介绍利用优化软件Isight在开发行业CAE软件中的一些经验

很多CAE软件都提供了局部网格参数的功能，即可以设置几何局部区域的网格大小。网格是影响模拟结果的主要因素。网格太稀疏，计算结果不准确，网格太密集，浪费计算资源。早期软件的模拟精度很大程度上依赖于工程师的经验。为了解决这一问题，自适应网格划分方法应运而生。其基本原理是对初始网格进行稀疏划分，一次计算后找出梯度大的区域，加密网格，再次计算，继续找出梯度大的区域，以此类推，直到收敛到一个标准。这种方法在前一节已经介绍过了，参阅附录。

这种方法具有普适性，但迭代计算耗时，特别是对于大案例，应用于具体行业时可以进一步优化。通常几何模型(如导弹、汽车)的拓扑结构很少发生变化，因此可以根据几何形状、材料类型等实际特点一步到位设置网格参数，减少人为干预。

本文介绍了利用优化软件Isight开发工业CAE软件的一些经验。(不是广告isight，但是用起来真的很方便。在我用的大案例中，也有Isight无法计算的情况。)

工具：isight，MATLAB，c。

功能：模拟一个电子产品的散热(电子产品的结构基本固定，由基板、芯片、盖子组成)

目的：寻找三者的最佳网格大小设置。

当几何图形简单时，用户很容易找到网格的最佳设置。当几何形状复杂时，相当一部分用户仍然很难自己找到最优解。对于以下类型的电子产品，有以下模板：

有两个基板和两个盖子，以及四个芯片。网格采用四面体，网格各部分的参数都在软件中设置好了，这样用户就不用干预网格了。

步骤：

1.求精确解；

2.设置网格各部分的初始参数；

3.在ISIGHT中设置优化过程；

4.Matlab提取结果，并将结果返回Isight；

5.找到网格各部分的最佳参数；

6.找出材料、属性和网格参数之间的关系。

第六步结束时，将计算网格大小与参数关系的表达式，这需要大量的测试。

Isight软件介绍；

ISIGHT是美国Engineous公司生产的过程集成与优化设计软件，能够有效整合数字技术、衍生技术和设计探索技术，以软件自动化的方式实现需要大量人工参与的工作，在多学科优化软件市场份额中排名第一。ISIGHT软件可以集成仿真代码，提供设计支持，从而对多个设计方案进行评估和研究，大大缩短了产品的设计周期，显著提高了效率。ISIGHT在缩短产品设计周期、降低产品成本、提高产品质量方面取得了显著突破。优化功能作为ISIGHT软件的重要组成部分，结合ISIGHT平台强大的集成功能和丰富多样的优化算法库，已经成为航空航天、汽车、兵器、船舶、电子、电力、机械、教育、科研等领域首选的设计优化解决方案。总的来说，ISIGHT软件的优化功能有三大优势：综合自动化、算法多样化、结果数据可视化分析。

一、综合自动化

一个典型的项目需要一个“设计-评估-改进”的连续循环。CAD和CAE的引入提高了这一过程的效率。CAD加快了建模、装配和绘图的设计过程，而CAE减少了大量的实验，提供了有效的分析和评估工具。但是在这个设计过程中，大部分都是重复性的工作，中间环节容易出错。ISIGHT以积木方式快速整合各类仿真软件，将所有设计流程组织到一个统一的框架中，自动运行仿真软件，自动重启设计流程，从而消除传统设计流程中的'易错'问题，使整个设计流程完全数字化、自动化

典型的模拟优化过程主要包括以下四个步骤：

-软件集成(一个或多个模拟软件的集成)

-问题定义(定义设计变量、约束和目标函数)

-设计自动化(选择最佳设计算法)

-数据分析和可视化(设计分析过程的实时监控)

二、算法多样化

ISIGHT提供了丰富的优化算法库，包括数值优化算法、智能优化算法、处理多目标优化问题的多目标优化算法，不仅可以处理离散变量，还可以探索连续的设计空间。对于多峰、非线性、不可微的目标函数，数值优化算法可能无法找到最优解，而全局优化算法为解决这类问题提供了新的思路。在工程中，同时优化多个目标是常见的，并且这些目标是相互冲突的。因此，设计师需要对多个目标进行比较和权衡，使其尽可能达到最优。ISIGHT提供了多种多目标优化算法，支持多目标优化的帕累托图直观分析。

三、结果数据的视觉分析

对于大多数设计软件来说，算法启动后，用户只能在算法程序完成后才能查看计算结果数据。用户面对的是一个“黑匣子”，缺乏一种可视化的方法来实时监控设计过程的运行状态。ISIGHT软件不仅提供了多种方法来分析和查看程序结束后的数据，还可以实时监控运行过程，主要表现在以下几个方面：

1.在优化设计过程中，以图表的形式直观、实时地展示优化计算过程的探索状态。

2.从多个角度把握过程完成后设计参数和目标函数的变化和相关性，使问题的特征更加清晰。

3.为多目标设计问题提供了特殊的后处理能力，有效查看帕累托数据，让复杂数据的分析变得更简单。

从模型中可以看出，影响网格参数的有几何形状、数量、材质和额外属性，相当于每步8 ^ 4个组合。这么多参数无法一一测试，只能用DOE和优化算法来简化计算。

在实际应用中，优化后的网格优势明显：网格可以一次分割成功，避免了自适应网格的重复迭代计算，在求解精度上满足要求。当案情简单时，这种方法的优势无法体现；如果工程师足够有经验，也可以达到同样的效果。所以这种方法的价值取决于具体的行业应用。审计刘清