随着计算机科学与技术的发展,最优化方法在工程中得到广泛应用,工程优化应用问题日趋复杂。不同领域的复杂工程优化应用在建模、求解和分析过程中都有许多挑战性问题,例如优化计算量大、计算效率低、复杂优化问题寻优困难等。优化软件作为最优化方法、计算机科学与技术和工程实践需求相结合的产物,它不仅是将最优化方法应用到工程实践的桥梁,也是解决这些问题的重要工具。目前大多优化软件难以将最优化方法和计算机科学与技术研究成果迅速应用到工程优化中。本文设计并实现了一个具有多层次可扩展性的优化软件系统SIPOPT(Software Integration Platform for Optimization)。通过多个工程领域内一系列实际工程优化算例,展示了基于SIPOPT使用CAE软件集成、并行计算、高通量计算环境等技术提高优化工程优化计算效率等方面所做的一些探索。本文主要内容分为三个部分：绪论,优化软件系统SIPOPT核心平台的设计与实现,SIPOPT工程优化应用实例。第一部分绪论首先介绍本文相关研究工作的背景；随后在国内外研究进展中,综述了最优化方法与优化软件的研发工作,包括优化算法库、专用优化软件和通用优化软件以及相关的软件开发技术；并着重介绍了提高工程优化计算效率的方法和评判指标；最后给出了本文的研究思路与主要研究内容。第二部分阐述了优化软件系统SIPOPT核心平台的设计与实现。本文设计了一个具有多层软件扩展机制开放式软件架构,实现了一个通用优化软件系统SIPOPT。该架构基于层状和过滤器软件架构,构建了支持脚本语言环境的优化计算系统。它包含优化算法、试验设计方法、近似模型方法、用户界面等通用优化软件功能；可集成多类型CAE软件、网络服务等扩展；具有集成性、开放性和通用性等特点。在软件实现方面,构建了Windows/Linux跨平台使用环境,提供了单机和网络环境下开发、应用最优化方法的支撑平台。第三部分介绍了SIPOPT工程优化应用实例。本部分目的是展示及验证SIPOPT在多类型CAE软件集成优化、复杂优化模型求解、以及提高工程优化计算效率等方面的功能和能力。为此有针对性的选择了结构优化、动力学与控制、建筑节能三类工程问题开展研究工作,提出基于SIPOPT定制化解决方案。相关工作包括：第4章首先针对Garteur飞机结构动力模型修正问题,介绍了基于SIPOPT平台集成ANSYS、遗传算法的实施方案；随后开展了风力发电机叶片性能优化工作,介绍了基于SIPOPT平台集成ABAQUS、智能优化算法以及并行计算技术软件的实施方案。算例表明SIPOPT平台具备多类型CAE软件集成优化能力。第5章针对动力学与控制优化设计中的多目标、多峰值、计算复杂度高等问题,基于SIPOPT平台定制化提供了软件解决方案。提出了基于组合优化策略优化平动点周期Halo轨道航天器运动控制、基于分治策略多目标平动点周期Halo轨道航天器运动控制优化、基于替代模型优化小推力航天器在线轨迹等。工作表明SIPOPT平台具备了复杂优化问题的求解能力,展示了便捷的定制化扩展能力。第6章针对建筑节能大规模优化问题,基于SIPOPT平台构建了支持网络环境下分布式高通量的优化计算系统。研究工作基于16计算机节点48个CPU内核的高通量计算环境,在SIPOPT平台集成了并行NSGA-Ⅱ算法、开发了网络相关数据管理和任务管理模块、形成定制化优化计算服务。KUBIK节能优化算例表明,并行优化算法在保证计算精度的同时,并行加速比达到39.3。工作表明,SIPOPT平台具备了网络环境下大规模优化问题的并行求解能力。SIPOPT优化软件平台是通用优化软件自主软件研发的一次尝试。研究工作提出的软件设计框架、软件体系结构、面向对象设计方案,实现了多层次可扩展的优化软件平台,为SIPOPT平台进一步维护与扩展提供了基础,可进一步发展成为一个优化软件生态系统,也为相关数值仿真软件的研发提供了参考。应用实例表明,SIPOPT平台在主要功能方面与国外同类软件相当,在软件开放性、可扩展性和定制化开发能力方面具有优越性。