iSIGHT_ModelCenter_DAKOTA和Visual4种MDO计算框架的分析和对比

iSIGHT_ModelCenter_DAKOTA_和VisualDOC4种MDO计算框架的分析和对比1.前言由于MDO有助于提高工业界的设计能力因此工业界对MDO计算框架的需求是迫切的近几年来国外有关政府研究机构大学工业部门和开发商都在积极开发MDO框架其发展速度十分迅速以下对国外四种典型的MDO框架进行简要的分析四种MDO框架分别是DAKOTA、VisualDOC、ModelCenter和iSIGHT其中对VisualDOC的评估是根据我们直接使用的体会对DAKOTA的分析是基于该系统的研究人员所发表的论文和技术文档提供的信息对ModelCenter和iSIGHT的分析是根据其他用户提供的评估报告和开发商提供的技术资料。2.DAKOTADAKOTA是DesignAnalysisKitforOptimizationandTerascaleApplication的缩写是美国Sandia国家实验室开发的基于UNIX平台的面向工作站和高性能计算机的通用设计优化框架。其主要特点是提供丰富的优化算法库，其优化算法库包含了基于梯度计算的非线性规划无需梯度计算的模式搜索法和遗传算法，含整型和连续型混合设计变量的优化算法，具有很强的代理模型生成功能。DAKOTA几乎包括了目前主要的代理模型技术可用于基于不确定性的优化设计，支持高性能计算机的并行计算功能，提供对遗留程序的集成功能对优化设计过程具有一定的可视化功能。由于DAKOTA并不是一个商用软件其用户界面不太理想而且DAKOTA目前还不能实现多机分布式计算，也没有对其它CAD/CAE商用软件提供接口3.VisualDOCVisualDOC是由Vanderplaats等开发的，可用于WindowsNT和Unix平台的工程设计优化系统。Vanderplaats本人在工程优化领域具有较高知名度，VisualDOC的特点是优化算法库采用了他们以前开发的设计优化工具DOT软件。DOT已在美国得到广泛的应用已被证明具有较高的可靠性,并且在VisualDOC第3版中还增加了遗传算法和ParticleSwarm优化算法，具有很好的用户界面可以用类似于电子表格的形式定义优化问题提供了几种常用的代理模型技术。通过使用VisualScript模块可集成遗留程序，也为其它商用软件，如FLUENT、ABAQUS等提供口，采用数据库技术提供了良好的数据管理有很好的设计过程可视化功能，可实时观察目标函数约束函数设计变量的状态和变化趋势，支持多处理器计算机的并行计算。VisualDOC主要缺陷是：目前还没有实现多机分布计算功能，代理模型生成方法还不够丰富，对于基于不确定的设计优化问题也不易处理。4.ModelCenterModelCenter是由PhoenixIntegration公司开发的基于WindowsNT操作系统的MDO框架。PhoenixIntegration成立于1995年其合伙者之一曾是飞机综合设计优化软件ACSYNTAircraftSynthesis的开发者。ModelCenter的特点是具有很好的用户界面，很容易集成现有的遗留程序，实现分布式计算也很方便，用户只需几天的学习时间就可掌握ModelCenter的使用。通过采用数据流技术提供了良好的数据管理和设计过程可视化功能，提供了几种的代理模型生成方法和优化算法，对几种流行的CAD软件提供接口，例如对Pro-E和CATIA软件提供了接口。ModelCente主要缺陷是目前还不能实现并行计算，功能代理模型生成方法和优化算法还不够丰富。5.iSIGHTiSIGHT是美国EngineousSoftware公司开发的基于WindowsNT和Unix平台的多学科设计优化框架。虽然iSIGHT的起源可追溯到上世纪80年代，但该公司正式成立于1996年并致力于iSIGHT的开发和商品化。iSIGHT的特点是，提供专用的多学科设计优化语言MDOL（MultidisciplinaryOptimizationLanguage）来描述MDO问题。具有很好的集成遗留程序的能力，可在异构计算机环境下实现分布式计算，并支持并行计算。同DAKOTA一样，iSIGHT提供了丰富的优化算法和多种代理模型方法，具有良好的可视化功能，对多种CAD和CAE商用软件提供接口，这些商用软件包括：结构分析软件NASTRAN和ANSYS，流体分析软件FLUENT和CFX，CAD软件I-DEASPro-EUGCATIA等。在iSIGHT框架中还提供了较好的基于稳健性的设计优化和基于可靠性的设计优化的功能。因此iSIGHT的功能是比较强的在全球已有许多用户。iSIGHT的主要缺陷是：用户需要较长的学习时间才能掌握iSIGHT的使用。6.对比分析表1对上述四个MDO框架的功能和特征进行了对比分析。从表1中看出：各MDO框架都有其长处和不足之处。例如：虽然iSIGHT提供的功能比ModelCenter多，但ModelCenter使用更为方便。值得注意的是：在这四个MDO框架中，实现多级优化方法例如CSSO或CO方法仍然较繁琐。7.结束语本文根据MDO的目的工业界的需要和MDO框架的现状，归纳了MDO框架应具有的特征和功能，并以这些特征和功能为评估准则分析了目前四个典型的MDO框架。虽然这些MDO框架在用户界面集成遗留程序、分布式计算、优化算法库、设计优化过程数据管理和可视化方面已具有较强的功能。但在实现多级MDO方法仍然比较繁琐，在分布式环境下实现并行计算和设计方面还不尽人意，对于基于不确定性的MDO问题的支持还需进一步研究和完善。