Isight技术文件

技术响应与说明文件系统集成优化软件Isight技术说明书目录一ISIGHT介绍 (2)二系统目标 (2)三ISIGHT系统架构 (3)四ISIGHT功能 (3)五与招标文件相关技术要求的实质性响应 (4)1.功能要求 (4)1.1设计仿真流程集成 (4)1.2模型的可移植性 (5)1.3集成自编程序能力 (5)1.4知识的可重用性 (5)1.5 优化算法库（Optimization） (5)1.6 组合优化策略 (5)1.7工程数据挖掘（EDM） (7)1.8实验设计（Design of Experiment） (7)1.9近似模型设计 (7)1.10 强大的后处理能力 (7)1.11分布计算的能力 (8)2技术指标要求 (8)2.1 Isight可扩展性 (8)2.2通用接口及无缝集成接口 (8)2.3流程的搭建模式 (8)2.4优化算法嵌套功能 (9)2.5支持新型算法的构建 (9)2.6参数类型及算法并行 (9)2.7实验方案灵活更新 (9)2.8近似模型自动更新 (9)2.9二次开发能力 (10)2.10 Database Lookup功能 (10)2.11跨平台的能力 (10)2.12市场地位 (10)2.13软件可靠性及易用性 (10)六模块配置推荐 (11)一Isight介绍产品设计的数字化是企业信息化的重要内容。

当今的企业面对着激烈的竞争、苛求的客户、细分的市场、越来越复杂的产品、越来越短的产品生命周期、严格的法规和环境保护要求以及系统集成等等问题；同时，产品的复杂性也不断增长，涉及的学科领域也越来越宽，往往是结构、流体、电磁、动力等等学科交织在一起。

传统的产品设计方法已经很难满足企业当前生存和发展的需要，历史经验表明：性能是通过经验的不断积累而获得的。

各企业都希望其高技术、大容量的产品能够在继续保持或提高性能的同时，把成本降下来，如果引入基于计算机的多学科设计优化（MDO，Multidisciplinary Design Optimization）技术，无疑将进一步改善系统整体性能和产品质量。

“多学科分析和集成优化技术（MDA & MDO，Multi-disciplinary Analysis & Optimization）”，是适应大型复杂工程系统的设计技术，对于提升大型复杂系统综合设计制造能力发挥着巨大的作用，是提高设计质量，提升系统综合性能的重要手段。

波音、空客、洛克-马丁、NASA等国外先进武器设计制造商和国防机构高度重视这方面技术的研究，其应用和实践不断向纵深发展，地位与作用日益变得重要。

在传统的设计优化中，往往是系统设计人员多次反复地进行串行设计和单学科优化，这种方式忽略或简化了各个学科之间的设计耦合关系，对挖掘各个学科或子系统之间的相互作用所产生协同效果缺乏有效的技术手段，很难对总体性能参数进行充分利用。

并且，这种设计模式属于串行设计模式，设计周期必然加长，对于小批量设计生产的产品来说，开发成本必然增加。

针对这些问题，提出构建多学科设计优化平台是非常必要的。

多学科分析和集成优化技术（MDA & MDO）是一种通过充分探索和利用系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法论，其主要思想是在复杂系统设计的整个过程中利用分布式计算机网络技术，集成各个学科（子系统）的知识，应用设计优化策略对设计过程进行组织和管理。

其目的是充分利用各个学科（子系统）之间的协同效应，通过设计优化及多目标折中权衡，获得系统的整体性能和质量综合最优解，通过实现并行设计来缩短设计周期，从而使研制出的产品更具有竞争力。

多学科分析和集成优化技术的宗旨与现代制造技术中的并行工程思想不谋而合，它实际上是采用集成和优化原理为产品的全寿命周期设计提供一个理论基础和实施方法，是虚拟产品研发和数字化生产线的重要组成部分。

基于Isight的面向多学科分析和集成优化系统，融合了先进的物理、数学和计算机技术，可以构建全面的可重用的参数化模型库、实现分析流程标准化和自动化、最大限度的进行设计空间探索和灵敏度分析、通过分析模型标定和验证提高分析可信度、通过多目标设计权衡和优化指导科学决策、实现质量设计优化提高研发能力。

二系统目标多目标多学科协同设计优化平台Isight主要用于系统总体设计、各子系统、零部件初步方案设计阶段的多学科权衡和优化，以及详细设计阶段的敏度分析、模型标定、参数优化和质量控制。

该平台可以将建模、仿真等软件工具及计算资源集成在统一的系统环境下，通过建立系统的设计规范、模型支撑库和知识库，调用功能强大的多学科优化的方法库和算法库，充分利用各个学科或子系统之间的相互作用所产生的协同效应，实现系统在不同阶段、不同范围和不同复杂程度的多学科优化设计以及多方案对比分析。

Isight旨在帮助提高工程设计人员的能力，它将达成如下目标：1）流程自动化和标准化：实现传统手工设计、分析与优化流程的自动化和标准化，实现真正意义上的多方案自动评估比较，提高设计效率，缩短设计周期。

2）多学科集成分析和优化：驱动多学科联合仿真，实现多学科优化，大大提高产品创新设计能力，改进产品性能，降低产品成本。

3）积累设计知识，识别关键参数：通过参数敏度分析，帮助设计师探索设计空间，寻找影响性能的关键参数，从而改进设计水平。

4）提高仿真试验的水平和可信度：通过用试验数据标定仿真模型，提高仿真模型精度和可信度；通过科学安排试验设计方案，降低试验次数与成本。

5）提高设计决策能力：通过多目标权衡和折中，帮助设计师进行多个设计指标之间的协调和优化，实现科学决策。

6）逼近参数关系，提高优化效率：通过工程数据挖掘，构建原问题的近似模型，替代耗时仿真模型，提高优化效率。

7）与高性能集群计算机的协同，提高企业软硬件资源投资回报：能够灵活部署到高性能集群计算机（LSF，PbsPro等HPC）环境，实现大规模分布并行优化，提高复杂产品的设计能力。

三Isight系统架构Isight架构体系包括以下几部分：●Design Gateway：流程设计集成客户端设计终端，设计者通过DesignGateway来完成流程集成以及优化算法的定义。

●Runtime Gateway: 作业提交执行客户终端●Components & Design Drivers: CAD/CAE接口组件和算法组件四Isight功能iSIGHT起源于GE Boeing 777航空发动机集成设计项目的成功实践，iSIGHT的过程集成与优化解决方案通过全球众多知名企业在大量复杂工程项目中的具体实施，创造了无数效率与品质的奇迹。

1）网络化的流程集成和设计自动化平台，缩短产品设计开发周期：a)提供一个分布式的分析和优化计算环境，集成分布式的CAE/CAD 软件模型和资源，把传统的人工反复参数试算过程自动化b)所见即所得的人性化集成界面，让没有编程经验的设计人员可以快速集成各种程序，大大降低了使用门槛，让设计人员不再受底层软件接口的困扰c)形成可重用组件库，实现设计模型的分布式共享、存取、修改、发布和版本管理d)帮助企业创建多学科综合设计的理想工作环境，支持多专业、多学科的设计人员在统一的集成框架下进行设计2）先进的产品“现代三次设计”方法，提高企业自主设计能力：a)用“现代三次设计”（参数设计、系统设计、稳健设计）的智能算法指导设计人员的经验设计，满足企业对产品的性能设计和质量设计的要求b)应用工程界广泛使用的分阶段设计策略，将设计算法执行全自动化，全过程所见即所得c)设计方法库分为，实验设计、近似模型、设计优化d)其应用可以贯穿产品系统设计的数字化设计各阶段：概念设计、布局优化、模型试验标定、详细设计……e)提供一套完整的支持设计、优化过程自动化的辅助工具，完成以曲线、图表、数据库为手段的数据分析。

五与招标文件相关技术要求的实质性响应1.功能要求1.1设计仿真流程集成根据具体设计分析过程中数据的流向确定流程节点的相互关联关系，以数据流向作为流程定义的依据，每一个分析设计节点分别对应各自的输入输出文件，定义变量关联输入输出文件，输入变量的值在节点应用程序执行前写入输入文件，输出变量在应用程序执行之后从结果文件中读取结果数据，各节点间的数据以参数映射的方式进行传递。

具体来讲，通过鼠标拖拽的方式，按照数据对应关系，将模型库中的模型通过“搭积木”的方式装配成一个迭代的流程进行流程集成，利用流程集成工具可以实现条件流程、并行流程等复杂流程的集成；选择相应组件完成数据交换、数据显示、报告提交等辅助流程节点的定义。

集成过程不需要编写代码，通过批处理命令来实现软件的自动调用，通过文件解析的方式映射设计参数，具有高度的灵活性。

下图显示的是一个“设计-仿真-优化流程”集成界面及参数映射的界面：图“设计-仿真-优化流程”集成界面图任务流程中的参数映射1.2模型的可移植性在Isight里面，集成所需的仿真文件都可以采用“In Model”的形式和模型封装到一起、其中模型的封装及仿真数据的交换均采用XML标准协议，这样就使得系统具有良好的可移植性。

1.3集成自编程序能力除了集成商业软件外，Isight还能集成用户自编写的仿真数据处理程序。

1.4知识的可重用性对于一个大型机构的设计来说，它的设计模型随着时间和经验的积累是可以标准化，固化的，比如机构的总体设计，结构设计，流体，气动及造价分析等等，其中涉及到的软件可能包括CATIA, UG, NASTRAN、PATRAN、FLUENT、Matlab等，既有商业CAD, CAE 软件又可能有企业自编程序。

模型库建立的过程就是各设计分析节点应用程序、输入输出文件以及输入输出变量的一个封装过程。

各应用程序的封装可分别采用脚本封装、COM封装等方式进行Isight提供方便的可重用模型库，将这些模型参数化，形成模板库，将建好的模型统一管理，再次使用时直接从库里导出就可以进行再利用，从而为流程集成和自动化打下了基础。

对于NASTRAN、PATRAN、FLUENT这样的商业CAE和CFD软件，Isight提供了一个通用的基于脚本和命令行方式的集成接口Simcode，用户首先根据具体问题建立仿真分析前处理、求解和后处理命令流脚本文件，该文件作为输入文件被集成到Simcode组件中，通过参数映射将输入文件中的变量与流程参数进行关联，以实现仿真参数的修改，然后，以命令行方式启动执行该文件，进行求解计算，最后，将读入计算结果文件，以参数映射方式从结果文件中读取数据，传递给流程后续节点，实现数据传递。

1.5 优化算法库（Optimization）Isight优化算法库是现代应用数学的优化方法的集合，综合了经典的数值优化方法如满应力法Stressration、现代全局优化方法如多岛遗传算法MIGA、多目标多准则优化算法如NSGA-II、Pointer智能优化专家方法，Exploration智能组合算法以及Targetsolver目标规划法等等，大大提高了优化技术的实用性和适用性，是工程师开展设计优化工作的利器。