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Isight
Isight是一个仿真分析流程自动化和多学科多目标优化工具,它提供了一个可视化灵活的仿真流程搭建平台,同时提供与多种主流CAE分析工具的专用接口,利用此工具,用户可以方便的以拖拽的方式,可视化的快速建立复杂的仿真分析流程,设定和修改设计变量以及设计目标,自动进行多次分析循环。此外,Isight提供了试验设计、优化方法、近似模型和六西格玛设计等一套完整的优化软件包,用于帮助用户深入全面的了解产品的设计空间,明晰设计变量与设计目标之间的关系。
Isight最初是由MIT的唐兆成博士提出并领导开发完成的,经过20多年的开发推广,已经成为同类软件中的佼佼者。Isight自身并不会进行计算,它通过相应的方法调用其他软件(如ABAQUS、ANSYS等)进行计算。所以ISIGHT首先是一个“软件机器人”,可以在不用人工干预的情况下不断的调用相应的工程计算软件进行计算。
大多数公司在不同的学科或部门使用各种各样的仿真模型,但这些模型通常是不集成的,如果数据被交换,它通常是一个手动过程。这“过程”是一个极其低效的方式,从而使产品设计没有可靠的时间表。这也解释了为什么一些贴别大的,复杂的开发项目往往后期超过预算。但Isight软件,仿真模型可以综合跨学科的众多设计方案,自动生成。还包括一系列的技术,称为“设计驱动程序”,推动新的设计迭代到理想的、最优的结果,如最小的重量,最大的可靠性,或最佳的整体性能,一个特定的目标成本。
飞机、汽车、船舶等高精尖产品,运行环境复杂,设计考虑工况众多,在产品的总体设计阶段,需要进行多学科优化分析以综合考虑其整体性能。但是多学科分析涉及了众多分析软件,分析内容和多次分析循环,如何建立复杂的多学科仿真分析流程,并让流程可以自动运行。Isight多参多学科优化软件可以帮助工程师自动快速的计算多种设计方案,了解设计空间,获得最优设计,为客户提供一个仿真流程自动化和多学科优化工具。
1. Isight的运行原理
传统的设计通常是采用试算法,即在设计时根据要求,参考一些同类产品设计的成功经验,凭借一定的理论判断来选定设计参数,然后进行校核计算,检验其是否符合要求,不满意则调整设计参数再校核,如此反复多次直到满足设计要求为止。传统的算法已经不能满足高效、优质的设计生产任务要求,需要一种新的方法来适应现代化的高速发展。
基于上述数值分析软件的结构和工作过程,在进行数值分析的时候,可以通过修改模拟计算模块的输入文件来完成模型的修改,Isight正是基于这种原理工作的。Isight通过一种搭积木的方式快速集成和耦合各种仿真软件,将所有设计流程组织到一个统一、有机和逻辑的框架中,自动运行仿真软件,并自动重启设计流程,从而消除了传统设计流程中的"瓶颈",使整个设计流程实现全数字化和全自动化。
图1:scope of capabilities
2. Isight体系架构
(1)设计门户(Design Gateway)
流程集成界面,通过搭积木的方式实现流程集成,将数据流和控制流可视化,并提供对整个流程进行浏览的界面。设计流程按树状结构定义,每个层次的子任务可以使用不同的设计探索策略。
图2:设计门户界面
(2)运行门户(Runtime Gateway)
监控和后处理界面,可以绘制多种曲线、曲面、散点图、柱状图和表格等,结果运行完成后生成Summary报告给出优化运行时间、最优结果及对应设计变量取值、约束等用户关心的问题,提供设计空间可视化(VDD)、工程数据挖掘(EDM)等后处理功能。
图3:运行门户界面
(3)组件库(Library/Add-On Component)
包含通用和专用的CAD/CAE及自编软件接口。可以通过Publish将电脑上的软件发布到Isight软件中,使其成为组件库的一部分。
图4:Isight组件库
(4)优化算法库(Optimization)
包含梯度优化、全局优化、多目标优化、专家智能优化算法,是工程师开展设计优化工作的利器。
图5:Isight优化算法库
(5)试验设计算法库(DOE)
通过系统而有效的方法分析设计空间、筛选关键设计参数(以减小问题规模)、评估设计变量影响以及识别关键设计变量的交互影响关系。
(6)近似模型算法库(Approximation)
对于计算代价较高的CAE分析,Isight用多种近似原理构造替代模型,减少优化中调用CAE分析计算的次数,提高优化效率。近似模型还用于剔除输入参数变化平缓而输出参数剧烈振荡的仿真噪音。
(7)质量设计优化(Quality Design)
运用随机仿真和优化理论(包括蒙特卡洛模拟、Taguchi田口稳健性设计和基于6Sigma可靠性分析和稳健性设计DFSS,即Design for Six Sigma),构成一个完整的、公式化的对可靠性和稳健性进行评价和改进的质量设计哲学框架。
Isight的特色:
1. 柔性灵活的仿真流程集成
Isight具备广泛的CAD/CAE乃至自编程序集成接口,用户可以拖拽方式快速建立复杂的仿真分析流程,设定和修改设计变量以及目标,自动进行多次分析循环;通过对模型的封装生成参数化的模板,用户可以对不同模板进行组合。
2.参数研究和设计优化
提供设计优化所需要的多种算法包,包括:试验设计、优化算法、近似模型、蒙特卡洛分析、田口稳健性设计、6Sigma品质设计方法等。根据优化问题的特点,用户可以组合多种数学算法,形成综合探索策略。
3. 流程执行自动化和可视化
Isight自动驱动仿真流程进行多方案比较和优化;目标函数、约束函数和设计变量值的变化历程以可视化的方式直观显示出来。如果用户发现设计优化过程不正确,可修改优化模型或选用其它数学算法。
4.数据分析和后处理
Isight提供多种数据分析和后处理工具,当优化完成以后,用户可以进行设计空间浏览、多准则权衡、多方案对比、数据筛选、并自动生成优化分析报告。
5.开放性和可扩充性
Isight具有良好的开放性,易于根据用户需要进行功能扩充,包括界面定制、算法嵌入等。Isight还可以与PLM(Prodcut Life Cycle)或SDM(SimulationData Manager) 等数据管理平台进行互联,包括MatrixOne, Winchill, TeamCenter, Enovia VPM, SLM, SEE,SimManager等。