随着计算机技术的快速发展，多种数值处理和有限元软件被广泛的应用，计算机模拟仿真正成为发动机设计与研究的发展趋势，例如MATLAB、ANSYS、ADAMS等。本文基于多学科优化软件ISIGHT，对某些柴油机的配气机构进行传统动力学和多刚体系统动力学分析和计算，把理论分析与实际应用相结合，改进产品的设计。

1.2 多学科优化设计的发展与现状

随着科学技术的不断进步，过程系统越来越精密、复杂，其内部各组成部分的耦合作用也越来越明显。在许多工程产品或系统的设计开发过程中，特别是大规模的工程系统的开发设计，都会存在多个学科之间相互联系、相互耦合又相互矛盾的问题。即使每个学科都达到了科学意义上的优化，也不能保证设计出来的产品就是最优的。当今的工程系统具有明显的“多学科”的特点，因此人们开始将多学科的设计综合在一起进行协调优化，以协调系统总体优化与子系统优化的最佳协同效果。同时，还要考虑不确定性对设计过程和设计结果（可靠性与稳定性）的影响，因而产生了多学科优化设计（Multidisciplinary Design Optimization，简称MDO）这一学科 。

由于多学科优化设计还在不断发展中，其定义也在不断变化。美国航空航天局兰利（Langley）研究中心的多学科分支机构对多学科设计优化的定义是：多学科设计优化方法是一种方法论，它通过充分的探索和利用工程系统中相互作用的协同机制，考虑各学科（子系统）之间的相互作用，从整个系统的角度优化设计复杂的系统。其主要思想是利用合适的优化结构组织来管理优化设计过程，通过分解、协调等手段将复杂系统分解为与现有的工程设计组织形式相一致的若干子系统`优尔^文-论'文"网www.youerw.com，从而可以利用工业界现有的学科分析工具，在分布式计算机网络集成各学科或子系统已有的丰富知识与经验，对复杂系统进行综合设计。其主要目的是通过充分利用各个学科（子系统）之间的相互作用所产生的协同效应，获得协同的整体最优解，已达到缩短设计周期、降低开发成本、提高产品竞争力的目的。多学科设计优化的定义也可以用下式来表示：

其中，式子左端表示设计的总效益，式子右端的第一项表示采用单学科设计的效益之和，第二项表示引入多学科设计优化后效益的增加。该式说明，多学科设计优化可以进一步挖掘设计潜力。

多学科设计优化是一种通过充分利用和探索系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法论，20世纪80年代末90年代初首先在美国航空航天工业界兴起，目前已经成为美国等发达国家工业设计界一个新的研究领域受到企业研究人员及学术界的广泛关注。多学科优化设计（MDO）的基本目的之一是充分利用各学科（子系统）的相互作用而产生的协同效应，获得工程系统整体最优解，同时还要实现各学科的并行设计。经过近10年的并行发展，MDO思想已经渗透到航天、汽车、电子、机械、建筑等多个领域现代设计的各个环节和阶段。相比传统的设计方法，它更具有先进性和广阔的应用前景，降低了成本，缩短了设计时间，使产品能尽快地投入生产和使用。

在国内，对 MDO 思想的研究从 20 世纪 90 年代中期开始，很多高校将 MDO理论应用于一些简单系统和工程的设计中，并取得了一定的进展。余雄庆应用MDO 思想对无人机进行了优化设计；罗世彬运用 MDO 思想对声速分析器进行了机体/发动机一体化的全局设计优化中，取得了满意的结果。同时，MDO 思想也引起了国内工业界尤其是航空航天领域的重视，在高校开展的关于 MDO 思想的研究也开始出现。北京航天航空大学、南京航空航天大学论文网、西安电子科技大学、北京工业大学、国防科技大学等都在 MDO 的基础理论上开展了研究，并取得了有一定价值的研究成果。但总的来说，与国外相比，国内对 MDO 的研究还没有建立起相应的体系，在研究深度、投入力度、应用广度等方面都存在着较大差距。