多學科協同設計
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
多學科協同設計的實例教程
背景與目標
在復雜產品研制過程中，設計工作包括機械結構設計、控制系統設計、電子學設計、操控軟件設計、工藝設計等。需要應用不同學科的仿真軟件，包括控制仿真、結構仿真、動力學仿真、電磁效應仿真、熱仿真等。
因仿真涉及多個學科，存在多變量、多目標、多約束的復雜情況，而且各個學科之間的變量之間可能還存在著耦合關系。在產品開發過程，如何考慮多學科集成設計、性能優化、成本、時間周期等諸多重要因素，在中間找到最佳的平衡點和數據耦合成為至關重要的問題。
基于這個需求，通過SimManager可構建基于流程任務的多學科協同仿真平臺，通過平臺串聯產品研發各流程模塊，并實現上下游分析任務的輸入/輸出傳遞，將仿真分析數據按照產品型號進行結構化層次管理，在任務流程中通過集成仿真分析軟件，實現仿真軟件按流程任務調用，并將相關知識與流程綁定，在任務執行中自動推送相關知識。
技術挑戰
實現多學科協同仿真流程，存在著如下的技術挑戰：
1. 通過交互方式動態構建多學科協同仿真流程，支持多學科、多部門之間的協同工作。
2. 工作任務拆解，將任務拆解為可執行的流程節點。
3. 構建的多學科仿真流程可發布、編輯、復用；建立多學科協同仿真流程共享數據庫和資源池。
4. 使仿真流程規范化，并對仿真執行過程實現監控。
解決方案
基于SimManager的多學科協同仿真流程方案包括仿真流程構建、仿真流程應用執行。
多學科協同仿真流程構建中，SimManager提供圖形化的流程定義界面，定義仿真任務的先后順序和邏輯關系。指定各個節點仿真任務的負責人、計劃時間等任務信息,指定任務節點的輸入輸出數據（參數和文件等）,定義任務的激活條件。
展開 汽車設計是一項復雜的系統工程，涉及多個學科專業領域，包括結構、碰撞、NVH、熱、電池、光學等多學科的協同設計，不同學科之間數據難以傳遞，基于經驗的人工試錯優化過程導致研發周期長、研發成本高。
圖1 汽車領域多學科優化設計
經緯恒潤基于Optimus工具提供多學科優化設計解決方案。Optimus是比利時Noesis Solutions公司著名的多學科過程集成和優化設計軟件產品。通過Optimus軟件，可管理多學科的仿真流程及數據，自動顯示和探索設計空間，實現產品設計過程中的自動性能優化，并且實現多學科、多指標參數的均衡優化，能對產品設計部門的設計變更給出明確指導意見，在提高產品性能的同時降低成本、縮短設計時間。
圖2 多學科過程集成和優化設計軟件--Optimus
Optimus功能模塊
Optimus具備仿真流程集成、試驗設計、創建代理模型、優化設計、可靠性和魯棒性優化等功能。
? 多學科仿真流程集成
多學科仿真流程集成是進行自動化優化迭代的基礎，是實現多學科協同的前提條件。Optimus可以實現對常用汽車領域CAD/CAE工具的集成與調用，將不同部門、不同專業的仿真工具集成起來，比如結構、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學等學科的仿真工具，在同一平臺下自動調用各工具執行多學科耦合仿真分析。
圖3 Optimus仿真流程集成界面
? 試驗設計
科學地確定試驗或仿真方案中的參數組合，采用少量代表性的試驗方案，快速探索整個設計空間，實現參數的靈敏度分析、相關性分析，辨別關鍵參數，幫助用戶對設計問題有更深入的了解。
展開 多學科協同仿真管理平臺SDMan針對多學科多專業的計算機仿真數據進行結構化管理、對仿真流程進行規范化管理、對仿真工具進行集成管理，實現多學科仿真過程的協同管理。平臺通過仿真流程管理功能實現多學科仿真任務的策劃，分配仿真任務給各學科的專業分析人員，實現任務之間的仿真數據傳遞。通過仿真流程模板可定義多學科耦合的仿真流程，支持串行、并行等流程執行方式。通過數據管理功能實現仿真過程數據的存儲、檢索、數據譜系和多方案多工況的對比。實現管理者、專業分析人員之間的多學科仿真任務協同和數據協同。
平臺提供基于B/S（瀏覽器/服務器）架構的Web訪問，以及基于C/S（客戶端/服務器）架構的本地客戶端訪問。Web訪問方式方便管理者通過瀏覽器對仿真項目的管理、仿真任務的策劃、資源的調配、仿真過程的監控、仿真文件的查看等。本地客戶端方式貼合仿真分析工程師的日常工作環境，可在客戶端集成仿真環境中調用封裝的工具軟件、執行仿真任務、上傳仿真結果等工作。
功能特色
功能特色
多學科協同仿真管理平臺核心的功能模塊包括仿真流程管理、仿真數據管理以及仿真工具集成，同時平臺具備仿真知識管理功能，用于管理仿真規范、仿真模板、仿真材料等，平臺可集成高算資源，仿真流程中的仿真求解任務可提交到高算平臺上。平臺具備完善的權限管理配置功能，滿足三員管理及保密功能。
多學科協同仿真管理平臺的核心功能模塊見下圖。
展開 CIDO (Collaborative Integrated Design Optimization Platform)
協同式集成設計優化平臺解決方案
賽特達的CIDO解決方案是具有國際領先水平的靈活、完整的多學科協同設計/分析/優化平臺的解決方案，主要用于系統總體和各分系統方案設計的多學科權衡和優化。其主要功能是將建模、仿真等軟件工具及計算資源平臺集成在統一的網絡環境下，通過建立設計規范、模型支撐庫和知識庫和關聯主模型, 將運行方式、數據格式各不相同的多專業學科設計分析工具和算法進行封裝和集成，方便快捷地定制多學科協同設計過程模板，并在此基礎上通過調用后臺強大的優化算法庫和優化策略進行多學科綜合仿真分析和設計優化,形成企業級的多學科設計、分析、優化流程的閉環體系,充分利用各個學科或子系統之間的相互作用所產生的協同效應，實現不同階段、不同范圍和不同復雜程度的多學科優化設計以及多方案對比分析。
技術架構
CIDO解決方案的技術架構基于J2EE的企業多層體系架構，采用XML標準進行任務描述和封裝，通過組件技術、過程集成技術、多學科設計矩陣技術、Web應用技術和接口技術，從總體架構基礎上保證了該系統平臺具有高度的可靠性、可重用性、可擴展性和可集成性。
獨特功能
多學科協同設計分析平臺支持結構、流體、氣動、強度、控制等多物理量耦合計算和協同仿真，通過模型封裝和過程集成的方式將多學科模型及其數據流關聯起來，實現多學科優化過程的自動化分析迭代，其主要功能包括:
1)
高度柔性的模型封裝以及關聯主模型集成
提供方便的機、電、控制、運動學、強度等學科分析模型的信息封裝、信息集成和信息抽取功能。
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CIDO解決方案的技術架構基于J2EE的企業多層體系架構，采用XML標準進行任務描述和封裝，通過組件技術、過程集成技術、多學科設計矩陣技術、Web應用技術和接口技術，從總體架構基礎上保證了該系統平臺具有高度的可靠性、可重用性、可擴展性和可集成性。
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這種融合多學科協同設計與智能優化技術的新方法，為突破下一代航空發動機性能瓶頸提供了關鍵技術支撐，將有效推動我國航空發動機自主研發能力的提升。”
作為世界最大的仿真技術公司，Ansys產品覆蓋了結構、流體、電磁、光學、光電子、聲學、半導體，軟件和系統等多個領域，并進一步實現了多學科，多物理協同設計與優化，幫助工程師解決最具挑戰性的工程問題。秉承“在中國，為中國” 的理念，以Ansys先進仿真的技術為基礎， Ansys致力于構建仿真技術生態，幫助中國用戶更好地發揮仿真工具的作用，提高仿真應用效果，從而推進創新，助力中國企業的持續發展。
引 言
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