應(yīng)用背景

在現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)過程中，研發(fā)工程師會用到各種各樣的算法、程序等軟件工具，比如基于一些經(jīng)驗公式進(jìn)行初步估算、采用CAD軟件建立三維數(shù)字樣機(jī)模型、采用FEA/CFD等多物理場仿真軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)/流體/散熱/電磁等不同物理場的仿真分析、基于行業(yè)規(guī)范算法在通用計算軟件結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，結(jié)合優(yōu)化軟件對某些設(shè)計參數(shù)進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化計算等，整個過程中涉及到眾多軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞和重復(fù)操作，流程和數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜、軟件應(yīng)用門檻高，不利于工程師進(jìn)行設(shè)計方案的快速調(diào)整和驗證。

SIM.MAP多學(xué)科應(yīng)用集成平臺，可用于對自研程序、主流CAD、CAE工具軟件的集成封裝，形成系列化專用組件庫。基于平臺循環(huán)、分支、判斷等多種流程控制組件，可搭建面向不同行業(yè)、不同專業(yè)的復(fù)雜分析流程，實現(xiàn)分析流程自動化運行。同時，結(jié)合平臺優(yōu)化工具，為用戶改進(jìn)和優(yōu)化各類復(fù)雜工程問題提供了一套系統(tǒng)、高效的解決方案。

圖 1 平臺架構(gòu) 

應(yīng)用范圍

平臺可用于船舶、核電、航空航天、兵器、電子、能源電力、汽車等行業(yè)。

應(yīng)用集成框架

應(yīng)用集成框架通過對仿真組件集成，為設(shè)計仿真的相關(guān)人員提供一個集設(shè)計、仿真、優(yōu)化為一體的工作環(huán)境。將各類設(shè)計仿真工具及專業(yè)算法封裝成標(biāo)準(zhǔn)組件，基于一系列標(biāo)準(zhǔn)組件搭建成面向不同行業(yè)的復(fù)雜仿真流程，通過參數(shù)驅(qū)動方式實現(xiàn)不同模型間的數(shù)據(jù)傳遞，完成多學(xué)科聯(lián)合仿真與優(yōu)化設(shè)計。

圖 2 平臺主界面

1）組件集成

組件是構(gòu)成仿真應(yīng)用流程的最基本的功能單元，每個組件實現(xiàn)特定的功能，并具備特定的輸入、輸出參數(shù)。

通過對各標(biāo)準(zhǔn)組件的統(tǒng)一管理，形成專用組件庫。用戶搭建流程時可從組件面板中選擇所需的功能及控制組件，構(gòu)成復(fù)雜的設(shè)計仿真流程。

組件可以根據(jù)需要進(jìn)行分類，如三維建模工具、結(jié)構(gòu)/流體/系統(tǒng)仿真工具、專門用于優(yōu)化設(shè)計的優(yōu)化類組件以及用于流程控制的流程組件等。

圖 3 組件庫

2）流程驅(qū)動

結(jié)合不同的專業(yè)仿真需求，用戶可以選取相應(yīng)的功能組件以拖拽的方式快速搭建仿真流程，并以可視化方式定義任意組件之間的參數(shù)傳遞關(guān)系。在流程執(zhí)行過程中各組件按照順序依次執(zhí)行，并按照預(yù)先定義的關(guān)系實現(xiàn)參數(shù)的傳遞和更新，從而實現(xiàn)全流程的自動化迭代執(zhí)行。

圖 5 仿真流程搭建

組件之間傳遞的參數(shù)可以是流程全局參數(shù)、幾何尺寸參數(shù)、邊界載荷參數(shù)、外部輸入文件或結(jié)果文件等信息，并可將搭建好的聯(lián)合仿真流程固化，形成標(biāo)準(zhǔn)流程。

圖 6 參數(shù)關(guān)系定義

3）流程模板

用戶手動搭建好的仿真流程可以保存為流程模板，下次執(zhí)行同樣的流程時可以從流程模板庫直接選擇所需的流程模板來創(chuàng)建仿真流程，能夠大幅提高流程搭建的效率。

圖 7 流程模板庫

4）可擴(kuò)展性

平臺框架采用配置文件方式，將各組件集成到框架中。配置文件中包含參數(shù)檢查、輸入轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行程序、輸出轉(zhuǎn)換器各過程的定義，用戶通過修改配置文件的方式，可快速化完成組件的擴(kuò)展。

圖 8 組件構(gòu)成

專用擴(kuò)展包

除上述應(yīng)用集成功能外，平臺還提供專用擴(kuò)展包，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行選配。當(dāng)前擴(kuò)展包主要有：優(yōu)化工具包、可靠性工具包等。

優(yōu)化工具包：從多個學(xué)科領(lǐng)域和多個目標(biāo)之間進(jìn)行綜合優(yōu)化，通過探索和利用系統(tǒng)中相互作用的協(xié)同機(jī)制，獲取系統(tǒng)整體最優(yōu)性能以實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品的最佳設(shè)計。

圖 9 優(yōu)化工具包

可靠性工具包：通過評估系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定條件下的可靠性，識別潛在的故障風(fēng)險和薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，提高產(chǎn)品性能。

圖 10 可靠性工具包 

方案優(yōu)勢

1)  自主化

軟件集成框架及自帶的功能組件所用的各部分核心算法全部自主編寫，針對不同的應(yīng)用場景和需求，有多種算法可供選擇，使優(yōu)化流程更具靈活性和可控性。

2)  兼容性

軟件可以集成各種自編程序及大多數(shù)主流CAD、CAE工具軟件，實現(xiàn)不同程序算法和工具之間的協(xié)同。

3)  擴(kuò)展性

功能組件采用標(biāo)準(zhǔn)化的封裝方式，用戶可以通過配置的方式自定義并擴(kuò)展功能組件，以滿足不同功能需求和場景的需要。

4)  易用性

軟件提供可視化的流程搭建和參數(shù)關(guān)系定義操作方式，以及基于配置的組件擴(kuò)展方式，并提供組件庫、流程模板庫等實用功能，大大降低了軟件操作難度，提高工作效率。

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