AIPOD是由天洑軟件自主研發(fā)的一款通用的智能優(yōu)化設(shè)計軟件，致力于解決能耗更少、成本更低、重量更輕、散熱更好、速度更快等目標(biāo)的工程設(shè)計尋優(yōu)問題。針對工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的自動化程度低、數(shù)值模擬計算成本高等痛點，基于人工智能技術(shù)、自研先進(jìn)的智能代理學(xué)習(xí)、智能優(yōu)化策略。軟件使用門檻低，優(yōu)化效果好，可以讓設(shè)計團(tuán)隊專注于產(chǎn)品設(shè)計本身，而非數(shù)值模擬仿真過程，從而幫助設(shè)計團(tuán)隊快速地尋找到更好的產(chǎn)品或流程設(shè)計方案。

一、工程描述

圖1 斜流風(fēng)扇輪轂參數(shù)化模型

某斜流風(fēng)扇參數(shù)化模型如圖1所示，該斜流風(fēng)扇的參數(shù)化模型共包含輪轂入口和出口半徑、輪緣進(jìn)出口角度、輪轂和輪緣內(nèi)部截面線變化、包角變化參數(shù)等共15個設(shè)計變量?？紤]在功耗限制條件下，以斜流風(fēng)扇進(jìn)出口壓差最大化為目標(biāo)，對斜流風(fēng)扇輪轂造型進(jìn)行優(yōu)化。

二、操作流程

斜流風(fēng)扇的數(shù)值仿真模擬計算流程如圖2所示，綠色表示變量、藍(lán)色表示文件、橙色表示調(diào)用的軟件，文件上方的路徑表示文件相對于工程文件夾的相對路徑。

圖2 某斜流風(fēng)扇的數(shù)值仿真模擬計算流程

1）新建項目

啟動軟件后， 自動進(jìn)入該項目默認(rèn)計算流程頁面，如圖3所示。

圖3 計算流程頁面

2）CAESES節(jié)點配置

CAESES為可執(zhí)行程序，因此，需要從工具欄中拖拽一個CAESES節(jié)點加入畫布，如圖 4所示。

圖4 添加CAESES調(diào)用節(jié)點

① 節(jié)點信息配置

單擊新加入畫布的CAESES調(diào)用節(jié)點后，可在彈出窗口中對CAESES節(jié)點的信息進(jìn)行配置，如圖5所示。

圖5 CAESES節(jié)點信息配置

② 節(jié)點文件配置

如圖2所示，CAESES節(jié)點包含兩個輸入文件testfan_tcfd.fsc和testfan_tcfd1208.fdb；三個輸出文件outfield.stl、rotor.stl和stator.stl。選擇CAESES節(jié)點配置彈窗中的文件設(shè)置選項，即可對CAESES節(jié)點的輸入輸出文件進(jìn)行配置。首先鼠標(biāo)移至輸入文件列表上方【上傳】按鈕處，在展開下拉列表中選擇【上傳文件】選項，在彈出窗口中選擇對應(yīng)的文件后單擊打開按鈕即可完成輸入文件的新建，如圖6所示。

圖6 上傳fsc文件

重復(fù)上述步驟或在彈窗中批量選擇需要上傳的文件即可完成多個輸入文件的新建，其結(jié)果如圖7所示。

圖7 CAESES節(jié)點輸入文件列表

在輸出文件列表上方單擊上傳按鈕，在彈出窗口中選擇三個stl文件后單擊打開按鈕即可完成輸出文件的新建。由圖2可知，rotor.stl、stator.stl、outfield.stl文件存儲位置不在工程根目錄下，因此需要單擊其后方的【編輯】按鈕，將目標(biāo)路徑修改為相對于工程文件夾的存儲路徑，如圖8所示。

圖8 輸出文件目標(biāo)路徑編輯

③ 節(jié)點變量&文件關(guān)聯(lián)

如圖2所示，調(diào)用CAESES節(jié)點時，14個輸入變量的值需要被寫入fsc文件中的固定位置，以實現(xiàn)新設(shè)計方案的生成，因此需要將14個輸入變量與fsc文件關(guān)聯(lián)?；氐紺AESES節(jié)點【文件設(shè)置】選項下，單擊fsc文件后方的【寫入】按鈕，在彈出窗口右側(cè)文件內(nèi)容中選擇需要進(jìn)行變量識別與寫入的位置，然后單擊左側(cè)【自動提取輸入變量】按鈕，確認(rèn)識別到的變量無誤后，單擊【確定】按鈕，即可實現(xiàn)輸入變量新建并且與fsc文件進(jìn)行寫入關(guān)聯(lián)，如圖9所示。

圖9 模型參數(shù)與fsc文件關(guān)聯(lián)

3）TCAE節(jié)點配置

TCAE為可執(zhí)行程序，因此，需要從工具欄中拖拽一個批處理腳本節(jié)點加入畫布，如圖10所示。

圖10 添加TCAE調(diào)用節(jié)點

由圖2可知，TCAE節(jié)點需要對CAESES節(jié)點輸出的模型文件進(jìn)行仿真計算，因此CAESES節(jié)點與TCAE節(jié)點之間存在文件的傳遞，需要將CAESES節(jié)點與TCAE節(jié)點相連接，如圖11所示。

圖11 連接CAESES與TCAE節(jié)點

①節(jié)點信息配置

單擊新加入畫布的TCAE調(diào)用節(jié)點后，可在彈出窗口中對TCAE節(jié)點的信息進(jìn)行配置，如圖12所示，其中命令即調(diào)用TCAE的批處理命令。

針對該工程而言為"
C:/TCAE/20.09/bin/CAEProcessor.exe" -setup fan.tcae -dir TCAESimulation -allrun。前半部分為STARCCM的安裝路徑，后半部分為TCAE創(chuàng)建工作目錄并自動計算。

圖12 TCAE節(jié)點信息配置

②節(jié)點文件配置

如圖2所示，TCAE共包含4個輸入文件，其中rotor.stl、stator.stl、outfield.stl為CAESES的輸出文件，fan.tcae為TCAE設(shè)置文件。

單擊CAESES與TCAE之間的連線，然后在文件關(guān)聯(lián)列表上方的輸入量選擇CAESES的輸出文件，最后單擊后方的【+】按鈕即可為TCAE創(chuàng)建rotor.stl輸入文件，并可實現(xiàn)CAESES與TCAE之間的文件傳遞，如圖13所示，重復(fù)上述操作創(chuàng)建stator.stl、outfield.stl輸入文件。

圖13 關(guān)聯(lián)rotor.stl文件

再單擊TCAE調(diào)用節(jié)點，在其輸入文件列表中，rotor.stl、stator.stl、outfield.stl文件已被添加，僅需上傳fan.tcae文件即可，如圖14所示。

圖14 添加fan.tcae文件

單擊輸出文件列表中【上傳】按鈕，上傳efficiency-final.csv文件，即可完成TCAE節(jié)點輸出文件的配置，因為TCAE輸出文件存儲不在工程根目錄下，因此需要單擊其后方的“編輯”按鈕，將目標(biāo)路徑修改為相對于工程文件夾的存儲路徑，如圖15所示，最終TCAE節(jié)點的文件配置如圖16所示。

圖15輸出文件目標(biāo)路徑編輯

圖16 TCAE文件配置結(jié)果

③節(jié)點變量&文件關(guān)聯(lián)

由圖2可知，TCAE的變量包含從文件中提取的9輸出變量，因此，在文件設(shè)置選項下，單擊輸出文件efficiency-final.csv后方的“提取”按鈕，單擊新建變量，依次填寫輸出變量名稱，指定輸出變量在文件中的讀取位置后，單擊確定即可在添加輸出變量的同時完成輸出變量與輸出變量的關(guān)聯(lián)。需要注意的是，變量在文件中的行列編號均從0開始，若不清楚其位置，可在左側(cè)文件中選中對應(yīng)位置，單擊“位置解析”按鈕，實現(xiàn)讀取位置的自動匹配如圖17所示。

圖17添加并關(guān)聯(lián)變量

本案例的優(yōu)化目標(biāo)是要求總壓差最大，壓差由從文件讀取的出口壓降減去進(jìn)口壓降得到，該輸出變量并非從輸出文件中讀取的，因此其添加方法也區(qū)別于從文件中提取的輸出變量。在【變量設(shè)置】選項卡下輸出變量列表上方單擊【新建】按鈕處選擇【表達(dá)式變量】，在彈窗中填寫變量名稱和表達(dá)式后，即可創(chuàng)建該類型的輸出變量如圖18所示。

圖18 添加表達(dá)式型輸出變量

4）輸入節(jié)點配置

計算流程開始執(zhí)行時需要傳入delta_fun_dev01、delta_fun_dev02、delta_fun_Tan01、delta_fun_Tan02、hub_delta_value、hub_End_Angle、hub_End_R、hub_fac01、hub_fac02、shroud_delta_value、shroud_fac01、shroud_fac02、shroud_shift01、shroud_shift02這14個模型參數(shù)，因此，14個模型參數(shù)是整個計算流程的輸入變量。

① 節(jié)點連接

CAESES和TCAE節(jié)點配置完成后，需要連接輸入節(jié)點，并通過連線配置中的變量關(guān)聯(lián)將CAESES節(jié)點的輸入變量同步至輸入節(jié)點的輸入變量中。如圖19所示，輸入節(jié)點首次連接時會自動關(guān)聯(lián)所連接節(jié)點的輸入變量。

圖19 連接輸入節(jié)點

5）輸出節(jié)點配置

如圖2所示，TCAE節(jié)點執(zhí)行完成即整個計算流程執(zhí)行完成，因此TCAE節(jié)點需要與輸出節(jié)點連接，如圖20所示。

圖20 連接TCAE與輸出節(jié)點

6）新建優(yōu)化問題

計算流程配置完成后，單擊【計算流程】菜單中的【新建優(yōu)化問題】按鈕，在彈出窗口中填寫優(yōu)化問題名稱后，即可創(chuàng)建優(yōu)化問題，如圖21所示。

圖21 新建優(yōu)化問題

創(chuàng)建優(yōu)化問題后，會自動跳轉(zhuǎn)至優(yōu)化問題頁面，如圖22所示。

圖22 優(yōu)化問題頁面

① 添加目標(biāo)變量

單擊優(yōu)化問題菜單下的【新建目標(biāo)變量】按鈕，在彈出窗口種選擇deltPt作為最大化目標(biāo)，單擊“確定”，即可完成目標(biāo)變量的添加，如圖23所示。

圖23 添加目標(biāo)變量

目標(biāo)變量添加完成后，既已經(jīng)滿足優(yōu)化問題的基本定義，因此，優(yōu)化問題狀態(tài)變更為“通過校核”，如圖24所示。

圖24 優(yōu)化問題狀態(tài)

② 添加約束條件

單擊優(yōu)化問題菜單下的【新建約束條件】按鈕，在彈出窗口中選擇power作為約束條件，將其限制在14以內(nèi)，單擊【確定】，即可完成約束條件的添加，如圖25所示。

圖25 添加約束條件

7）添加優(yōu)化任務(wù)

單擊優(yōu)化問題菜單中的【新建優(yōu)化任務(wù)】按鈕，在彈窗中填寫任務(wù)名稱，選擇SilverBullet算法并配置算法參數(shù)后，單擊【保存】按鈕即可完成優(yōu)化任務(wù)的新建，如圖26所示。單擊“提交”按鈕，則會直接運行優(yōu)化任務(wù)求解最優(yōu)設(shè)計方案。

圖26 新建優(yōu)化任務(wù)

三、優(yōu)化效果

AIPOD與市面上常見的優(yōu)化算法優(yōu)化結(jié)果如圖27所示。

圖27 優(yōu)化結(jié)果對比

AIPOD與市面上常見的算法的優(yōu)化歷程如圖28所示，結(jié)果表明，競品算法在優(yōu)化潛力表現(xiàn)上明顯落后于AIPOD，且bound-break能夠更好的輔助設(shè)計人員找到被忽略的高效設(shè)計區(qū)域。

圖28 斜流風(fēng)扇優(yōu)化歷程圖

Tsearch與AIPOD優(yōu)化結(jié)果分別如圖29、圖30所示。

圖29 Tsearch優(yōu)化結(jié)果云圖

圖30 AIPOD優(yōu)化結(jié)果云圖

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