雪浪云MetaD-MDO：為復(fù)雜裝備研發(fā)設(shè)計“保駕護(hù)航”
科技的進(jìn)步持續(xù)拓寬人類對世界的認(rèn)知邊界和高度，從單一學(xué)科到多學(xué)科的融合，探索的腳步從未停歇。在數(shù)字化時代，復(fù)雜裝備制造業(yè)涉及的學(xué)科門類和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正變得越來越復(fù)雜，并且對其運(yùn)行過程中的可靠性和穩(wěn)定性也提出了更為嚴(yán)格的要求。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)運(yùn)而生。
多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化（Multidisciplinary Design Optimization，簡稱MDO）是一種創(chuàng)新的工程設(shè)計方法，旨在深入研究和協(xié)同探索工程系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)，同時充分考慮各學(xué)科或子系統(tǒng)之間的相互影響，以優(yōu)化復(fù)雜的工程系統(tǒng)和子系統(tǒng)。這種方法可以提高設(shè)計質(zhì)量，優(yōu)化系統(tǒng)性能，縮短設(shè)計周期，減少設(shè)計成本，因此受到復(fù)雜裝備企業(yè)的廣泛關(guān)注和青睞。
㈠數(shù)字化時代，復(fù)雜裝備研發(fā)遭遇“瓶頸”
在數(shù)字化時代，復(fù)雜機(jī)械裝備的研發(fā)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多個領(lǐng)域的任務(wù)，需要不同部門的仿真人員以及多種仿真工具的協(xié)同合作。為了實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜裝備的最優(yōu)性能設(shè)計，研發(fā)工程師需要創(chuàng)新設(shè)計理論和方法，全面考慮各學(xué)科對裝備性能的影響，并利用各學(xué)科之間的相互作用，以獲得整體最優(yōu)的設(shè)計方案。然而，在實(shí)際的研發(fā)過程中，由于不同領(lǐng)域的知識和技能難以融合，加上研發(fā)工具和平臺的支持不足，使得對復(fù)雜裝備進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化設(shè)計的工作面臨諸多難點(diǎn)：
●仿真工具種類繁多且分散。
企業(yè)在研發(fā)過程中需要使用各種商用、自研的仿真工具，這些工具種類繁多且各自獨(dú)立，使得模型集成和多學(xué)科仿真分析存在困難。
●模型數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)效率低下。
在單點(diǎn)仿真工具之間，模型數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)控制和接口轉(zhuǎn)換等工作主要依賴人工操作，規(guī)范化程度較低，導(dǎo)致業(yè)務(wù)效率低下。
●研發(fā)人員之間協(xié)同存在困難。
多學(xué)科仿真分析流程較為復(fù)雜，需要多個工程師之間的緊密協(xié)作，但客戶端軟件的仿真模型和數(shù)據(jù)共享存在困難。
●仿真模型的精度不高。
仿真模型中有許多需要配置的參數(shù)，其中一些參數(shù)的配置依賴于工程師的經(jīng)驗，這可能導(dǎo)致參數(shù)的準(zhǔn)確性不足，從而限制了仿真模型的精度。
●設(shè)計優(yōu)化過程耗時且費(fèi)力。
一些仿真模型由于其復(fù)雜性和高維度，給計算資源和時間成本帶來了巨大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致仿真設(shè)計優(yōu)化的迭代過程緩慢。
為了解決這些難點(diǎn)問題，長期專注于為制造業(yè)提供數(shù)字化、智能化升級服務(wù)的雪浪云，深入裝備研發(fā)的一線企業(yè)現(xiàn)場，并基于最新的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法，打造了全新的國產(chǎn)化、自主可控、云原生的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化軟件——MetaD MDO，助力裝備研發(fā)數(shù)字化，加速裝備研發(fā)設(shè)計優(yōu)化迭代。
㈡雪浪云MetaD MDO，驅(qū)動復(fù)雜裝備研發(fā)設(shè)計加速
雪浪云MetaD MDO軟件是基于雪浪OS平臺開發(fā)的創(chuàng)新工具，專注于解決復(fù)雜裝備研發(fā)中的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化問題。這款軟件功能強(qiáng)大，覆蓋20多種主流建模/仿真軟件的分布式異構(gòu)仿真接口、FMU仿真接口、5種試驗設(shè)計算法、10種設(shè)計優(yōu)化算法、10種模型降階算法等關(guān)鍵功能，幫助企業(yè)提升裝備研發(fā)過程中的軟件工具和研發(fā)人員之間的協(xié)同效率，讓整個研發(fā)過程更加高效、順暢。
雪浪云MetaD MDO軟件界面
從產(chǎn)品組成來看，雪浪云MetaD MDO是一個由多個獨(dú)特工具集組成的強(qiáng)大軟件，這些工具集為復(fù)雜裝備的研發(fā)提供了全面的支持。例如，仿真軟件接口工具集可以實(shí)現(xiàn)各種建模/仿真軟件的調(diào)用求解、仿真數(shù)據(jù)提取、仿真過程監(jiān)控、仿真資源調(diào)度等功能。通過分布式異構(gòu)仿真接口工具集，工程師可以輕松地搭建半自動化或自動化的仿真流程，提高流程式仿真業(yè)務(wù)的效率。同時，這個工具集還打通了Linux容器和Windows原生仿真任務(wù)運(yùn)行環(huán)境，將各個仿真單元連接起來，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的運(yùn)行調(diào)度、并行計算和通信協(xié)作。此外，這個工具集具有接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化、接口開發(fā)敏捷化等特點(diǎn)，可以兼容各種不同的仿真軟件。目前，該工具集已經(jīng)支持包括NX、UG、Solidworks、Creo、ANSYS、Amesim、Matlab、Simcenter3D等在內(nèi)的20多種商用軟件。
FMU仿真接口工具集可以幫助工程師便捷地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜裝備基于FMU的多學(xué)科聯(lián)合仿真，并在聯(lián)合仿真的基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真設(shè)計優(yōu)化。這個工具集的計算模板主要包括四類組件：上游組件、下游組件、聯(lián)合仿真控制組件和FMU組件。這些組件之間的連接和數(shù)據(jù)交互關(guān)系保持一致。通過這些組件的組合使用，工程師可以實(shí)現(xiàn)基于FMU的聯(lián)合仿真，提高復(fù)雜裝備的設(shè)計效率和性能表現(xiàn)。
試驗設(shè)計算法工具集用于幫助工程師方便地進(jìn)行單學(xué)科或多學(xué)科仿真的試驗設(shè)計。這個工具集支持配置主流的試驗設(shè)計方法，可以快速生成合理的試驗設(shè)計方案；支持對仿真軟件的執(zhí)行進(jìn)度和試驗方案任務(wù)進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。同時，工具集還提供了多種圖表來展示試驗結(jié)果，包括階梯折線圖、平行坐標(biāo)圖、響應(yīng)面等，可以實(shí)時展示結(jié)果；并支持對結(jié)果進(jìn)行分析，包括響應(yīng)、靈敏度、關(guān)聯(lián)性等多方面的分析。此外，試驗設(shè)計結(jié)果還可以存儲在數(shù)據(jù)庫中，方便工程師復(fù)用這些結(jié)果數(shù)據(jù)。
設(shè)計優(yōu)化算法工具集為工程師提供了多種優(yōu)化算法，包括局部優(yōu)化算法、全局優(yōu)化算法、啟發(fā)式優(yōu)化算法以及多目標(biāo)優(yōu)化算法。這個工具集可以幫助工程師配置優(yōu)化問題，并調(diào)整優(yōu)化算法的超參數(shù)。同時，它還支持并行下發(fā)設(shè)計點(diǎn)，從而加快優(yōu)化過程。
模型降階算法工具集是一種通用的模型降階工具集，適用于多學(xué)科仿真模型。它可以創(chuàng)建降階模型，支持從多種學(xué)科數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，包括仿真數(shù)據(jù)和實(shí)驗數(shù)據(jù)。降階模型可以在保證精度的前提下大幅度降低計算耗時，快速獲取高精度預(yù)測結(jié)果。工具集提供插值擬合、經(jīng)驗分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)4類模型降階算法。
雪浪云MetaD MDO軟件功能與應(yīng)用
從業(yè)務(wù)層面來看，雪浪云MetaD MDO軟件還具備靈活開展仿真研發(fā)業(yè)務(wù)的能力。包括FMU聯(lián)合仿真、復(fù)雜仿真流程自動化、集成模型分析與設(shè)計優(yōu)化、模型標(biāo)定等，幫助企業(yè)提高仿真資源利用率、設(shè)計優(yōu)化效率、人員協(xié)同效率以及仿真模型的置信度和完整性。通過靈活運(yùn)用雪浪云MetaD MDO軟件的功能及功能組合，可以加速復(fù)雜裝備的研發(fā)設(shè)計過程，提升企業(yè)的創(chuàng)新能力和競爭力。
㈢立足優(yōu)勢，雪浪云MetaD MDO探索不同應(yīng)用場景
雪浪云MetaD MDO軟件將云端部署、高效協(xié)同、便捷搭建、靈活擴(kuò)展以及強(qiáng)大的模型降階算法完美融合，為復(fù)雜裝備研發(fā)設(shè)計帶來巨大的優(yōu)勢。從價值層面來看，雪浪云MetaD MDO軟件不僅打破了傳統(tǒng)研發(fā)模式的壁壘，提高了團(tuán)隊協(xié)作效率，而且通過行業(yè)模板的復(fù)用、擴(kuò)展與適配，實(shí)現(xiàn)了更快的產(chǎn)品優(yōu)化速度。雪浪云MetaD MDO軟件核心優(yōu)勢在于：
●云端部署協(xié)同高效：通過創(chuàng)新的混合流計算技術(shù)，雪浪云MetaD MDO實(shí)現(xiàn)了超級自動化的開發(fā)，將工業(yè)軟件遷移到云端。這使得數(shù)據(jù)能夠便捷地在云端進(jìn)行流轉(zhuǎn)和同步，帶來了存儲、算力的提升與高效調(diào)度。這種云端部署的方式極大地提高了研發(fā)人員的協(xié)作效率。
●搭建便捷擴(kuò)展靈活：雪浪云MetaD MDO采用了組件化、可擴(kuò)展、可配置的混合建模及聯(lián)合計算框架，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與模型之間的緊密關(guān)聯(lián)。用戶可以在平臺上積累自研的軟件工具、算法程序、仿真模型等，并將其轉(zhuǎn)化為新組件和新工具，用于靈活搭建各種仿真研發(fā)業(yè)務(wù)應(yīng)用。
●模型降階算法強(qiáng)大：雪浪云MetaD MDO提供了強(qiáng)大的模型降階算法，支持基于深度學(xué)習(xí)算法來構(gòu)建降階模型。這些算法具有更廣泛的適應(yīng)性和更顯著的靈活性，使得計算速度和準(zhǔn)確性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的代理模型、經(jīng)驗分解、機(jī)器學(xué)習(xí)等算法。
從應(yīng)用場景來看，憑借卓越的產(chǎn)品優(yōu)勢和技術(shù)實(shí)力，雪浪云在探索基于MetaD MDO軟件的各種應(yīng)用場景方面持續(xù)取得突破。這些應(yīng)用場景不僅涵蓋了交通設(shè)備、工程機(jī)械、熱工機(jī)械和工藝設(shè)備等行業(yè)的FMU聯(lián)合仿真、復(fù)雜仿真流程自動化、設(shè)計優(yōu)化和模型標(biāo)定，還進(jìn)一步延伸到了更廣泛、更復(fù)雜的集成應(yīng)用場景。
應(yīng)用場景一：FMU聯(lián)合仿真
基于FMU的多學(xué)科仿真模型間的聯(lián)合仿真，是指將裝備的多個學(xué)科和領(lǐng)域的模型相互結(jié)合，形成一個完整的模型進(jìn)行仿真分析和求解，以提高仿真模型的準(zhǔn)確性和完整性。工程師可以采用MetaD MDO提供的FMU仿真接口工具，結(jié)合數(shù)據(jù)處理工具進(jìn)行構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)單向和雙向形式下多個FMU模型的聯(lián)合仿真，幫助企業(yè)更好地模擬裝備的性能和運(yùn)行情況。
基于MetaD MDO的FMU聯(lián)合仿真
應(yīng)用場景二：復(fù)雜仿真流程自動化
高端裝備的仿真分析流程往往非常復(fù)雜，涉及多個學(xué)科的模型之間的數(shù)據(jù)交換和處理，需要使用多種不同的軟件工具來處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算。工程師可以采用MetaD MDO軟件提供的一系列仿真接口工具、數(shù)據(jù)讀寫和數(shù)據(jù)處理功能，高效地構(gòu)建和自動化運(yùn)行復(fù)雜的仿真流程，提高企業(yè)仿真流程的效率和準(zhǔn)確性。
基于MetaD MDO的復(fù)雜仿真流程自動化
應(yīng)用場景三：設(shè)計優(yōu)化
仿真分析的最終目標(biāo)是優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，提升產(chǎn)品性能。在仿真分析過程中，可能涉及三維建模、模型數(shù)據(jù)提取、聯(lián)合仿真以及相互間數(shù)據(jù)處理與傳遞。利用MetaD MDO軟件提供的優(yōu)化算法工具，并結(jié)合仿真接口工具和數(shù)據(jù)處理工具來構(gòu)建仿真模型，工程師可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化，提升產(chǎn)品性能。
基于MetaD MDO的設(shè)計優(yōu)化
應(yīng)用場景四：模型標(biāo)定
模型精度對于仿真分析的可靠性至關(guān)重要。為了確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要以物理實(shí)驗結(jié)果為依據(jù)，對仿真模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和修正。工程師可以運(yùn)用MetaD MDO軟件提供的誤差計算和優(yōu)化算法工具，并結(jié)合仿真接口和數(shù)據(jù)處理工具，實(shí)現(xiàn)仿真模型精度的提升。
基于MetaD MDO的模型標(biāo)定
這些應(yīng)用場景僅僅是冰山一角。從已有的成功案例來看，基于雪浪云MetaD MDO的應(yīng)用遍布于眾多領(lǐng)域，幫助裝備企業(yè)實(shí)現(xiàn)了高效的研發(fā)設(shè)計。例如，某企業(yè)借助MetaD MDO軟件實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)動機(jī)四配套+DPF系統(tǒng)復(fù)雜仿真流程的自動化，可計算長時間、多工況下柴油發(fā)動機(jī)積碳累積值，整體仿真過程涉及磨損仿真、機(jī)油耗仿真、積碳仿真以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計算，大幅縮短了仿真分析耗時；某企業(yè)采用MetaD MDO軟件進(jìn)行軸向柱塞泵配流盤結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，以柱塞泵輸出壓力脈動等為優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化配流盤阻尼槽參數(shù)，從配流盤三維建模到過流曲線提取，再到多體+液壓聯(lián)合仿真分析，實(shí)現(xiàn)了跟隨三維建模到仿真分析，提升了設(shè)計優(yōu)化效率；某企業(yè)采用MetaD MDO軟件對燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)流場仿真模型進(jìn)行標(biāo)定，以仿真結(jié)果與實(shí)驗結(jié)果誤差最小為優(yōu)化目標(biāo)，對模型類型（如動靜交界面類型、流動模型類型等）、數(shù)值參數(shù)（如動靜交界面位置、人工粘性）進(jìn)行修正，有效提升了該模型的精度。
基于MetaD MDO軟件實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)動機(jī)四配套+DPF系統(tǒng)仿真流程自動化
基于MetaD MDO軟件實(shí)現(xiàn)軸向柱塞泵配流盤結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化
基于MetaD MDO軟件實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)流場仿真模型標(biāo)定
此外，面向飛機(jī)能熱系統(tǒng)的快速仿真分析與設(shè)計優(yōu)化，將業(yè)務(wù)流程、數(shù)據(jù)處理固化，開發(fā)定制仿真APP，用戶后續(xù)直接通過此APP進(jìn)行快速仿真分析，無需打開仿真軟件或者平臺后面板操作，提升仿真分析與設(shè)計優(yōu)化效率。
總之，雪浪云MetaD MDO作為一款專業(yè)的仿真分析軟件，為復(fù)雜裝備研發(fā)企業(yè)提供了全面且卓越的支持。對于企業(yè)而言，無論是自動化仿真流程、模型參數(shù)標(biāo)定、設(shè)計優(yōu)化等基礎(chǔ)應(yīng)用，還是定制仿真APP、基于人工智能的模型降階等高級應(yīng)用，雪浪云MetaD MDO都能滿足企業(yè)的多樣化需求。展望未來，雪浪云MetaD MDO將繼續(xù)引入更先進(jìn)的技術(shù)和算法，持續(xù)提升多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的能力，為復(fù)雜裝備企業(yè)的研發(fā)和創(chuàng)新保駕護(hù)航。同時，雪浪云MetaD MDO也將繼續(xù)發(fā)揮其強(qiáng)大的功能和應(yīng)用價值，實(shí)現(xiàn)更高效、更精準(zhǔn)的仿真分析和優(yōu)化設(shè)計，推動復(fù)雜裝備企業(yè)的持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新。
