应用方案
CASE STUDIES

基于CAD&CAE

       OASIS奥希思可以和任何仿真软件结合,把仿真软件当做黑匣子,客户只需要给出:输入变量、变量范围和廉价约束条件, 然后设定输出目标、和昂贵约束条件, 就可以一键优化了。输入设定时选择下边界和上边界来定义搜索空间。廉价约束是设计变量之间的数学关系方程式。昂贵约束依赖于仿真输出的结果,OASIS奥希思只选择满足该约束的变量,以更快的速度找出满足这些昂贵约束的更好设计,大大节约运算时间。
       OASIS奥希思基于AI/ML的优化内核算法,不仅对普通设计具有优势,同时针对高维、严格约束等其他优化软件的疑难工程设计更具优势。客户不需要像用其他软件时,以减少变量和约束条件来找设计结果。OASIS奥希思是可以在不减少变量和约束条件的情况下,在全局范围内,迅速找出更优的设计结果的。
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        以下是几个CAD/CAE+OASIS奥希思的集成演示案例。目前版本(2018.1)的OASIS奥希思智能优化软件总共有三个仿真集成接口。它们分别是Ansys Workbench集成接口、SolidWorks集成接口以及通用式集成接口。
        Ansys Workbench集成接口。Ansys Workbench接口不需要使用原始仿真模型的输入和输出文件来进行前期的集成配置,可以在Ansys Workbench中直接打开OASIS奥希思插件一键进行集成设计仿真优化。Ansys作为世界上最大的仿真软件之一,收购了众多的仿真软件如Fluent、CFX、Maxwell、LS-Dyna等等,通过Ansys Workbench平台接口真正能做到多学科仿真智能优化设计。

                  

      SolidWorks集成接口。SolidWorks接口和Ansys Workbench接口一样,可以直接打开SolidWorks里的OASIS奥希思插件提取所设计的变量参数并一键进行设计仿真优化,也十分简便。

                

       通用式集成接口。OASIS奥希思具有灵活稳健的集成功能,它可以通过一个稳健的仿真集成引擎来与任何外部仿真模型集成。用户只需使用原始仿真模型的输入和输出文件就可以很容易地定义集成方式。并且集成引擎支持多重仿真工具的数据流、仿真迭代和文件监视,还可以用脚本文件来支持高级灵活的集成任务,对集成进行包装简化。

                             

      上图就是OASIS奥希思内部通用式接口的集成配置面板。它分别代表的含义是要集成第三方软件的执行文件的目录、优化的工作目录(该路径具有原始仿真模型的输入和输出文件)、输入文件、输出文件、优化数据备份、退出代码、第三方软件每次运算最大仿真时间和执行策略。其实上,归根结底,只要可以找到原始参数化模型的输入文件和仿真的输出结果文件,再配置第三方软件的后台计算的命令行就可以进行集成了。
      下面,主要介绍以下四个概念:

1.   输入文件

       原始仿真模型的输入文件主要是指可执行的GUI宏命令的脚本文件又或者是基于软件的脚本语言而构建的脚本文件。OASIS奥希思是参数优化软件,所以输入文件的主要特征就是具有参数,仿真软件可以执行该脚本文件且自动根据参数更新模型。比如,Abaqus,正常来讲Abaqus的输入文件是inp文件,但是由于inp文件里没有模型的几何参数信息,因此要基于Abaqus的脚本语言(python)去进行参数化而构造Abaqus可以读取执行的py文件。

2.   输出文件

       输出文件主要是可以显示结果数据参数的结果文件。OASIS奥希思可以根据该目标结果参数通过AI/ML优化算法迭代给出下一次要执行的变量参数,给出的变量参数会更新原始仿真模型的输入文件,再进行有限元计算得出一组新的目标结果参数,如此循环。因此,对于输出文件是没有文件格式限制的,OASIS奥希思仅仅是根据该目标结果输出数据,通过优化算法去选择下一次要迭代的设计变量参数而已。

3.   命令行 

       命令行(command line)是指CAD/CAE软件可以不打开软件窗口,直接在后台用命令行来提交任务。比如对于Abaqus来说,打开ABAQUS Command,然后在 DOS 窗口中输入:
 
提交任务:(int 就是 interactive)
abaqus job=jobname1 int
 
结束任务:(一般不可恢复)
abaqus terminate job=jobname1 int
 
任务暂停:(可恢复)
abaqus suspend job=jobname1 int
 
恢复运算:(从上次分析结束的地方重新开始分析)
abaqus resume job=jobname1 int
 
等等。我们可以在OASIS奥希思的通用式集成接口上输入这些命令行,让OASIS奥希思去调用仿真软件在后台进行迭代计算。

4.   参数捕获

       在OASIS奥希思中,可以预览仿真软件所生成的输入和输出文件。找到要优化的变量和目标参数,进行抓取捕获。目的是让OASIS奥希思所定义的参数和仿真软件所生成的参数一一对应起来,保证在每一次的迭代运算中,所有集成软件数据的一致性。

      OASIS奥希思不仅仅可以集成一款软件,它也支持多学科软件的集成,比如一仿真软件的输入是另一仿真软件的输出、输入文件是CAD软件生成的而输出文件是仿真软件生成的等等。对于这些情况,可以把各个软件的命令行打包在一个可执行的脚本文件中即可。这样,运行该脚本文件,OASIS奥希思就会按照命令行的顺序在后台调用软件进行迭代运算。下图为CAD+CAE+OASIS奥希思的循环迭代示图。
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       总之,OASIS奥希思通过强大的输入-输出捕获机制和脚本来支持复杂的集成,从而驱动工具链。大多数情况下,设计师是使用CAD软件来构建进行仿真和优化研究的模型。因此,通常会把得到的CAD文件导入到仿真软件来进行仿真研究。有时在仿真分析中,很难对CAD模型进行参数化,或者前期用于网格划分的预处理软件。OASIS奥希思会根据打包好的脚本文件(软件的命令行集合)来调用各个软件分别运行。目前,OASIS奥希思支持PowerShell、Python、批处理文件和任何自定义控制台的应用程序,以满足定制复杂集成的需要,从而完成优化周期。

       此为菜单“行业应用”内的宇航船案例,是一个具有27个变量,2个约束的单目标问题,该问题比较简单,主要展示Ansys Workbench接口的使用方法,本案例利用了Ansys Workbench中的静态结构分析以及屈曲变形分析。Ansys Workbench内部的任何仿真模块如CFD, CFX, Maxwell, LS-Dyna, Fluent等等皆可用此接口进行优化计算,简单方便。
       同样,OASIS具奥希思有SolidWorks一键集成接口,与Ansys Workbench接口一样,可以快速地进行集成链接。OASIS奥希思可以自动识别SolidWorks的所有参数变量以及仿真结果,用户可自由选择,进行设定相关约束条件以及一键优化,以下视频为SolidWorks与OASIS奥希思集成链接操作步骤演示。
       以下视频为HFSS与OASIS奥希思相关集成操作,单独运行HFSS,再保存项目文件,最后通过Ansys Workbench平台与OASIS奥希思进行链接即可。

       该案例为Ansys APDL与OASIS奥希思的集成链接案例,可以通过OASIS奥希思的通用接口进行集成链接,只要获取Ansys APDL的输入文件(命令流文件)以及输出文件(结果文件)即可,在OASIS奥希思设定相应的后台批处理命令就可以进行一键优化了。
       该案例为前期处理软件ANSA,仿真分析软件Optistruct,智能优化软件OASIS奥希思的集成案例。此案例为菜单“行业应用”的万安集团项目案例。在这个问题当中,先运用了ANSA的前期处理功能,划分处理网格,其次利用ANSA的二次开发接口和morphing mesh功能,编写基于Python语言的命令流脚本输入文件,从而根据脚本输入文件来自动生成网格,得到加完加强筋的模型文件。本案例使用的是Optistruct有限元求解器,根据ANSA的新模型文件来进行仿真求解,以得到结果输出文件。该初始流程走通后便可进行优化配置,该问题为多软件的集成问题,我们可以利用PowerShell来进行集成包装简化。
       离心泵因其结构简单、扬程高等特点广泛应用于农业、航空航天、船舶等领域。利用OASIS奥希思优化系统可以快速实现离心泵的优化设计。选择专业的旋转机械设计软件—CFturbo作为离心泵的水力设计工具,选择专业的旋转机械仿真分析软件—Simerics-MP进行离心泵的仿真分析及结果提取工作,最后选择OASIS奥希思作为智能优化软件。
       通用汽车试图找到车零件的装配定位点和夹具的最佳位置,使得最终的装配尺寸精度最高,以减少制造质量问题,从而降低制造成本并提高产品质量。此案例通过公差仿真软件3DCS与智能优化软件OASIS奥希思的集成,可以快速找到最佳的RPS基准点的位置。
       Solid Edge是基于特征、变量化的三维CAD设计工具,可以帮助设计师快速、高效地设计零件。本案例为Solid Edge与OASIS奥希思的集成优化设计。OASIS奥希思可通过插件文件迅速读取Solid Edge当中的参数变量以及仿真结果来进行自动优化设计,以下为相关集成操作步骤视频。
       同样,只要找到Star-CCM+的输入和输出文件即可与OASIS奥希思智能优化软件进行集成链接,一键优化。以下视频为相关集成操作步骤。
       本案例通过一个算例方程案例来演示Matlab与OASIS奥希思的集成链接。只需在OASIS奥希思配置Matlab的命令流文件、输出结果文件以及Matlab相应的后台批量处理命令即可。
   该案例为Abaqus与OASIS奥希思的集成案例,可以通过OASIS奥希思的通用接口进行集成链接,只要获取Abaqus的输入文件(inp或py等)以及输出文件(dat或rep等)即可,在OASIS奥希思中设定相应的外部集成软件的命令行就可以进行一键优化了,OASIS奥希思的执行文件亦可构建一个脚本文件来对软件的集成功能进行包装。
      该案例为Ls-Dyna与OASIS奥希思的集成案例,可以通过OASIS奥希思的通用式接口进行集成链接,只要获取Ls-Dyna的输入文件(k文件)以及输出文件即可,最后,在OASIS奥希思中设定相应的外部集成软件的命令行或者直接构建bat文件进行集成包装,就可以进行一键优化了。
      该案例为SolidWorks+Abaqus+OASIS奥希思的集成案例,可以通过OASIS奥希思的通用接口进行集成链接,需获取SolidWorks的含有参数变量的输入文件(编写的脚本文件)以及Abaqus的输出文件(dat或rep或编写的脚本文件等)即可。在OASIS奥希思中的执行文件可构建一个脚本文件来对多个软件的集成进行包装。