivation, implementation, and convergence analysis. One of challenges is to derive 3D interface relations since there is no invariance anymore under coordinate system transforms for the partial differential equations and the jump conditions. A finite element discretization whose coefficient matrix is a symmetric semi-positive definite is used away from the interface; and the maximum preserving finite difference discretization whose coefficient matrix part is an M-matrix is constructed at irregular elements where the interface cuts through. We aim to get a sharp interface method that can have second order accuracy in the point-wise norm. We show the convergence analysis by splitting errors into several parts. Nontrivial numerical examples are presented to confirm the convergence analysis.     

Lamination Design Optimization for Continuous Fiber Reinforced Composites of Variable Thicknesses北大核心CSCD

由于具备高的比强度、比刚度,利用连续纤维增强复合材料代替传统金属材料以实现结构轻量化正受到设计者们的广泛关注。然而,结构的复杂性给复合材料的铺层设计与优化带来了很大的挑战。针对航空用复合材料铺层设计约束多的问题,通过逐步构建设计变量准确表达结构的铺层信息。基于经典遗传算法框架,结合各设计变量特点,定义了铺层优化算法中的遗传算子,通过引入“修复”策略保证了每一代解都能满足设计约束,分布在可行域区间内。最后利用精英保留策略提高了算法的局部寻优能力,可以降低复杂复合材料结构铺层设计的计算成本。通过解决经典benchmark问题并与已有优化结果的比较,验证了前述铺层优化算法的全局、局部寻优能力,为工程实际中的复合材料铺层设计优化提供了理论支撑。     

带缓冲串行生产系统预防性维护建模及运行参数优化研究

为了保证串行生产系统的产能和提高系统可靠性,提出了带缓冲区的串行生产系统预防性维护决策模型。首先,分析了生产线各执行单元可靠性和运行参数之间的关系,建立了考虑执行单元运行参数和缓冲库存的维护模型。在此基础上,结合串行生产线的特点,建立综合考虑维护成本、有效运行速度和缓冲库存的多目标优化函数。最后,构建启发式算法求解目标函数,并以串行包装生产线为例进行仿真实验分析,结果表明本文所建模型是有效且实用的。     

汽车滚装码头泊位调度优化模型与算法研究

本文研究滚装码头混合泊位分配和劳动力分配的联合调度优化问题。首先,考虑潮汐时间窗约束、装卸劳动力约束、泊位缆桩分布约束以及泊位不规则布局因素,建立以最小化船舶总服务时间为目标的混合整数规划模型。其次,采用内外嵌套算法设计策略,提出求解该类问题的组合算法。其中,外层是多种群并行进化的遗传算法,生成多种船舶计划顺序,内层为基于规则的启发式算法,用于计算给定计划顺序的目标函数值。然后,基于实际运营数据,生成多组不同规模的算例进行全面数值实验,结果表明所提出的算法可在10分钟内求解包含50艘船、100个泊段的算例。最后,开展基于真实滚装码头运营实例的案例分析,对所提模型和算法在实际码头调度问题中的适用性与高效性进行验证。     

基于网格化管理视角下灾后应急物流决策模型与算法研究

灾害发生后,应急资源的需求预测与应急配送中心的合理选址是实现高效救援的关键。本文通过在网格化管理视角下的信息更新将应急救援过程划分为多个阶段,在开展救援的过程中实现救援信息收集和救援预测的同步开展,建立一种多阶段带时间约束的应急救援物资配送响应-时效性的选址模型。借助遗传算法(NSGA-II),实现了基于编码结构独立、路径相互关联基础上的多目标规划求解。本研究的决策模型及算法有着较好的搜索与寻优能力,对实际救援开展具有指导意义。     

基于改进模拟退火算法的推动式生产-配送协调优化

为减小物资生产与配送不协调造成的成本及生产资源浪费,建立了考虑推动式生产调度的物资配送优化模型,并针对标准模拟退火算法受随机因素影响易陷入局部最优的缺点,设计带有回火与缓冷操作的改进模拟退火算法对模型求解,确定了优化的车辆配送路线以及物资生产计划。对比实验结果表明:相对于单纯的物资配送优化模型,考虑推动式生产调度的配送优化模型,能够有效减小物资滞留时间以及配送延误成本;相较于标准模拟退火算法,改进算法搜索到了更优解,且计算结果的标准差减小了93.42%,稳定性更好;同时,改进模拟退火算法具有较低的偏差率,在中小规模算例中求解质量较高,平均偏差率在0.5%以内。     

钢筋混凝土旧工业厂房结构加固方案优选

当前人们选择旧工业厂房结构加固方案效率低下,且所考虑的因素较为片面,为了全面、高效地解决这一问题,通过综合考虑安全性、经济性、时间性、可行性和适用性等因素,以加固效果显著的工程案例为标准,以全面的18个参数为评价指标,构建了一种基于蛛网面积相似和形状相似的结构加固方案优选模型。该模型中首先运用熵权法确定18个指标权重,并将参数值归一化处理,随后运用Python计算蛛网结构相似度,检索出与目标范例最为相似的源范例。最后以结构加固效果显著的工程为例,验证了该模型能有效减少主观误差,具有较强的实用性,并以此模型优选出了某轧钢厂房结构加固方案。     

汽车制造商分时租赁模式采用及产品线策略研究

考虑自有平台和第三方平台两种分时租赁方式,将汽车质量划分为性能质量和环境质量,构建销售模式、纯分时租赁模式和混合模式下的产品线策略模型,研究制造商产品线策略与商业模式之间的相互作用。研究发现,同品牌产品间竞争和合并效应是分时租赁模式影响产品线策略的两个关键因素。同品牌产品间竞争的加剧和合并效应的增大都会激励企业选择性能更好的车型而忽略其环境表现。分时租赁模式能同时改进利润与产品环境表现,但存在条件:当消费者价格敏感性较低时,使用成本高且合并效应小是实现同时改进的条件;当消费者价格敏感较高时,使用成本低且合并效应小则是同时改进的条件。     

修正PRP共轭梯度方法求解无约束最优化问题

基于著名的PRP共轭梯度方法,利用CG_DESCENT共轭梯度方法的结构,本文提出了一种求解大规模无约束最优化问题的修正PRP共轭梯度方法。该方法在每一步迭代中均能够产生一个充分下降的搜索方向,且独立于任何线搜索条件。在标准Wolfe线搜索条件下,证明了修正PRP共轭梯度方法的全局收敛性和线性收敛速度。数值结果展示了修正PRP方法对给定的测试问题是非常有效的。     

考虑油膜动态过程的海上溢油应急物资调度优化

针对溢油应急响应中海上油膜所具有的动态特性,综合考虑需求点的时变物资需求、运输网络的不确定性以及物资调度决策与外部决策环境之间的相互作用关系之后,构建了效率目标与成本目标相结合的多目标海上溢油应急物资调度优化模型。根据模型的特点,提出了一种基于鲸鱼算法的求解方法。该算法利用非线性收敛因子克服了算法后期易陷入局部最优的不足,同时还引入小生境共享机制以确保解的多样性。最后,通过仿真案例对模型与算法的有效性与可行性进行了验证。结果表明,该方法可以为决策者提供高质量的决策支持。