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Isight

软件概述

Isight最初是由美国Engineous公司开发的复杂装备产品的仿真分析过程集成、新产品探索、优化设计和稳健性设计的仿真分析的平台性软件,它可以将数字技术、推理技术和优化探索技术有效融合,在工业工程设计过程中能够将多个学科专业的仿真分析进行联合仿真,使产品在系统级别上能够在性能上得到提升。使产品设计在全局范围内得到一个最好的设计方案。它是运用严密的数学算法进行仿真设计的,为新产品探索和已有产品改型提供了科学依据。使用这种技术大大缩短了产品的仿真、设计、评估周期,显著提高了新产品的性能。它是通过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可以帮助企业实现:
缩短产品开发和制造周期;
降低产品设计和制造成本;
提高产品设计和制造性能;
收进产品质量可靠性;
解决从前难以解决的设计问题。

功能介绍

仿真设计流程集成自动化

优化设计

对优化设计的研究不断证实,没有任何单一的优化技术可以适用于所有设计问题。实际上,单一的优化技术甚至可能无法很好地解决一个设计问题。不同优化技术的组合最有可能发现最优设计。优化设计极大地依赖于起始点的选择,设计空间本身的性质(如线形、非线形、连续、离散、变量数、约束等等)。

iSIGHT 就此问题提供两种解决方案。第一,iSIGHT 提供完备的优化工具集,用户可交互式选用并可针对特定问题进行定制。第二,也是更重要的,iSIGHT 提供一种多学科优化操作模式,以便把所有的优化算法有机组合起来,解决复杂的优化设计问题。

iSIGHT 包含的优化方法可以分为四大类:数值优化、全局探索法、启发式优化法和多目标多准则优化算法。

iSIGHT 包含的具体算法按分类列表如下:

试验设计

iSIGHT 试验设计是根据试验设计原则而发展起来的具体技术,它通过系统和有效的方法来分析设计空间,进行设计参数筛选(减小问题规模),评估设计变量影响,以及辨别关键的设计变量交叉影响关系。此外,试验设计所产生的数据也可用于构造近似模型,以进行基于近似方法的优化设计。许多人认为试验设计技术也是优化技术的一种替代方法。不管有什么样的区别,试验设计总是可被用于强化传统的优化设计过程。一个成功的试验设计所得到的信息,往往可以帮助优化设计更有效地得到一个改进的设计方案。

iSIGHT 目前包括的试验设计技术列表于下表并附有简要说明。

近似模型

曲线拟合技术很久以来就被用于推导自变量与因变量之间的函数关系。用户根据试验数据了解这些变量之间的关系,并发展经验关系式进一步用于性能预测。对于计算代价高昂的仿真或分析软件,为加快对设计方案性能的评估,iSIGHT 用多种近似原理构造替代的近似模型,代替或强化精细分析和仿真软件。iSIGHT 目前包含五类近似模型,如下表所示,即响应面模型,泰勒级数,简易/ 详细复合模型,Kriging模型及径向基函数(RBF)神经网络模型。

iSIGHT 可以灵活地构造近似模型。有多种方式可以初始化一个近似模型,包括:将仿真软件运行必要的次数以得到构造近似模型所需的数据;利用优化级数或DOE 技术筛选出来的数据点;直接读取iSIGHT 数据库;或使用先前运行所遗留的数据文件。再有,随着运行过程不断进行新的仿真计算,近似模型还可以进行在线更新,从而在求解收敛过程中持续改进近似模型的准确性。

每种近似方法都有最有效的应用领域。然而,在任何情况下应用近似模型的最大好处都是为了减少实际仿真软件的调用次数。当涉及开销大的仿真计算时这一好处尤其明显,近似模型的应用通常可将实际求解时间大大缩短几个数量级。iSIGHT 近似方法已被广泛地应用,并被证明可以解决高度复杂的真实物理问题,其中一些问题由于运行时间在从前是不可能解决的。

质量工程

实际工程问题都包含些许随机因素(如果不是本质上的随机),载荷条件、材料特性、分析仿真模型准确度、几何特征、制造公差、使用条件等等实际上都会有一些随机波动。然而,许多优化设计没有考虑这些随机因素。优化技术倾向于将设计推向一个或多个约束边界,直到约束条件起作用后停止,从而产生一个高风险的设计方案。设计参数或操作条件的一个微小的波动就足以导致设计失败。传统设计方法仅仅通过采用安全系数来处理随机因素,因此常常导致超裕量设计,并且无法深入了解各种随机因素的影响,以及实际的安全裕量。近年来,质量工程方法的长足发展使设计人员可以通过随机模型和概率分析处理不确定性和随机性。当这些技术在优化设计的框架下进行运用时,可以搜寻不仅理论上可行,而且实际上(存在随机波动)也同样可行的设计方案。

iSIGHT 目前包括五种质量工程设计方法。他们通过解决工程设计中的不确定性或随机性问题来达到提高产品或过程质量的目标。这些方法包括:蒙特卡洛分析,可靠性分析,基于可靠性的优化设计,(动态、静态)田口(Taguchi) 稳健性设计,以及六西格玛设计。

软件结构
 

图形用户界面(GUI)I)

iSIGHT 图形用户界面令用户可以方便、迅速地完成问题定义和执行设计开发作业。GUI 的前端是一个任务管理器,它是用户使用iSIGHT 所有功能的一个总入口。

二次开发语言(MDOL API)I)

GUI 中的所有操作实际上都是在驱动iSIGHT 特有的MDOL API 语言。MDOL 是一种强大、友好的宏,它在内部把GUI 操作和定义翻译成iSIGHT 通信协议。另外,MDOL API很容易客户化,以便解决各种复杂程度的设计开发问题。

iSIGHT设计方法和接口层I)

iSIGHT 设计方法和接口层提供基本的机制,以便将仿真软件组件、优化技术、数据库、监控分析工具、命令驱动工具和GUI 工具无缝集成到一个协同的设计自动化系统。 下图是iSIGHT 图形用户界面构成,它包括三方面功能:过程集成、问题定义和求解监控,这些功能完成从集成、自动化到求解监控、设计探索的各个步骤。 在iSIGHT 中,任务管理器是唯一可以访问软件所有模块的入口。任务管理负责控制设计流程的执行。用户通过任务管理可以引导、管理任务的执行过程。在任务管理模块,可以使用的控制手段包括:

Post-solve(后处理)I)

iSIGHT 为优化计算过程提供监控优化过程和数据后处理工具,使用户能够实时了解设计方案变更的时机和效果,准确地把握设计空间的特点和性质。 随着iSIGHT 软件功能的不断增强,对高级后处理和数据分析服务的需求能力也增强了。iSIGHT 高级数据分析模块提供强大的可视化、编程、和统计分析功能。iSIGHT 运行中产生的数据库文件,可以通过求解监控工具条上的按钮直接调入高级数据分析模块。此外,用户还可创建命令脚本文件以便在调入数据库后自动执行。

Distributed and Parellel(分布式并行)I)

iSIGHT提供分布并行模式,使用户能够有效合理的利用硬件资源,对复杂耗时的优化任务进行多机分布并行计算,并且用户可以通过图形界面总览当前网络环境,并根据计算机类型或工作组特性进行任务分派。另外,iSIGHT可以与FIPER协同环境连接,支持大规模MDO并行

典型用户

自从引入工业界以来,许多财富500强和跨国企业已经开始采用和实施iSIGHT设计框架,并在许多有案可查的工程设计和制造项目中给这些企业节省了数千万美元的成本。

自2003年正式成立进入中国市场以来,Isight迅速获得了国内航空、航天、船舶、汽车、电子、兵器、高校等领先的研究部门认可,诸如:

航天三院三部、一院12所、二院207所、航天802所、航空608所等;

兵器201所、船舶701、船舶702所、核一院、电子14所等;

一汽、长安、哈尔滨汽轮机厂、玉柴机器、佳通轮胎等;

清华大学、北京航空航天大学、西北工业大学、北京理工大学等。


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