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1、 iSIGHT工程优化实例分前言随着设备向大型化、高速化等方向的发展，我们的工业设备（如高速列出、战斗机等）的困难程度已远超乎平常人的想象，装备设计不单要用到大量的人力，甚至已牵涉到了数十门学科。例如，高速车辆设计就涉及通信、限制、计算机、电子、电气、液压、多体动力学、空气动力学、结构力学、接触力学、疲惫、牢靠性、修理性、保障性、平安性、测试性等若干学科。随着时代的进步，如今每个学科领域都形成了自己特有探讨方法及发展思路，因此在设计中如何增加各学科间的沟通及联系，形成一个统一各学科的综合设计方法（或平台），成为工程和学术界所关注的重点。多年来，国外已在该领域做了很多著有成效的探讨工作，并起先了
2、多学科优化设计方面的探讨。就国外的探讨现状而言，目前已经实现了部分学科的综合优化设计，并开发出了如iSIGHT、Optimus等多学科商业优化软件。iSIGHT是一个通过软件协同驱动产品设计优化的多学科优化平台，它可以将数字技术、推理技术和设计搜寻技术有效融合，并把大量须要人工完成的工作由软件实现自动化处理。iSIGHT软件可以集成仿真代码并供应智能设计支持，对多个设计方案进行评估和探讨，从而大大缩短了产品的设计周期，显著地提高了产品质量和牢靠性。目前市面上还没有关于iSIGHT的指导书籍，而查阅软件自带的英文帮助文档，对很多国内用户而言尚有确定的难度。基于以上现状，作者依据利用iSIGHT做
3、工程项目的阅历编写了这本iSIGHT工程优化实例。本书分为优化基础、工程实例和答疑解惑三个部分，其中工程实例中给出了涉及铁路、航空方面多个工程案例，以真实的工程背景使作者在最短的时间内驾驭这款优化的软件。 本书在编写的过程中，从互联网上引用了部分资料，在此对原作者表示诚心地感谢！我要真诚地感谢大连交通高校（原大连铁道学院）和王生武教授，是他们给了我学习、接触和运用iSIGHT软件机会！仅以本书献给全部关切我的人！赵怀瑞2023年08月于西南交通高校书目第一章 相识iSIGHT11.1 iSIGHT软件简介11.2 iSIGHT工作原理简介51.3 iSIGHT结构层次6其次章 结构优化设计理论
4、基础82.1 优化设计及数值分析的关系82.2 优化设计基本概念82.3 优化模型分类102.4 常用优化算法112.5大型结构优化策略及方法26第三章 iSIGHT软件界面及菜单介绍333.1 iSIGHT软件的启动333. 2 iSIGHT软件图形界面总论333.3 任务管理界面373.4 过程集成界面443.5 文件分析界面473.6 过程监控界面513.4 多学一招C语言的格式化输入/输出55第四章 iSIGHT优化入门564.1 iSIGHT优化基本问题564.2 iSIGHT集成优化的一般步骤564.3 iSIGHT优化入门水杯优化58第五章 模压强化工艺优化795.1 工程背景及
5、概述795.2 优化问题描述795.3 集成软件的选择805.4有限元计算模型介绍815.5 模压强化优化模型815.8 iSIGHT集成优化845.9优化结果及其分析915.10 工程优化点评及提高92第六章 单梁起重机结构优化设计936.1 工程及概述936.2 优化问题描述936.3 集成软件的选择946.4起重机主梁校核有限元计算模型介绍956.5 主梁优化模型956.8 iSIGHT集成优化986.9优化结果及其分析1036.10 工程优化点评及提高1036.11 多学一招ANSYS中结果输出方法103第七章 涡轮增压器压气机叶片优化设1057.1 工程背景及概述1057.2 集成软
6、件的选择1057.3 限元计算模型介绍1077.5优化模型1087.6 输入、输出文件格式及其分析1097.7 iSIGHT集成优化1107.8优化结果及其分析1177.9 工程优化点评及提高122第八章 飞机风挡防撞设计优化1238.1 工程背景1238.2工程概述1238.3 集成软件的选择1248.4限元计算模型介绍1258.5优化模型1268.7 iSIGHT集成优化1298.8优化结果及其分析1328.9 工程优化点评及提高1348.10 多学一招LSDYNA结果输出方法135第九章 桥式起重机吊架优化设计1379.1 工程背景1379.2工程概述1379.3 集成软件的选择1379
7、.4限元计算模型介绍1389.5优化模型1389.7 iSIGHT集成优化1409.9优化结果及其分析1459.9 工程优化点评及提高1479.10 多学一招ABAQUS输入、输出文件方法148第十章 CRH5轮轴材料参数匹配优化设计14910.1 工程及概述14910.2 优化问题描述14910.3 集成软件的选择14910.4限元计算模型介绍14910.8优化模型14910.7 iSIGHT集成优化15110.8优化结果及其分析15510.9 工程优化点评及提高15510.11多学一招MSC.Mac中结果输出方法155第十一章 车体试验设计15611.1 工程及概述15611.2 优化问题
8、描述15611.3 集成软件的选择15611.4限元计算模型介绍15611.9 模压强化优化模型15611.7 iSIGHT集成优化15611.9优化结果及其分析16011.9 工程优化点评及提高160第一章 相识iSIGHT1.1 iSIGHT软件简介iSIGHT是美国Engineous公司出品的过程集成、优化设计和稳健性设计的软件，可以将数字技术、推理技术和设计探究技术有效融合，并把大量的须要人工完成的工作由软件实现自动化处理，在多学科优化类软件中市场知名度和占有率均居第一位，占有55的市场份额。iSIGHT软件可以集成仿真代码并供应设计智能支持，从而对多个设计可选方案进行评估，探讨，大大
9、缩短了产品的设计周期，显著提高。iSIGHT软件由Siu S.Tong博士首创，做为Engineous公司创始人和董事长他于1979-1983年在MIT攻读博士期间，首次提出了“软件机器人”概念。1982年Tong博士加入通用电气公司进一步实现这个构想。他组织并领导一个小组，致力于开发第一代“软件机器人”技术，并获得通用电气和美国政府1200万美元投资。经过十余年时间发展，“软件机器人”工程化、好用化不断加强。 当意识到工业界对iSIGHT设计开发环境的普遍认同和巨大需求后，1994年Siu S.Tong成立Engious公司起先将iSIGHT软件商业化。目标是为大量运用计算机仿真模型的工业界
10、供应先进工程设计和管理软件，并同时供应相关服务。1995年iSIGHT第一个商业版本发布。该版本拓展了早期iSIGHT软件的很多功能。1996年和1997年iSIGHT新版本相继发布，在集成各类仿真软件的敏捷性和易用性方面获得极大提高。经过最初三个版本的发布，iSIGHT软件商业化达到了很高程度，这意味着更好的用户界面、更强的可用性、更直观的求解监视、以及对多学科综合设计更有力的支持。2023年初，Engineous 收购了 Synaps， 一家地处亚特兰大的基于过程集成和设计优化（PIDO）的软件供应商。这次收购行为供应了一个特别好的契机，Engineous 将Synaps产品的先进技术融合
11、到iSIGHT软件当中。2023年秋，iSIGHT 9.0 发布，除了从Synaps产品中提取出的几个特殊闻名的功能外(如， Pointer优化器，仿真云图，自动生成EXCEL格式报表等 )，最新版本中包含的最主要的先进技术还有：selectable terms for response surface methods,径向基函数（RBF）神经网络近似模型，动态稳健设计方法。iSIGHT在缩短产品设计周期、降低产品成本、提高产品质量等方面，每天都在取得令人瞩目的突破。据美国权威市场调查公司Daratech统计，iSIGHT在过程集成和设计优化领域的全球市场占有率超过一半，已成为航空、航天、汽车
12、、兵器、船舶、电子、动力、机械、教化探讨等领域首选的过程集成、设计优化和牢靠性稳健设计的综合解决方案。总的来说，iSIGHT软件有集成自动化、结果数据综合分析以及网络运算三大优势。集成自动化一个典型的工程须要不断进行“设计评估改进”的循环。CAD/CAE的引入提高了这一过程的效率。CAD加快了造型、装配、出图的设计过程，而CAE则削减了大量的试验，供应了有效的分析和评估工具。但是在这种设计过程中，80%的工作量是没有创建性的重复性工作，中间环节繁杂易错。iSIGHT通过一种搭积木的方式快速继承和耦合各种仿真软件，将全部设计流程组织到一个统一、有机和逻辑的框架中，自动运行仿真软件，并自动重启设计
13、流程，从而消退了传统设计流程中的“瓶颈”，使整个设计流程实现全数字化和全自动化。一个典型的集成过程主要包括以下四个步骤：软件集成（集成一个或多个仿真软件）问题定义（定义设计变量、约束和目标函数，也称建模）设计自动化（选择优化设计方案）数据分析和可视化（实时监控设计分析过程）对于优化设计的探讨不断证明，没有任何单一的优化技术可以适用于全部设计问题。iSIGHT就此问题供应了两种解决方案：其一，iSIGHT供应完备优化工具集，用户可交互式选用并可针对特定问题进行定制；其二， iSIGHT供应一种多学科优化操作，以便把全部的优化算法有机组合起来，解决困难的优化设计问题。iSIGHT包含的设计方法可以
14、分为优化设计、试验设计、靠近计算和质量工程四大类，如图所示。1优化设计优化的目的是通过设计搜寻，找寻满足约束条件和目标函数的最佳设计方案。iSIGHT供应了多种优化算法，主要有如下几种： 数值方法 全局探究法 启发式搜寻 多目标多准则优化算法2、试验设计在进行设计的时候，对于设计目标影响的因素有时候比较多，可是由于计算资源或时间的因素不行能考虑全部的因素，所以iSIGHT供应了试验设计功能。通过试验设计分析，发觉对目标函数影响较大的关键参数，而对于那些影响稍微的参数在后续的设计就可以忽视，在资源有限的状况下提高了计算效率，又保证结果的牢靠性。iSIGHT软件中常用的试验设计有： 正交试验 中心
15、复合试验 数据文件 全因子/单因子组合试验 超拉丁方抽样试验 优化的超拉丁方抽样试验3、近似模拟近似模型就是用近似模型代替原来运行时间较长的分析模型，以快速获得解答。iSIGHT所供应的近似模型及方法主要有如下几种： 高阶响应面模型 泰勒级数近似法 变困难度模型 Kriging近似模型 径向基数函数神经网络模型（RBF） 面对西格玛的牢靠性、稳健性设计（DFSS）图1.1.1 iSIGHT优化设计结构框图4质量工程考虑设计中的不确定性因素，找寻胜利概率高并且对非确定因素不敏感的设计方案，从而保证了设计的稳健性和牢靠性。iSIGHT的质量工程分析主要包括如下几个方面： 蒙特卡罗模型 牢靠性分析和优化（动态、静态）稳健设计结果数据分析对于大多数设计软件，算法起先执行后须要等
