多學科工程的案例
如何更高效地找到多學科工程問題的最優解？
如何更高效地找到多學科工程問題的最優解
——基于機器學習的智能優化設計技術及其深遠影響
適用人群
CAE工程師、工程技術人員，經理，技術主管。
有過優化經驗的工程師或正在考慮技術革新、培養自主研發能力的技術主管會更加受益。
內容介紹
1.工程優化的發展簡史
2.什么是基于機器學習的智能優化方法？
3.新的智能優化方法帶來什么新的功能？
a.應用無限制（大變量、強約束、昂貴約束問題、連續及離散、組合爆炸問題）
b.全局尋優
c.發現問題本質
d.對工程師要求極低
4.新的智能優化方法改變傳統優化工作方式
a.DOE方法的局限和問題
b.基于代理模型優化方法的局限和問題
c.選取優化方法的不可能性
d.新的全局敏感度分析方式
e.靈活優化流程
f.與任何CAD/CAE工具集成自動
5.新的智能優化方法將引領未來趨勢
a.智能優化技術將成為第三次設計革命的新動力
b.智能優化技術將滲透到智能制造的各領域
c.基于優化技術的智能決策也將被應用于商業、醫療衛生、金融、政府等非工業領域
專家介紹
王高峰博士(Dr. Gary Wang), ASME Fellow
王博士本科與碩士畢業于華中科技大學，碩士師從前中國工程院院長周濟教授。1999年從加拿大維多利亞大學博士畢業以后，受聘于加拿大曼尼托巴大學，2004年獲終身教授。
現為加拿大名校西門菲沙大學正教授，在工程設計自動化領域潛心研究20多年，在國際著名期刊和大會上發表180多篇學術論文和多個技術專利，其領導的產品設計與優化實驗室（網址www.sfu.ca/~gwa5）被同行公認為世界領先團隊之一。
展開 多學科協同仿真管理平臺SDMan
案例2：船舶某所多學科工程分析系統
該系統的建設解決了仿真過程中的任務的制定、下達、跟蹤以及監控等問題，建立了統一的、標準的仿真數據中心，實現了仿真過程數據的管理，并能夠應用數字化信息技術整合設計仿真過程，實現了高效設計、虛擬試驗驗證、快速測試，提高了型號的研制效率和研制質量。
形成了統一研發工作環境，實現相關專業的信息共享、數據關聯及自動反饋，可有效地縮短建模、分析時間，同時能夠快速地完成多學科集成設計分析以及優化。
實現了與PM、PDM、TDM、KE、高性能計算系統集成應用，實現了管理過程與分析業務流程的融合，以及知識和分析業務流程的融合。
《多學科結構優化》原創教材來啦！！工程實際案例！！
最近有很多朋友私信，關于多學科優化教材購買問題，確實自己有自己的學習計劃，沒顧得上錄視頻，剛好最近對上一版本更新了OptiStruct線性分析(第6章)及非線性分析(第7章)，并對HyperMorph(第5章)進行了完善。非線性章節參考了Altair的培訓材料，并對其一一進行了驗證分析，確保學習時能夠正確的操作。
全文共7萬5千余字。貨真價實。目錄詳見文章底部。
為滿足朋友們的需求，特地建群，有需求請添加微信群。人數達到一定規模，統一印刷郵寄。
內容為原創內容！部分理論方面參考了Altair官方書籍內容。
歡迎關注微信公眾號：仿真及結構優化交流
主要內容為OptiStruct、HyperStudy、Isight，另外兩部分內容為HyperMorp網格變形、SolidThinking Inspire。對于需要二次開發處理的部分，均提供了源代碼
OptiStruct除了介紹常規設置外，另大篇幅介紹了厚度/截面/結構靈敏度、拓撲優化等操作流程。
HyperStudy介紹了SFE、OptiStruct、Ls-Dyna、HyperMesh的集成流程
isight介紹了集成SFE、Nastran、Ls-Dyna、HyperMesh的集成流程
本教程注重實際，基于工程項目而來，具有極佳的參考價值，可直接指導項目工作。
部分內容：
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展開 modeFRONTIER在Airworks工程公司中：讓多學科協作變得更容易
鑒于其輸出性能評估的復雜性，有必要進行多學科分析，這又需要不同等級的個人專業知識以及計算資源。Airworks，一家機械工程領域的多學科公司，通過優化風電電機組轉子的整體裝配，在將風能轉換成電能時得到了更高的效率。
挑戰
在風力發電機組的工程中，來自不同組織的CAD（計算機輔助設計）專家和CFD（計算流體動力學）專家共同合作進行復雜的設計方案，需要有效的共享各種信息資源。里雅斯特大學的工程師準備了參數化CAD模型，建立了CFD仿真模型，Airworks的人員進行風力轉子葉片的氣動性能計算，隨后用modeFRONTIER這個多學科優化平臺進行優化分析。
這樣的合作需要一個共同的平臺來共享快速產生的結果，Esteco企業套件，基于網絡的由modeFRONTIER和SOMO組成的套裝，一個Esteco新的協作框架，可以幫助組織間仿真流程的無縫執行。
解決方案
借助于ESTECO企業套件（EES），仿真工作流中的每個合作伙伴都能夠為項目提供自己高水平的合作。CAD專家生成葉片幾何，提供參數化模型的CAD解決方案，用于更新其幾何形狀；CFD專家建立氣動仿真模型，利用幾何來對轉子的氣動性能進行評價。這兩個模擬工作流程都可以在共享存儲庫中供合作伙伴調用。然后風電機組專家可以將其性能評價軟件集成到一個自動化的多學科工作流程當中。最后，他可以用整個工作流程來評估系統的功效，并在環境條件的整個范圍內對其進行優化。
“在整個過程中，通過ESTECO企業套件，仿真數據和工程知識得到了有效的管理和共享，從而加速了過程，節約了資源。”
展開 
油冷電驅性能工程進階課：2萬轉時代的多學科協同仿真
通過多學科協同、仿真與測試深度融合、系統級優化的手段，為高效、系統地解決電驅系統NVH問題提供了全面的技術路徑。
●演講看點：
★ 電驅NVH開發挑戰及應對
★ Simcenter3D集成的NVH分析流程
★ 電驅NVH仿真應用案例介紹
從流程集成到仿真實踐，從熱管理到 NVH 優化。西門子邀請您云端相聚，帶您全方位拆解行業技術關鍵難點，直擊油冷電驅研發的核心突破。
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活動規則
本次直播進階課設4輪抽獎環節，每輪抽獎將抽出3位參與評論區互動的客戶，各贈送3C認證快充移動電源小禮品一個。
本次直播期間提交調查問卷的客戶，也將有機會參與問卷調查會后抽獎環節，共抽出8位客戶各贈送3C認證快充移動電源小禮品一個。
若您中獎，主辦方將于直播結束后一周內發送中獎短信至您的注冊手機號，自收到短信起3天內，若未收到您填寫的地址等個人信息，視為自動放棄該獎品。
獎品將于直播結束后2周內以快遞形式寄出，寄出時運單將注明“西門子活動獎品”，請留意查收。
* 本活動最終解釋權歸西門子數字化工業軟件。具體抽獎規則請以直播當天公布為準。
3C認證快充移動電源
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技術鄰專注于工科技術社區，從最早的CAE技術社區（中國CAE聯盟）發展而來，在CAE領域有20年的教學和咨詢服務經驗。
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展開 iSIGHT多學科優化應用: NASA太空望遠鏡(NGST)熱、結構、光學多學科優化
典型的多學科優化設計問題：
光學：CODE V® optical software
結構：MSC/NASTRAN® structural analyzer
熱： SINDA/FLUINT and Thermal Desktop thermal design system.
optiOpt-ICES2002b_SINDA.pdf
MD Nastran唯一全面的多學科仿真方案
多學科仿真方案
面向下一代設計開發的最完整仿真引擎
MD Nastran具備多學科優化的能力，并具有處理大規模問題和提升高性能計算效能的強大能力。針對制造商對越來越復雜模型進行交互多學科分析的需要，MD Nastran提供的關鍵功能可以提高設計效率和完善流程管理。
優化
MD Nastran的優化功能具有尺寸、形狀、拓撲等的組合優化能力，可以提高整個設計效率和并預測產品全生命周期內的性能。MD Nastran獨特的優化序列能夠綜合考慮各種工況，例如靜態NVH加內外噪聲，從而可更準確地確定設計的魯棒穩健性。
集成
只有MD Nastran在仿真時支持多學科之間的交互作用和耦合效應。無論是線性、非線性、運動、計算流體力學（ＣＦＤ），還是顯示動力學，MD Nastran都能夠讓多種學科一起工作，從而準確地、適時地在多學科之間提供正確的工程和力學反饋。
高性能計算
MD Nastran進行了算法優化以充分利用并行和64位計算結構的革新帶來的好處，以便于快速地得到極其復雜工程問題的準確結果。優化了在64位超級計算環境中的運行性能后，MD Nastran既可以做簡單的應力分析，也能夠做數百萬自由度的極其復雜的瞬態非線性分析。
展開 多學科統一的多體動力學建模方法
在現代的機電系統中，例如機器人、機械臂、車輛等，是多學科相互作用、相互交叉的，包括機械、電學、液壓、熱學等學科，如何分析這些系統的動力學耦合特性就顯得特別有意義，如果以單個學科的角度或以局部組件為對象進行分析，雖然很多局部的細節考慮到，而各個系統間的相互作用卻被簡化了，相反的如果從整個系統的角度，彼此之間的交互作用卻是十分重要的，也是十分突出的。在多學科多體系統動力學的分析中，應該包括建模和分析，即建立的動力學方程和利用數值方法進行求解，最后形成了仿真分析，如下圖所示
在多學科耦合系統動力學建模和分析的方法也很多，包括線狀圖法（Linear graph）、鍵合圖法（Bond graph）、圖論（Graph theories）、“等效”方法。
線狀圖方法是數學的一個分支，主要研究系統拓撲學，由L.Euler在18世紀左右提出，在20世紀擴展到物理建模中。鍵合圖法在1959年由H.M.Paynterti提出，是以能量守恒原理為基礎，以勢、流、變位和動量四個廣義變量表示各個物理參數，具有因果關系，但是多適用于平面模型建模，在三維多體系統中較為復雜，還有待發展，鍵合圖如圖圖所示。
一些學者在線狀圖和鍵合圖的基礎上提出了圖論的多體建模方法。其中Waterloo大學的John.McPhee教授利用圖論方法建立機電耦合系統的動力學方程提出較具體的方法。
下面介紹屬于“等效”的方法。采用虛功原理建立多學科的系統動力學方程，這種方法依賴于選擇獨立的廣義坐標，能夠描述系統的配置。通過對多個學科的物理量的等效對應關系，便可以依據多體動力學方法進行建模求解。
展開 多目標多學科優化--Isight軟件概述
Isight軟件是在應用中提升出來的系統性工程平臺。在多學科優化語言MDOL支持下，接受用戶界面輸入，通過相應的過程集成服務、問題描述服務、可視化和數據分析服務、后處理服務以及數據庫服務，以MDOL為核心，借助系統通信層協議，與仿真引擎、設計學習引擎、規則引擎、應用程序接口以及第三方軟件工具進行通信。形成一個整體的、可配置的軟件平臺，適應于工程系統的優化設計和綜合系統分析，為產品的設計優化和多學科設計分析提供了基礎。
仿真分析流程
行業應用方案 | 多學科系統中的多體動力學仿真
靜力學仿真軟件主要用于分析結構產品在穩定狀態下的結構應力和變形，保證設計結構能夠符合強度可靠性設計要求，但是隨著機械結構越來越復雜，機構的運動場景越來越多，設計越來越輕量化的要求下，單純的靜力學分析已經無法滿足機構在高速運動，復雜接觸狀態運動下的仿真需求，需要動力學仿真來考慮結構在實際運行中的速度、加速度、阻尼等靜力分析中無法涉及的效應。
動力學是理論力學的一個分支學科，它主要研究作用于物體的力與物體運動的關系。可以仿真運動機構的動力學運行狀況，部件之間的配合狀態以及剛柔耦合仿真獲得部件在不同運動時刻的應力和變形，以及對運動執行機構的影響。對于各個學科中所關注的問題如機構的大變形，復雜的接觸關系，非線性，高效計算等問題是目前多體動力學分析中的技術難點和研究方向。
隨著計算機的發展，工程師借助計算機對運動機械的動力學特性進行數值模擬分析計算。多體動力學仿真分析方法可以在試驗前對運動機械進行仿真驗證，并且提供豐富的物理場信息，為設計者設計和改進運動機械提供有力依據。有利于提高設計水平、降低成本和縮短研制周期。通過多體動力學分析可以快速進行機構的剛體動力學分析、剛柔耦合動力學仿真分析，可以準確地考慮機構自身變形，連接副的非線性連接關系從而獲取機構在實際運行的狀態，為機構系統的改進設計提供準確有效的建設意見。
展開 
MBSE架構圖：一種集成系統建模與多學科分析的MBSE開發框架
如果可以填補這個空檔，域/多學科工程師可以使用MBSE數據存儲庫獲取所需的設計信息去創建他們的分析模型，并進行分析以支持系統開發。使用此功能，域/多學科工程師可以減少多學科建模和分析活動中由于手工數據轉換和失效信息的使用所導致的常見錯誤和修正工作。
將建模和分析集成的功能彌補了以上缺陷。這種技術方法是將SysML建模工具與過程集成和優化設計框架（Process Integration and Design Optimization，PIDO），如Model Center，進行集成。這種方法的優點是使用PIDO框架提供的通用接口將SysML與各種工程分析工具連接，如CAD / CAE，遺留代碼，數學解算器和電子表格等。此方法具有從系統模型自動生成分析模型，然后執行分析模型的能力。集成的工具套件允許工程師使用現實的分析模型快速評估系統配置并自動檢查需求的一致性。
本方案旨在開發集成的建模和分析功能，它將支持系統工程師和領域/多學科工程師的不同視角。系統工程師主要關注系統架構和系統級的權衡，并不一定對工程分析的細節感興趣。另一方面，領域/多學科工程師負責創建工程分析模型，它可以準確地代表當前設計但不需要理解SysML模型的細節。集成的工具套件使用一種常見的圖形用戶界面，可以從SysML工具(為系統工程師)或者從PIDO框架(領域/多學科工程師)運行，允許工程師用他們熟悉的工具和環境進行工作。它允許設計團隊在整個設計過程中執行連續的設計、分析和權衡研究，并且可以對需求和設計配置的變化做出快速響應。下圖給出了整體方案架構及流程。
展開 Dymola多學科系統仿真平臺
產品概述
Dymola是法國Dassault Systems（達索）公司的多學科系統快速設計和驗證工具，廣泛應用于國內外汽車、交通、能源等行業的系統總體架構設計、選型及匹配驗證、系統優化、控制系統MIL/HIL驗證等。
Dymola的主要優勢有：
輕松建模：基于Modelica語言，易學易用易讀，采用面向對象、層次化、圖形化和模塊化的建模；
定制化開發：代碼開源程度高，組件定制化強，可以做多類型故障注入與仿真;
高效求解：強大的符號求解器，對非線性、離散等問題自動高效處理，系統越復雜，求解速度優勢越明顯；
開放性好：對FMU支持相比其他軟件更加全面，同時也支持C\C++\Fortran\Java等語言的代碼導入和Java\Python語言的API調用；
架構式建模：模型庫基于MBSE思想開發，層次清晰、便于協同集成、方案選型、追溯與驗證。
產品介紹
豐富的模型庫與專業組件開發
Dymola為汽車、軌道交通、工程機械、能源等不同行業的產品研發提供了豐富的模型庫，這些模型庫間存在豐富的多物理接口，可用于多學科仿真集成。
熱系統：熱管理庫、空調庫、冷卻系統庫、熱舒適庫、換熱器庫等；
火電/熱電：蒸汽循環庫、熱能庫、風力庫等；
電子電氣：電氣庫、功率電子庫等；
三電系統：電機庫、電池庫、無刷電機庫；
車輛動力學：車輛動力學庫、動力總成庫、懸架庫、發動機庫；
液壓：液壓庫、流體動力學庫；
燃料電池：氫能庫、燃料電池庫；
其他：柔體動力學庫、氣動庫、優化庫、設備驅動庫等。
展開 達索SIMULIA多學科多目標優化設計軟件Isight高級應用研討論壇回顧
達索SIMULIA多學科多目標優化設計軟件Isight高級應用研討論壇于2018年7月26日在杭州洲際酒店北京廳召開。來自達索總部的專家，國內的航空航天、鐵路、汽車、石油、能源動力與高校等行業的高級客戶；以及達索的合作伙伴從全國各地齊聚杭州參加了此次技術高峰論壇。對基于多學科多領域的參數綜合優化、設計流程自動化、分析流程模板、基于Isight的定制流程開發的領域進行了多方面專業化的深入的技術交流。
多學科多目標優化設計軟件Isight高級應用研討論壇注冊處：
大會于上午8：40時許召開。首先由達索系統SIMULIA品牌中國區總監MikeSheh博士致開場詞并介紹了大會的日程安排，并向到場的客戶、合作伙伴致謝。
達索系統SIMULIA品牌中國區總監Mike Sheh博士致開場詞
達索SIMULIA多學科多目標優化設計軟件Isight應用論壇主要內容涵蓋以下十個方面：
Isight多學科有目標優化軟件在國際上的應用（主要介紹在英國與日本的應用情況）
Isight多學科多目標優化技術的戰略規劃和版本更新。
Isight多學科多目標優化技術在航天領域的應用。
Isight多學科多目標優化技術在航空發動機設計領域中的應用。
Isight多學科多目標優化技術在鐵路行業中的應用。
Isight多學科多目標優化技術在石油鉆井領域的應用。
Isight多學科多目標優化技術在汽車行業中的應用。
Isight多學科多目標優化技術在船舶發動機領域的應用。
Isight多學科多目標優化技術定制化二次開發的應用。
達索合作伙伴對Isight優化技術的高級深度應用。
展開 基于hyperstudy的多學科優化 ￥200
本案例重點在于介紹如何在hyperstudy中完成研究對象的多學科優化。主要涉及到保險杠碰撞剛性墻、保險杠約束模態分析。在hyperstudy中創建變量因子、位移響應、一階模態頻率、質量響應，分別進行DOE分析、優化分析。
DOE分析：
第一個響應對于各變量的帕累托圖
第二個響應對于各變量的帕累托圖
第三個響應對于各變量的帕累托圖
節點位移響應對各變量的線性效應曲線
一階模態頻率響應對各變量的線性效應曲線
總質量響應對各變量的線性效應曲線
優化分析：
優化結果
本案例模型見收費內容部分，凡購買本案例的朋友，結合附件中的模型及相關操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
展開 