北航iSIGHT软件培训资料

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根据图形界面结构图，现在论述各个功能模块的主要作用
2．1 任务管理
在 iSIGHT 中，任务管理是唯一可以方位软件所有模块的入口。任务管理负责控制设计 学习的执行。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，克斯使 用的控制手段包括： 开始、停止、暂停、继续任务执行 选择运行模式－包括简单执行，任务计划和单一设计学习 多机器分布式任务 实行并行处理 检测点基础上的重新运行 单步调试
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基础，为下述构建块的使用奠定了基础。 “构建块”的使用：在 iSIGHT 里，在系统里使用了“构建块”方法来定义模型的执行。 每一个构造块表示过程中的一个步骤。在 iSIGHT 中的基本构造块包括：任务块，计算块， 仿真块和定制块（自定义的用于支持商业化软件，如电子表格和 MSC/NASTRAN 模型的定 制块） 。其中各主要构造块的说明如下： 任务块：任务可以包含子任务或者 iSIGHT 中其他类型构造块。通过任务可以实现 层次化过程的表达，任务大大增强了在建立集成过程和设计执行策略时的柔性。 条件块：设计过程除了简单的顺序执行，还有其他的执行方式，通过条件块“If” ， “Case”和“While” ，可以方便用户建立过程控制逻辑。 计算块：计算块允许用户执行一些中间计算，例如单位转换，创建辅助参数或者执 行工具命令语言（Tcl）等。 仿真代码块：任意仿真代码可以通过 iSIGHT 的仿真代码块连接到系统中使用。用 户通过仿真代码块可以定义执行协议， 执行协议使描述设计问题求解中， 需要输入 什么文件，输出什么文件，执行程序的位置以及如何执行的执行手段综合。 电子表格 Excel 块： iSIGHT 为了方便实际使用电子表格的用户， 直接提供了与 Excel 的接口。这可以通过 iSIGHT 的 Visual Basic 插件直接创建 Excel 仿真代码块。 重用组件： 通过重用组件可以更加简化过程集成。 在设计过程中创建一个构造块以 后，可以把它保存到重用库里，这样就可以在不同组之间共享，或者作为模板来生 成相似过程块。极大的方便了过程的建立。 并行处理技术： 系统分析过程有时因为执行仿真代码会产生昂贵的费用。 在整个设计过 程里，因为所需系统分析的数量往往导致成倍成辈增加。但是在大多系统里，仿真代码可以 彼此独立运行，在许多设计分析技术里，多数设计点可以不同进行分析。因此在计算资源可 用的前提下，通过控制仿真代码和设计点的同步执行计算能力可以显著节省工程时间。 ISIGHT 软件提供了两种类型的并行执行方式：并行任务和并行设计技术的执行。 并行任务：在一个层次性的多任务定义里，存在一些任务，它们彼此之间不直接交 换数据。在这种情形下，称其为独立任务。整体问题中的独立任务就可以通过并行 执行来减少整个执行过程的时间。 设计技术并行执行： iSIGHT 的许多设计探索工具需要运行内在彼此独立的数据点。 这种情况下通过同时提供这些执行点的能力来实施并行技术处理。 松耦合、紧耦合相辅相成：在 iSIGHT 中，在 IPC 通信协议基础上，采用了松耦合和紧 密耦合结合的控制方式， 松耦合主要体现在对应用软件的仿真程序的执行方面； 紧密耦合表 现在可以集成基于 CORBA 的仿真代码进行设计过程的控制和优化。
3．设计问题的软件实施
了解了软件的基本功能基础上，我们现在对一个设计问题如何在 iSIGHT 软件中进行表 达和建模给予讨论。一个工程问题 在应用实施时，基本分为四步（如 图 2 所示） 。 1. 过程集成：一般的工程问题都 是重复迭代的，支持工具包括 了 CAD，CAE，还可能有电子 表格 不仅可以驱动以上商业化设计 支持工具，而且可以驱动设计 组织内部开发的代码，这些代 码可以是 Fortran，C++，Visual Basic，Unix 脚本编写的。在应用 iSIGHT 进行工程设计时，我们首先需要做的就是把 设计中的多个环节集成到一起。 2. 问题定义：完成过程集成操作以后，需要定义输入和输出边界，初始值以及设计目标。 设计问题的求解策略与所求解问题的范围和类型紧密相关，既可是是简单的评价分析， 也可以是复杂的多学科优化设计。 3. 设计自动化： 产品设计中的瓶颈之一就是选择设计可选方案并做出相应调整以执行这些 可选方案的反复过程。ISIGHT 作为一个智能系统，可以自动选择设计点并执行仿真过 程，从而实现设计过程自动化。ISIGHT 的智能性通过一套设计探索工具来实现，这些 工具包括实验设计，优化，逼近模型和质量工程方法。 4. 数据分析和可视化： 在产品设计的开发过程中， 用户还可以通过图形的或者表格形式的 用户界面对设计过程进行实时监控。 在监控过程中可以随时调整设计定义， 改进设计计 划。
5．总结
iSIGHT 软件是在应用中提升出来的系统性工程平台。 在多学科优化语言 MDOL 支持下， 接受用户界面输入，通过相应的过程集成服务、问题描述服务、可视化和数据分析服务、后 处理服务以及数据库服务，以 MDOL 为核心，借助系统通信层协议，与仿真引擎、设计学 习引擎、规则引擎、应用程序接口以及第三方软件工具进行通信。形成一个整体的、可配置 的软件平台， 适应于工程系统的优化设计和综合系统分析， 为产品的设计优化和多学科设计 分析提供了基础。
4.2 自动化支持技术
独特的通信方式：ISIGHT 具备独特的与外部仿真程序通信的方法。在文件解析命令 (FDC)支持下，与仿真程序文件进行交互，完成数据读写。文件解析命令是 iSIGHT 中复杂 文件解析技术的基础，它支持输入和输出参数的定义和映射，值以及相关位置等。 设计优化的数据以 MDOL 语法形式进入系 统处理过程，然后被 iSIGHT 翻译器翻译为 设计学习需要的数据结 构，程序结构和命名协 定。整个数据的处理过 程以 IPC （ Interprocess Communication ）为核 心。在该通信协议支持 下，具备了过程集成的
软件的参数界面提供了类似电子表格形式的操作风格。 这样就方便用户快速定义设计变 量、目标、约束和初始值。在 iSIGHT 中，设计变量是为了满足设计目标和约束，可以变更 的输入参数。设计目标是根据输入、输出和用户设计意图下指定的最大或最小期望情况。约 束表达参数必须位于的值域或者区间情况。
2．4 任务计划
iSIGHT 中的过程集成与设计自动化
北京航空航天大学720研究所，国家863/CIMS设计自动化工程实验室， 合作设计与优化研究小组 耿建光、李隆春
1．系统综述
随着产品复杂性和过程复杂性的增加， 人们开始使用计算机辅助仿真工具辅助进行产品 设计处理。同时，计算机技术的快速发展也大大降低了仿真程序的执行时间。仿真时间的降 低、 智能优化的出现以及设计技术的提高， 提供了进行更多产品定制研究的条件。 Engineous 公司开发的 iSIGHT 软件，可以将数字技术、推理技术和设计探索技术有效融合，并把大量 的需要人工完成的工作由软件实现自动化处理， 好似一个软件机器人在代替工程设计人员进 行重复性的、易出错的数字处理和设计处理工作。ISIGHT 软件可以集成仿真代码并提供设 计智能支持，从而对多个设计可选方案进行评估，研究，大大缩短了产品的设计周期，显著 提高了产品质量和产品可靠性。ISIGHT 可以在以下方面对企业有所帮助： 1. 缩短产品设计、制造周期 2. 降低产品以及制造成本 3. 优化产品和制造行为 4. 提高产品质量和行为可靠性 5. 可以对以前难处理的设计问题提供解决方案
2．图形用户总论
iSIGHT 软件提供了强大的用户界面，通过图形化工作界面，用户可以进行产品设计的 过程集成、优化处理和自动化求解工作。纵观 iSIGHT 软件，其图形化用户界面可以分为三 个功能部分：过程集成，问题定义和方案监控。每一个功能部分都强调了设计研究中需要的 集成， 自动化和监控步骤。 软件中的每一个接口模块都是独立的部分， 它们分别通过 iSIGHT 解析器，与客户/服务器模式下的其他部分通信。
当一个任务执行时，iSIGHT 必须引导操作系统来执行仿真程序，同时还要提供仿真程 序需要的输入输出信息。 但是仿真程序是独立的可执行程序， 其变量通常与其他程序没有关 联。 而用户既没有可插入的方法来向仿真程序传送和接受数据， 也没有可访问的存储和可调 用的过程。因而用户必须依赖非插入的方法。ISIGHT 生成仿真程序可以接受的输入文件格 式，读取仿真程序的输出文件。要生成输入文件，iSIGHT 需要知道仿真程序需要什么值， 到哪里找这些值以及如何写这些值。要读取输出文件，iSIGHT 必要知道每个输出文件的精 确位置和格式。
2．2 过程集成
过程集成可以快速耦合各学科、 不同编程语言和格式的仿真代码。 在该界面里完成数据 流和控制流的可视化，另外还提供过程的结构化视图，方便导航和操作。ISIGHT 中的任务 的结构化分级任务描述手段既可以保证每个任务有独立的设计学习策略， 也赋予软件支持多 学科优化设计的能力。
2．3 参数
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所有的输入/输出以及目标参数值 可行性 执行过的设计学习技术 另外 iSIGHT 还提供了数据库搜索服务，可以检索以前的所有运行过的计算点。在任务 的执行过程中，如果设计点是以前已经平服过的，那么相关信息会从数据库文件中装入。这 一特征大大减少了实际仿真代码的执行数量。另外数据库文件还可以装载到 iSIGHT 方案监 控中，进行设计结果的后处理工作，从而用来初始化近似模型。
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多学科设计优化（MDO）
北京航空航天大学 720 研究所，国家 863/CIMS 设计自动化工程实验室 合作设计与优化研究小组 韩明红 编写 激烈的竞争和全球性的制造已成为当今制造业的显著特征。 目前， 大部分的设计过程经 常面临着多学科的严峻挑战。大家都知道，由最优组件或子系统组成的产品，并不一定是全 局的最优产品。产品创造的关键是平衡来自于消费者、市场、工程设计、制造、后勤、服务 以及经济方面的无数的约束。 通过扩展企业人员、 数据和软件的有效的协同是满足多学科挑 战的必不可少的条件。 产品设计过程已经成为一个多目标优化决策过程， 是一个多学科交叉 综合设计的优化过程。 工程产品和工程系统甚至过程系统的设计， 在概念设计阶段、 详细设计阶段甚至是需求 设计阶段， 都面临着选择各种设计参数的匹配， 以取得多学科设计的工程产品和系统的整体 系统性能优化。这是工程产品和系统设计的最终性能指标的要求。多学科设计优化问题，例 如：民用客运飞机的方案设计，可以看作是拉力、气动、重量和性能的多学科设计问题。其 中如环境（空气运动黏度、密度等） 、任务需求（飞行范围、负载、起飞重量） 、技术（安装 推力、燃料油耗、速度）等都具有不确定性的随机变量。多学科设计优化问题，既要寻求总 体系统优化与子系统级优化最佳协同效果， 又要考虑不确定性对设计过程 （鲁棒性设计问题） 和设计结果的（可靠性设计）的影响，还要考虑在能够提供一个比较通用的多学科设计优化 方法情况下，许多学科专用的设计方法的应用集成问题，即灵活性、开放性问题。 多学科设计优化的理论和技术是发展复杂工程系统，如飞机、卫星、导弹、舰船、汽车 等大型工程产品的技术理论与方法上的新的制高点和难点之一， 是标志一个国家产品创新技 术与理论的制高点之一，具有重大的战略前沿意义。 从学术上说， 多学科设计优化是在传统设计方法、 设计优化理论基础上的重要的质的发 展。它是设计方法、传统的机械设计知识、过程设计知识、现代信息技术交叉集成的大系统 方法，可适应更大规模的工程产品、系统设计、发展的需要。它推进了传统的优化理论、方 法的发展，是现代设计空间探索优化的系统性理论、方法和技术工具的新的发展方向。 国内外都有研究机构对多学科设计优化理论和技术进行相关研究， 其中多学科优化方法 和多学科设计优化集成环境是该领域内最为重要和活跃的两个研究课题。 但是国内对于多学 科优化问题的研究相对较少。
iSIGHT 提供了一套设计学习工具， 这些工具在产品设计中充当了设计智能引擎的角色。 设计计划允许用户定义一系列步骤来把设计学习工具任意，完成设计任务。
2．5 数据库
在设计探索计划的执行过程中， 设计问题分析过程汇总产生大量数据。 这些数据可以保 存在 iSIGHT 数据库文件中，并且这些数据库文件可以自动产生也可以由用户指定，大大方 便了用户操作和管理。 数据库文件提供了有价值的工程参考价值， 有些还可以为以后探索学 习使用，极大得降低了得到优良、可行设计的所需时间。对于每个需要评估的设计点，数据 库都保存了以下信息： 运行计数
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4．自动化策略
4.1 自动化总体策略
一旦在 iSIGHT 中定义了设计过程，通过图形化文件解析器完成了输入文件到输出文件 的映射，就提供了过程自动化的基础工作，iSIGHT 采用松散耦合和紧密耦合相结合的方法。 紧密耦合通过应用程序接口，命名值（name-value）和 CORBA 实现。ISIGHT 中基本的设 计过程如下图。
2．6 方案监控
大多设计学习软件包的主要缺陷体现在：用于开始算法，接着等待程序结束，然后才是 执行行为分析和结果分析。缺乏可视化的方法来实时监控设计过程的运行情况。而 iSIGHT 有效克服了这一瓶颈，在产品探索过程中，做到了实时监控过程运行。设计问题的输入和输 出参数可以在执行过程中通过定制的表格或者图形进行显示， 提供了方便的控制手段和管理 模式。