isight参数优化理论与实例详解

前言·Isight5.5简介笔者自2000年开始接触并采用Isight软件开展多学科设计优化工作，经过12年的发展，我们欣喜地看到优化技术已经深深扎根到众多行业，帮助越来越多的中国企业提高产品性能和品质、降低成本和能耗，取得了可观的经济效益和社会效益。作为工程优化技术的优秀代表，Isight5.5软件由法国Dassault/Simulia公司出品，能够帮助设计人员、仿真人员完成从简单的零部件参数分析到复杂系统多学科设计优化（MDO,Multi-DisciplinaryDesignOptimization）工作。Isight将四大数学算法（试验设计、近似建模、探索优化和质量设计）融为有机整体，能够让计算机自动化、智能化地驱动数字样机的设计过程，更快、更好、更省地实现产品设计。毫无疑问，以Isight为代表的优化技术必将为中国经济从“中国制造”到“中国创造”的转型做出应有的贡献！·本书指南Isight功能强大，内容丰富。本书力求通过循序渐进，图文并茂的方式使读者能以最快的速度理解和掌握基本概念和操作方法，同时提高工程应用的实践水平。全书共分十五章，第1章至第7章为入门篇，介绍Isight的界面、集成、试验设计、数值和全局优化算法；第8章至第13章为提高篇，全面介绍近似建模、组合优化策略、多目标优化、蒙特卡洛模拟、田口稳健设计和6Sigma品质设计方法DFSS（DesignFor6Sigma）的相关知识。·本书约定在本书中，【AA】表示菜单、按钮、文本框、对话框。如果没有特殊说明，则“单击”都表示用鼠标左键单击，“双击”表示用鼠标左键双击。在本书中，有许多“提示”和“试一试”，用于强调重点和给予读者练习的机会，用户最好详细阅读并亲身实践。本书内容循序渐进，图文并茂，实用性强。适合于企业和院校从事产品设计、仿真分析和优化的读者使用。在本书出版过程中，得到了Isight发明人唐兆成（SiuTong）博士、Dassault/Simulia（中国）公司负责人白锐、陈明伟先生的大力支持，工程师张伟、李保国、崔杏圆、杨浩强、周培筠、侯英华、庞宝强、胡月圆、邹波等参与撰写，李鸽、杨新龙也为本书提供了宝贵的建议和意见，在此向所有关心和支持本书出版的人士表示感谢。由于作者才疏学浅，错误疏漏之处在所难免，希望读者朋友们指正。1前言1入门篇2第1章初识Isight2本章要点31.1Isight起源和发展51.2主要功能71.3模块构成81.4安装要求91.5在Windows上安装Isight161.6在Unix/Linux上安装Isight191.7运行主界面22第2章应用程序集成22本章要点232.1组件库（ComponentLibrary）242.2Calculator公式组件262.3Excel组件292.4DataExchanger文本读写组件412.5OSCommand命令行组件462.6Simcode程序集成组件542.7Script脚本组件582.8Matlab组件642.9Abaqus有限元分析过程集成662.10Patran有限元前处理集成702.11Sculptor/Fluent形状变形和流体仿真集成762.12AdamsCar车辆动力学仿真集成812.13附录：常用商业CAD/CAE程序集成方法87第3章工作流和数据映射87本章要点873.1Sim-flow工作流893.2Loop循环控制903.3Condition条件控制913.4组件发布和重用923.5Parameter参数控制943.6Mapping参数映射963.7Dataflow数据流973.8FileParameter文件参数1023.9设置模型本地运行目录{rundir}1043.10模型检查功能1043.11练习115第4章试验设计115本章要点1154.1基本概念1174.2算法介绍1284.3结果分析1354.4DOE组件操作1384.5练习与指导154第5章数值优化算法154本章要点1545.1基本概念1595.2MMFD算法1615.3LSGRG算法1635.4NLPQL算法1665.5MOST算法1675.6MISQP算法1685.7练习175第6章直接搜索方法175本章要点1756.1基本概念1766.2Hooke-Jeeves算法1806.3DownhillSimplex算法1826.4　练习187第7章全局探索法187本章要点1877.1基本概念1887.2MIGA算法1937.3ASA算法1967.4PSO算法2007.5Pointer算法2017.6练习205提高篇206第8章近似建模206本章要点2068.1基本概念2088.2响应面(RSM)模型2118.3神经网络(RBF/EBF)模型2128.4Chebyshev/正交多项式模型2138.5克里格(Kriging)模型2158.6　练习与指导229第9章组合优化策略229本章要点2299.1TaskPlan组件和Exploration组件2329.2DOE抽样与数值优化混合策略（TaskPlan组件）2389.3全局优化和数值优化组合（TaskPlan组件）2429.4基于近似模型更新的全局优化(Exploration组件)2479.5基于Pointer-2智能算法的策略（Exploration组件）252第10章多目标优化252本章要点25210.1基本概念26110.2归一化（scalar）方法26510.3练习270第11章蒙特卡罗模拟（MCS）270本章要点27011.1基本概念27311.2算法介绍27511.3算法配置27711.4练习283第12章田口稳健性设计（TaguchiRobustDesign）283本章要点28312.1基本概念28712.2算法介绍29112.3练习与指导298第13章6Sigma品质设计（DFSS）298本章要点29813.1基本概念30513.2算法介绍31013.3练习入门篇初识Isight本章要点起源于GE的Isight是功能强大的计算机辅助优化（CAO,ComputerAidedOptimization）平台，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、电子领域的零部件、子系统参数优化乃至复杂产品多学科设计优化（MDO,Multi-DisciplinaryDesignOptimization）领域之中。用户可以通过Isight集成和管理复杂的仿真流程，运用多种优化算法自动探索得到优化，缩短产品研制周期，降低研发成本。本章具体包括以下内容：·计算机辅助优化（CAO）和多学科设计优化（MDO）·Isight起源和发展·主要功能·模块构成·安装要求·安装及许可（license）配置·认识Isight两大门户DesignGateway和RuntimeGateway计算机辅助优化（CAO）和多学科设计优化（MDO）自从上世纪80年代以来，从系统工程角度将“计算机辅助设计优化技术”（ComputerAidedOptimization，简称CAO）应用于复杂产品研发成为新的趋势。“计算机辅助设计优化”初期被称为“过程集成和设计优化”（PIDO，ProcessIntegration&DesignOptimization），是继计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工程（CAE）之后的又一大技术进步，是一种通过综合使用数值仿真技术、优化技术、统计技术、计算机技术和网络技术，实现产品性能和品质改进的方法。CAO技术也是推动多学科设计优化（MDO,Multi-DisciplinaryDesginOptimization）理论和应用发展的支撑技术。国外先进武器制造商和国防机构（如：洛克-马丁、NASA、波音、空客等）最早将CAO技术应用于飞行器多学科设计优化领域，利用分布式计算机网络集成多个学科（子系统）的模型，应用有效的优化策略实现并行设计，获得系统整体最优解，使研制出的产品更具有竞争力。实践证明，CAO技术适用于广泛的工程领域，能够用户的设计优化需求，融合多种优化探索策略（试验设计、全局和数值优化算法、多目标优化方法等）提升产品性能和品质，同时将设计仿真流程集成自动化，大大缩短产品研制周期。1.1Isight起源和发展在各种计算机辅助优化（CAO）软件实现中，Isight最具有代表性。Isight发明人为美籍华人唐兆成（SiuTong）博士，他于上世纪80年代在美国通用电气公司（GE）参与波音777的GE90涡扇发动机设计项目。在项目初期，十多名来自不同部门的工程师试图依靠经验、通过手工“试算-评估-校正”（Trial-and-Error）方法进行发动机优化设计。但是由于航空发动机性能评价涉及上百个复杂的专业仿真程序，优化约束和目标极为苛刻，因此花费了数月时间进行优化，仍然得不到理想的方案。唐兆成博士创造性地开发了一个开放的软件框架，集成发动机多学科仿真模型和流程，借助优化算法自动地探索设计空间，获得了燃油消耗率（SFC）下降1%，减轻重量200～250磅的优化方案，实现了每台引擎节省成本25万美金。由于GE90发动机的预计总销量为2000台，因此为GE节省成本达5亿美金。由于Isight将工程师从繁琐而耗时的重复劳动中解放出来，大大提高了设计效率，“软件机器人（SoftwareRobot）”的名称由此得来。1996年，EngineousSoftware公司正式成立，致力于iSIGHT推广，经过近30年不断发展，Isight在全世界CAO优化软件市场占有率达55%（Dartech数据），亚太市场占有率达90%。2007年6月Isight被DassaultSystèmes收购，现为DassaultSystèmes公司的旗舰产品。Isight广泛应用于汽车、动力、航空、航天、电子、船舶、兵器等多个行业，其典型应用包括：1.汽车行业：Isight获得了全球大部分汽车整车和部件研发机构的青睐，应用于几乎所有汽车性能开发领域（动力性和燃油经济性、操纵稳定性和平顺性、NVH性能、碰撞安全性、可靠性和耐久性、CFD性能开发、控制系统设计、CAE模型标定、材料加工和成型工艺优化等）。2.动力行业：Isight广泛应用于GE、Simenze、P&W、Honeywell、York、UTRC、AVL、Richardo等发动机整机性能匹配、进排气系统、涡轮增压器、叶片气动结构设计、轮盘结构设计、材料和工艺优化设计中。3.航空航天领域：波音军机事业部（BoeingMilitary）利用Isight构建飞机总体设计平台CAVSIM（ConceptualAirVehicleSIMulation），将飞行器概念设计周期从两个月减少到四天。空客A340-600,A400M,Beluga,A322,A380等多种机型的设计中，利用Isight减少研制阶段成本（finaldevelopmentphasecosts）达5%，缩短飞机研制周期30%。4.光机电领域：Isight实现了GE卤光灯6Sigma质量优化设计，大幅提升了照明亮度和纯度，同时降耗40%。Isight也用于美国电力电子中心CPES、Visteon，三星、日立等企业的集成电力电子模块（IPEM）、微机电系统（MEMS）、CPU散热片、阴极射线管（CRT）线圈、液晶显示器（LCD）电路、ABS系统控制、雷达设备、空间光学望远镜的设计优化。5.船舶领域：Isight用于自治式潜水器概、小水线面船的水下浮力部分、船舶推进器、舰艇布局和结构设计优化、船用蒸汽轮机设计等领域。6.兵器领域：Isight用于巡航导弹优化设计、超高速电磁炮控制系统优化、坦克装甲车液力变矩器优化等。7.核能领域：Isight可实现核反应堆换料装填优化、核反应堆热力学和水动力学优化、压力容器和管道抗震设计等。1.2主要功能1.柔性灵活的仿真流程集成Isight具备广泛的CAD/CAE乃至自编程序集成接口，用户可以拖拽方式快速建立复杂的仿真分析流程，设定和修改设计变量以及目标，自动进行多次分析循环；通过对模型的封装生成参数化的模板，用户可以对不同模板进行组合。表1-1Isight集成的软件不完全列表 CAD建模 CAE前处理 FEM结构分析 CFD流体分析 电路、电子分析 UG,CATIA,ProE,Solidworks,SolidEdge,HICAD/CADAS,IDEAS ANSYSWorkbench,Patran,Gambit,ICEMCFD,Hypermesh,Acumen Nastran,Marc,Abaqus,ANSYS,Optistruct,LaminateModeler Fluent,CFX,StarCD,StarCCM+,FIDAP,STREAM，AVL.FIRE，Shipflow,XFLow AnsoftMaxwell/HFSS,Saber,SPICE,SPEED,Mentor,Cadence,JMAG,Flux2D/3D,IDEAS-ESC 动力学和控制 冲击碰撞 声学光学 材料、模具 内燃机 Adams,Dymola,AMESim,Recurdyn,MotionView,DADS,AVL.Cruise,Pro-Mechanica,Matalb/Simulink,Simpack,CarSim,EASY5,Matrix-X Pam-Crash,Ls-Dyna,Radioss,Madymo,Cashcad,AbaqusExplicit CODE-V,AutoSEA,Opera3D,SEAM,LightTools,InspireOSLO DEFORM,ProCast,Adstefan,MagmaSoft,Pam-Stamp,MoldFlow,TIMON,PlanetsSimVis,Deneb/I-Grip GT-Power,AVL.BOOST,Ricardo/Wave,AVL.TYCON,AVL.Excite,AVL.ESE 热力学 叶轮机械专业 化工流程 网格变形优化 数学工具 FLomaster,GTPro,NASANPSS，Flotherm,ICEPACK NRECConcepts,PUMPEL,COMPAL,CCAD,STRESSPREP HYSYS,ASPEN,Gproms，CHEMKIN DEP-Morpher,Sculptor,Optistruct,SOFY Matlab,SPSS,S-Plus,MathCAD HPC高性能计算 自编程序 LSF,PbsPro C,C++,FORTRAN,JAVA,Python,UnixShell,Corba 2.参数研究和设计优化提供设计优化所需要的多种算法包，包括：试验设计、优化算法、近似模型、蒙特卡洛分析、田口稳健性设计、6Sigma品质设计方法等。根据优化问的特点，用户可以组合多种数学算法，形成综合探索策略。3.流程执行自动化和可视化Isight自动驱动仿真流程进行多方案比较和优化；目标函数、约束函数和设计变量值的变化历程以可视化的方式直观显示出来。如果用户发现设计优化过程不正确，可修改优化模型或选用其它数学算法。4.数据分析和后处理Isight提供多种数据分析和后处理工具，当优化完成以后，用户可以进行设计空间浏览、多准则权衡、多方案对比、数据筛选、并自动生成优化分析。5.开放性和可扩充性Isight具有良好的开放性，易于根据用户需要进行功能扩充，包括界面定制、算法嵌入等。Isight还可以与PLM(ProdcutLifeCycle)或SDM(SimulationDataManager)等数据管理平台进行互联，包括MatrixOne,Winchill,TeamCenter,EnoviaVPM,SLM,SEE,SimManager等。1.3模块构成1.设计门户（DesignGateway）流程集成界面，通过搭积木的方式实现流程集成，将数据流和控制流可视化，并提供对整个流程进行浏览的界面。设计流程按树状结构定义，每个层次的子任务可以使用不同的设计探索策略。2.运行门户（RuntimeGateway）监控和后处理界面，可以绘制多种曲线、曲面、散点图、柱状图、表格等，结果运行完成后生成Summary报告给出优化运行时间、最优结果及设计变量、约束等用户关心的问题。提供设计空间可视化（VDD）、工程数据挖掘（EDM）等后处理功能。3.组件库（Library/Add-OnComponent）包含通用和专用的CAD/CAE及自编软件接口。4.优化算法库（Optimization）数值优化、全局优化、多目标优化、专家智能优化算法，是工程师开展设计优化工作的利器。5.试验设计算法库（DOE,DesignOfExperiments）通过系统而有效的方法分析设计空间、筛选关键设计参数（减少问题规模）、评估设计变量影响以及辨别关键设计变量的交互影响关系。6.近似模型算法库（Approximation）对于计算代价高昂的CAE分析，Isight用多种近似原理构造替代模型，减少优化中调用大规模CAE分析计算的次数，提高优化效率。近似模型还用于剔除输入参数平缓变化而输出参数却剧烈振荡的仿真噪音。7.品质设计优化（QualityDesgin）运用随机仿真和优化理论（包括：蒙特卡洛仿真、Taguchi田口稳健性设计和基于6Sigma可靠性分析和稳健性设计DFSS，DesignForSixSigma），构成一个完整的、公式化的对可靠性和稳健性进行评价和改进的品质设计哲学框架。1.4安装要求Isight支持的平台列表如下：表1-2Isight操作系统支持情况 Processor/Platform OS SunSPARC Solaris9 Solaris10 HPPA-RISC HP-UX11.11（11iv1） HP-UX11.23（11iv2） HP-UX11.31（11iv3） Power AIX5Lv5.2 AIX5Lv5.3 AIXv6.1 x86 Windows2000Pro WindowsXPPro（32-bit） WindowsVistaBusiness WindowsServer2003（32-bit） RedHatEnterpriseLinux4.0 Windows7（32-bit） RedHatEnterpriseLinux5.0 SuSE10.x x64 WindowsXPPro（64-bit） WindowsVistaBusiness（64-bit） WindowsServer2003（64-bit） Windows7（64-bit） WindowsServer2008（64-bit） SLES10.x（64-bit） RedHatLinuxEnterprise4/5（64-bit）计算机硬件最小配置要求为：·1GB的硬盘空间·32-bit安装：最少1GBRAM（推荐2GBRAM）·64-bit安装：最小2GBRAM（推荐3GBRAM）1.5在Windows上安装Isight1.5.1Windows安装步骤1.插入IsightDVD，如果安装界面不能自动弹出的话，双击setupwin.exe，就会弹出Isight软件语言选择界面，可供选择的有【日文】和【英文】，默认为【英文】安装，点击【Ok】。图1-1语言选择界面2.点击【Ok】，弹出Isight软件安装欢迎界面。图1-2欢迎界面3.点击【Next】，弹出一个阅读合法的界面。图1-3阅读合法协议的界面4.点击【Next】，在弹出的界面指定Isight的安装路径。可以执行下面的操作：·可以采用默认的设置，点击【Next】这个默认的路径可能会因为系统的设置或一些权限的不同而不同。·可以通过【Browse】按钮，把Isight安装在指定的路径下。图1-4选择安装路径5.点击【Next】，指定license 文件的界面出现，共有三项：·Ihavealicensefile.选择这项的话，你会直接定位到你的license文件，而不必通过license服务器。·Referencealicenseserver.假如你想浮动某个机器的license的话，那么就直接选这个选项。·Skipthelicensefornow-itwillbesuppliedlater.假如你选择这个选项的话，那么一旦你得到你的license后，就必须手动的配置和启动你的licenseserver。图1-5指定license文件定位方式6.点击【Next】，那么根据上步中不同的选择，分别执行下面的操作（在这个教程中，我们选择第一个选项）：·假如选择的是“Ihavealicensefile”，那么用户只需在路径文本框输入license文件的路径和名字或者通过【Browser】按钮直接定位到你的license文件也可。·假如选择的是“Referencealicenseserver”，那么以下关于license服务器的信息需要输入。·LicenseServerName.这里需要输入运行license服务的计算机的主机名。·LicenseServerPort.这个端口号可以在license文件里面找到，这里默认为空。提示:选择此选项时，必须保证指向的licenseserver的机器上的windows防火墙已经被关闭了。图1-6选择license文件路径7.点击【Next】，关于licenseserver的一些信息出现。图1-7licenseserver信息8.点击【Next】，关于安装本软件需要的的磁盘空间信息出现。图1-8安装空间信息9.点击【Next】，开始安装Isight。图1-9安装进度显示10.安装完成后，弹出安装完成的提示信息及LicenseServer的信息，分别在两个窗口点击【Next】，Isight开始发布组件。图1-10组件发布11.组件发布成功后，弹出是否启动DesignGateway的提示窗口。图1-11安装成功界面12.选择启动DesignGateway选项。点击【Next】，Isight就会被成功启动。至此，Isight安装完成。1.5.2安装许可服务器前面第5步中，如果我们选择的是第三个选项Skipthelicensefornow-itwillbesuppliedlater，那么一旦我们得到license文件后，就需要手动的把license文件拷贝到Isight安装目录下的license文件夹，并且需要配需License管理器。1.点击【开始/程序/Isight5.0/FLEXnetUtilitie】，弹出图1.12所示界面。图1-12启动Flexm界面2.跳转到【ConfigServices】面板，在【ServerName】文本框为IsightLicenseServer命个名字比如Isight，然后在下面的3个文本框依次指定到相应目录的文件。注意：这里的log文件需要使用者在某个路径下自己创建；且选中最下方的两个复选框，这样LicenseServer每次都会自动的在开机时启动。图1-13配置license3.跳转到Start/Stop/Rread面板，可以看到刚创建的Isight的LicenseServer已经被高亮，点击【StartServer】按钮，用户在底部的信息栏看到Server启动成功的提示。至此，LicenseServver配置成功。接下来，我们看一下license客户端的配置。图1-14启动license服务1.5.3配置客户端浮动许可Isight具有License浮动的功能，我们只要先配置License服务器，客户端电脑可直接浮动服务器的License即可：1.新建文本文档命名为license.dat，然后在文档中写入如下两行：SERVER<hostname><hostid>USE_SERVER其中，<hostname>为LicenseServer的主机名，<hosted>为LicenseServer的主机ID或MAC地址。比如：SERVERqa-acs0016E688E8ACUSE_SERVER提示：可以通过“运行->ipconfig/all”查看hostname和hostid。2.把此license文档放到客户机Isight安装目录的License文件夹即可。1.6在Unix/Linux上安装Isight1.6.1Unix/Linux安装步骤在AIX,、HP-UX、Solaris、Linux操作系统上安装Isight，需要通过Isight安装向导完成。1.以root用户身份登录安装Isight。提示：在UNIX系统上还需要启动X-Windows显示模式（设置DISPLAY环境变量）。2.插入IsightDVD并建立映像（mount）。如果系统自动映射，将会弹出文件浏览对话框，请双击对应的setup文件（见第4步）。3.在命令界面（shell）窗口中，进入IsightDVD映射的目录，如：cd/media/dvd4.根据操作系统类型，执行对应安装脚本：·./setupaix·./setuphpux·./setuplinux·./setupsolaris提示：在Linux上如果系统映射（mount）了过多的文件，则有可能安装过程中提示警告信息。此时，必须取消Isight安装过程，在路径前增加一个空的、名为df的可执行文件，然后重新启动安装过程。5.Isight安装向导会启动，并显示欢迎界面，该界面会指引用户进行安装。6.点击【Next】，弹出一个阅读合法协议的界面。7.点击【Next】，在弹出的界面指定Isight的安装路径。可以执行下面的操作：·可以采用默认的设置，点击【Next】这个默认的路径可能会因为系统的设置或一些权限的不同而不同。·可以通过【Browse】按钮，把Isight安装在指定的路径下。8.点击【Next】，在弹出的操作系统选择对话框中选择正确的系统类型。9.点击【Next】，出现指定license 文件的界面，选择详见1.5.1节第5步。10.点击【Next】，那么根据上步中不同的选择，分别执行下面的操作（在这个教程中，我们选择第一个选项），详见1.5.1节第6步。11.点击【Next】，安装进度信息出现。12.根据第9步和第10部许可类型选择的不同，完成如下操作：·如果选择已有许可文件（Ihavealicensefile），或者引用许可服务器（referencealicenseserver）：12.1点击【Next】，将Isight自带的组件发布到本地组件库中，如果安装过旧版的Isight，则会进行数据库移植（DatabaseMigration）操作。12.2如果选择StartDesignGateway选项，安装完成后Isight会自动启动。12.3点击【Next】12.4查看安装完成信息12.5点击【Finish】完成安装。·如果选择安装完成后提供许可文件（Skipthelicensefornow-itwillbesuppliedlater）：12.1点击【Next】，显示的本机主机名（hostname）和主机ID号（hostID）的信息，用于申请许可文件。12.2点击【Next】12.3查看安装完成信息12.4点击【Finish】完成安装。1.6.2安装许可服务器安装光盘提供两个脚本帮助用户安装和启动FLEXnet许可服务器。1.将许可文件License.dat拷贝到<isight_install_directory>/license子目录下。2.在许可文件中填写engswd程序的正确路径。比如，如果Isight安装在AIX系统的/opt目录下，那么用户需要将License.dat文件中VENDORengswd这一行改为如下：VENDORengswd/opt/SIMULIA/Isight/5.5/bin/AIX_5.1_ppc/engswd3.检查许可文件中SERVER行是否正确反映了本机的hostname提示：可以通过uname–n命令获得主机名称。4.保存更改后的许可文件。5.以root权限用户登录系统，同时确保具有对/etc目录的写权限。6.进入<isight_install_directory>/license子目录。7.执行命令：./flexlminstall8.执行启动许可服务器命令：./flexlmstart显示成功启动许可服务的信息。9.启动IsightDesignGateway，并确认自动发布Isight组件。1.6.3配置客户端浮动许可Isight具有License浮动的功能，我们只要先配置License服务器，客户端电脑可直接浮动服务器的License即可：·新建文本文档命名为license.dat，然后在文档中写入如下两行：SERVER<hostname><hostid>USE_SERVER其中，<hostname>为LicenseServer的主机名，<hosted>为LicenseServer的主机ID或MAC地址。·license文档放到客户机Isight安装目录的License文件夹即可。1.7运行主界面1.7.1设计门户（DesignGateway）DesignGateway的界面如图1.15。图1-15DesignGateway界面设计门户（DesignGateway）界面是Isight的主界面，在这个界面下允许用户创建模型，配置组件，控制工作流程及其它一些和搭建模型相关的功能：·用户可以从组件（Component）面板通过组件拖拽的方式到仿真流程（Sim-flow）面板下搭建工作流程。·用户可以方便的对组件进行分类，在组件（Component）面板默认地有算法驱动器（Drivers）属性页和运行节点（Activities）属性页。同时，用户可以根据自己的需要通过New标签定制自己的组件分类。·一旦组件拖拽到仿真流程后，用户可以通过双击组件的方式去对它进行编辑。·菜单和工具栏允许用户进行更多的操作，比如发布组件（Publish），首选项（Preference），执行（Run）等等。也可以通过这些菜单直接进入其它界面，比如运行门户（RuntimeGateway）。1.7.2运行门户（RuntimeGateway）Isight的运行门户RungtimeGateway的界面如下。图1-16RuntimeGateway界面在运行门户界面中，用户可以监控模型运行的进度及查看结果，但是不可以更改模型的结构及编辑一些执行组件；用户还可以创建图表，浏览参数信息，创建近似模型，进行数据结果分析及重新提交模型运行。RuntimeGateway主要界面包括:·仿真流程监控（Sim-flow）面板。此面板允许用户监控模型仿真的进度，并且可以在此面板对驱动组件进行编辑。·参数及历史（Parameters/History）面板。此两面板允许用户查看工作流中各个组件的结果信息。·图像（Graphs）和数据分析（DataAnalysis）面板。此两面板允许用户对运行结果创建图和表，或运用其它的后处理工具查看结果信息。·可视化设计（VisualDesign）面板。此面板允许用户创建或浏览近似模型。·日志（Logs）面板。此面板提供一些模型执行的信息。通过此面板用户可以方便的对错误进行定位，利于模型的成功调试。·执行（Run）菜单。此菜单允许用户直接在RuntimeGateway再一次提交仿真模型计算，而不必返回到DesignGateway。通过本章的学习，大家已经对Isight有了一个初步的认识，接下来的模型集成，算法理论及stepbystep的操作练习，相信大家一定会获益匪浅的。应用程序集成本章要点Isight组件主要分为流程组件ProcessComponent（也称Drivers驱动器）和应用组件（ActivityComponent）。本章重点介绍应用组件，它们提供了Isight读写CAD/CAE/自编程序的输入/输出文件的接口，可以实现应用程序的参数化集成和运行。同时，本章还将介绍多种商业程序的集成命令。本章具体包括以下内容：·访问组件库和添加组件·Calculator公式组件·Excel组件·DataExchanger文本读写组件·OSCommand命令行组件·Simcode程序集成组件·Script脚本组件·Matlab组件·Abaqus有限元仿真集成·Patran有限元前处理集成·Sculptor/Fluent网格变形和流体仿真集成·AdamsCar多体动力学仿真集成·附录：常用商业CAD/CAE程序集成命令2.1组件库（ComponentLibrary）Isight提供了大量的组件帮助用户集成各种模型和程序，用户也可以通过Isight组件库实现对各种数据、模型、接口和文件的管理，甚至创建自定义的组件。Isight提供的组件按照功能如下表所示。本章介绍Isight自带的Activities应用组件。访问组件库用户可以将选定的组件加入到DesignGateway的组件面板中，操作如下：1.在DesignGateway界面中，点击【Sim-flow】属性页。2.点击【Activities】组件面板或【<New>】添加新的组件面板。可以有三种方式调出IsightLibrary对话框：·点击在属性页最右边的按钮。·在DesignGateway的工具菜单上点击按钮。·在DesignGateway的菜单栏上选择【View(Library】子菜单。3.在弹出的【IsightLibrary】对话框中，可以通过两种方式添加组件：·选中需要添加的组件，点击【AddtoPalette】按钮或【Add】按钮进行添加。·直接拖动需要添加的组件到DesignGateway的组件面板上。图2-1组件库2.2Calculator公式组件2.2.1概述Calculator组件提供了用户输入解析表达式的窗口界面，并支持大量的数学函数和运算符。2.2.2练习 问题描述 用Calculator组件编写悬臂梁有限元分析程序。 Isight模型文件 \lab_第2章_程序集成\Calculator\beamCal.zmf1.在DesignGateway中点击【File(New(Default)】创建一个空的任务Task。图2-2Calculator组件工作流集成2.通过将组件面板中的计算器组件拖动到工作流中。·提示：如果在组件面板中没有计算器组件图标，请按照2.1.2节所述方式从组件库中添加计算器组件到组件面板。计算器组件在组件库中的路径为：com.engineous.component.Calculator3.双击计算器组件，弹出编辑界面【CalculatorComponentEditor】，其界面由公式输入区（ExpressionTextBox）、计算器按钮（CalculatorButtons）、参数类型列表（ParameterTypeList）、参数声明表（DeclaredParameterslist）、函数类型表（FunctionTypeList）、状态条(StatusBar)等组成，如下图所示。图2-3计算器组件编辑界面4.可以向【Express】表达式文本框输入计算公式，如果公式超出了显示区域，可以通过滚动条进行滚动显示。计算公式中的变量呈现不同的颜色，方便用户进行检查：·红色：表明为数字常量或字符串常量·蓝色：表明为参数名·蓝色同时显示下划线：表明未定义参数名，在点击【Calculate】或【OK】按钮时自动进行参数定义。·绿色：表明为注释·背景色为红：表明存在错误。5.【DeclaredParameters】列表框显示了所有已经定义了的参数。6.【Calculator】按钮可以计算当前各输出变量的值。7.【AvailableFunctions】列表显示所有可以用于定义公式的数学运算符和操作。8.【Statusbar】显示当前组件的状态。9.用户可以打开示例程序“\lab_通用程序集成\Calculator\beamCal.zmf”进一步了解该例子中的公式代码。2.3Excel组件2.3.1概述Isight提供了与Excel的直接接口，可用于读、写Excel中的单元值，还能够执行Excel中定义的宏。2.3.2练习 问题描述 集成Excel悬臂梁计算模型。输入参数：·WebThickness板厚·Height高度·Length长度输出参数：·Deflection变形量·Stress最大应力·Area截面积 被集成文件 \lab_第2章_程序集成\Excel\beamExcel.xls Isight模型文件 \lab_第2章_程序集成\Excel\beamExcel.zmf1.在DesignGateway中点击【File(New(Default)】创建一个空的任务Task。2.将Excel组件拖动到Task的工作流中。图2-4Excel组件工作流·提示：Excel组件在组件库中的路径为：com.engineous.component.Excel3.双击Excel组件，弹出编辑界面【ExcelComponentEditor】。4.从点击【Browse】按钮，选择需要打开的Excel文件beamExcel.xls，完成后如图2-5所示。图2-5Excel组件编辑界面5.勾选【Storeworkbookinthemodel】将Excel文件保存在Isight模型文件中。6.建立输入参数Length：·点击第3行、第A列的单元格（值为400），在【Parameter】文本框中输入参数名Length。·选择参数的读写方向为，意为将Isight参数写入Excel单元格。·点击按钮完成输入参数Length，建立与Excel单元格的映射关系。7.如第6步所示，依次完成参数Width、WebThickness的添加。8.建立输出参数Area：·点击第13行、第A列的单元格（值为450），【Parameter】文本框中输入参数名Area。·选择参数的读写方向为，意为从Excel中读取单元格值，赋予Isight参数。·点击按钮完成输入参数Length，建立与Excel单元格的映射关系。9.如第8步所示，依次完成参数Stress，Displacement的添加。试一试：在Excel组件编辑器中，可以通过【Advanced】属性页设置高级选项。·通过【Macro】下拉列表选择需要执行的宏命令。·点击【SaveExcelfileafterexecution】可将参数的修改保存到原始Excel文件中。·点击【ShowExcelduringexecution】可以在计算过程中弹出Excel界面。·点击【Closeworkbook】可以决定是否再运算结束后关闭Excel界面。·点击可将参数修改后的Excel文件作为Output文件输出。10.点击【OK】保存，关闭Excel编辑器。11.在DesignGateway中，点击主菜单【File(SaveAs】，自定一个文件名，并保存到目录“\lab_通用程序集成\Excel\”中。12.在DesignGateway中，右键单击Excel组件，选择【Run(RunComponent(Excel)】。2.4DataExchanger文本读写组件2.4.1概述Isight提供与文本文件的读写接口。通常DataExchanger可以用来生成应用程序的Input输入文件，也可以用于读取应用程序生成的Output输出文件。DataExchanger组件提供了丰富的操作命令准确读写文本文件中对应位置的字符串值。DataExchanger组件的编辑界面由命令列表(ActionList)、数据区（DataSourceArea）、参数列表（ParameterTable）、参数读写操作区（ParameterRead/WriteArea）、参数定位区（SwipeDetailsArea）、状态条(StatusBar)等组成。图2-6DataExchanger组件编辑界面DataExchanger编辑器的菜单条中包含了丰富的字符串定位和参数读写命令按钮，如下表所示： 关键字查找 在文本文件中查找指定的关键字位置 命令编辑 编辑选中的操作命令 命令删除 删除选中的操作命令 关闭文件 关闭当前数据文件 新建数据源 打开新的数据文件 新建格式区域 在文件中某处建立新的格式 Marker定位标记 建立搜索用的定位标记 公式添加 输入解析表达式 条件语句 添加条件判断语句 For循环 创建For循环 While循环 创建While循环 注释 添加注释 添加Java代码 添加Java代码 编辑Java代码 打开Java代码编辑器2.4.2练习：写文件 问题描述 向FenceIn.txt文件中写入如下两个参数：·Length长度·Width宽度 文件模板 \lab_第2章_程序集成\DataExchanger\FenceIn.txt 修改后所输出的文件 \lab_第2章_程序集成\DataExchanger\FenceIn_Updated.txt Isight模型文件 \lab_第2章_程序集成\DataExchanger\写FenceIn.zmf图2-7数据解析过程图1.在DesignGateway中点击【File(New(Default)】创建一个空的任务Task。2.将DataExchanger组件拖动到Task的工作流中。图2-8DataExchanger组件工作流·提示：DataExchanger组件在组件库中的路径为：com.engineous.component.Datex。3.双击DataExchanger组件，弹出编辑界面【DataExchangerComponentEditor】。图2-9DataExchanger组件编辑界面4.点击中央区域的按钮【ClickheretoopenanewDataSource】，弹出【ExchangerWizard】向导对话框。图2-10ExchangerWizard向导对话框5.点击【WriteaFile】选项框，同时点击【Browse…】按钮，选择待写入的文件：FenceIn.txt，点击【Next】按钮。6.在弹出的FileFormat文件格式选择对话框中，选择【GeneralText】选项。图2-11GeneralText选项·提示：FileFormat有四种格式，对应不同的字符串定位模式： GeneralText普通文本格式 最常用，适用于没有特定格式的文本。需要通过关键字搜索或行列号进行参数定位。 Name/Value名称-值对格式 数据的每一行格式为：“名称”和“值”对应的固定格式。 Table表格格式 数据为规则的多行、多列表格形式 Vector向量列格式 数据为通过空格间隔的形式，通常用于Fortran程序文件的解析。7.点击【Finish】按钮，返回【ComponentEditor】对话框。8.创建输入参数Length，并建立与文件中对应字符串的映射：·点击中央数据区第二行“TheLengthis:”末尾显示为“8.0”的字符串。·在【Parameter】文本框中输入“Length”参数名。·点击【写入】按钮，此时“8.0”背景色变为粉红色。·左侧Actions列表中增加了一行代码：Length(FenceIn.word(“Thelengthis”+0,4)，代表用Length变量替换该行的第4个字符串(word)。·右侧Parameter列表中增加了Length变量，读写模式Mode为输入变量，类型Type为实型，改变Value值为9.0，可以看到中央文本区对应的位置也会变为“9.0“。图2-12DataExchanger组件数据解析·试一试：点击按钮，可以取消Isight参数与文本字符串之间的映射关系。9.按照第8步的操作，添加Width变量，替换文本中的“6.0”。·试一试：右键点击粉红色背景的字符串，在弹出的菜单中选择【EditFormat】，可以按照Fortran/C/Java等编程语言的标准，指定写入文本文件的数字格式。图2-13EditFormat界面·试一试：右键点击粉红色背景的字符串，在弹出的菜单中选择【EditSectionFormat】，可以在【WordSeperators】中指定多种字符串间隔符（默认为空格Space，Tab键和“，”号），包括分号、括弧等。图2-14EditSectionFormat界面10.点击【Ok】按钮，返回DesignGateway主界面。11.点击DesignGateway界面中的【Files】文件参数页面（Isight将所有文件用文件参数FileParameter进行管理）。图2-15File管理界面12.点击【OutputFiles】输出文件属性页，选择名称为【FenceIn_txt】的行。13.将DataExchanger输出的文件重命名为“FenceIn_Updated.txt”，并保存在“写FenceIn.zmf”模型文件所在的目录中。操作方式为：对于下方左侧的【Source】源文件框，将【Name】文件名重命名为“FenceIn_Updated.txt”，代表修改了参数值后的FenceIn文件。14.从【Option】下拉框中，将【Path】路径更改为【ModelDirectory】，Isight内部变量名为{modeldir}。·ModelDirectory：Isight内部变量名为{modeldir}，表示文件存储于zmf模型文件所在目录中。·RuntimeDirectory：Isight内部变量名为{rundir}，表示文件存储于系统用户目