应用背景

在现代产品研发过程中，研发工程师会用到各种各样的算法、程序等软件工具，比如基于一些经验公式进行初步估算、采用CAD软件建立三维数字样机模型、采用FEA/CFD等多物理场仿真软件进行结构/流体/散热/电磁等不同物理场的仿真分析、基于行业规范算法在通用计算软件结果的基础上进行数据后处理，结合优化软件对某些设计参数进行调整及优化计算等，整个过程中涉及到众多软件之间的数据传递和重复操作，流程和数据关系复杂、软件应用门槛高，不利于工程师进行设计方案的快速调整和验证。

SIM.MAP多学科应用集成平台，可用于对自研程序、主流CAD、CAE工具软件的集成封装，形成系列化专用组件库。基于平台循环、分支、判断等多种流程控制组件，可搭建面向不同行业、不同专业的复杂分析流程，实现分析流程自动化运行。同时，结合平台优化工具，为用户改进和优化各类复杂工程问题提供了一套系统、高效的解决方案。

图 1 平台架构 

应用范围

平台可用于船舶、核电、航空航天、兵器、电子、能源电力、汽车等行业。

应用集成框架

应用集成框架通过对仿真组件集成，为设计仿真的相关人员提供一个集设计、仿真、优化为一体的工作环境。将各类设计仿真工具及专业算法封装成标准组件，基于一系列标准组件搭建成面向不同行业的复杂仿真流程，通过参数驱动方式实现不同模型间的数据传递，完成多学科联合仿真与优化设计。

图 2 平台主界面

1）组件集成

组件是构成仿真应用流程的最基本的功能单元，每个组件实现特定的功能，并具备特定的输入、输出参数。

通过对各标准组件的统一管理，形成专用组件库。用户搭建流程时可从组件面板中选择所需的功能及控制组件，构成复杂的设计仿真流程。

组件可以根据需要进行分类，如三维建模工具、结构/流体/系统仿真工具、专门用于优化设计的优化类组件以及用于流程控制的流程组件等。

图 3 组件库

2）流程驱动

结合不同的专业仿真需求，用户可以选取相应的功能组件以拖拽的方式快速搭建仿真流程，并以可视化方式定义任意组件之间的参数传递关系。在流程执行过程中各组件按照顺序依次执行，并按照预先定义的关系实现参数的传递和更新，从而实现全流程的自动化迭代执行。

图 5 仿真流程搭建

组件之间传递的参数可以是流程全局参数、几何尺寸参数、边界载荷参数、外部输入文件或结果文件等信息，并可将搭建好的联合仿真流程固化，形成标准流程。

图 6 参数关系定义

3）流程模板

用户手动搭建好的仿真流程可以保存为流程模板，下次执行同样的流程时可以从流程模板库直接选择所需的流程模板来创建仿真流程，能够大幅提高流程搭建的效率。

图 7 流程模板库

4）可扩展性

平台框架采用配置文件方式，将各组件集成到框架中。配置文件中包含参数检查、输入转换器、执行程序、输出转换器各过程的定义，用户通过修改配置文件的方式，可快速化完成组件的扩展。

图 8 组件构成

专用扩展包

除上述应用集成功能外，平台还提供专用扩展包，用户可根据需要进行选配。当前扩展包主要有：优化工具包、可靠性工具包等。

优化工具包：从多个学科领域和多个目标之间进行综合优化，通过探索和利用系统中相互作用的协同机制，获取系统整体最优性能以实现系统或产品的最佳设计。

图 9 优化工具包

可靠性工具包：通过评估系统或产品在规定条件下的可靠性，识别潜在的故障风险和薄弱环节，优化系统设计，提高产品性能。

图 10 可靠性工具包 

方案优势

1)  自主化

软件集成框架及自带的功能组件所用的各部分核心算法全部自主编写，针对不同的应用场景和需求，有多种算法可供选择，使优化流程更具灵活性和可控性。

2)  兼容性

软件可以集成各种自编程序及大多数主流CAD、CAE工具软件，实现不同程序算法和工具之间的协同。

3)  扩展性

功能组件采用标准化的封装方式，用户可以通过配置的方式自定义并扩展功能组件，以满足不同功能需求和场景的需要。

4)  易用性

软件提供可视化的流程搭建和参数关系定义操作方式，以及基于配置的组件扩展方式，并提供组件库、流程模板库等实用功能，大大降低了软件操作难度，提高工作效率。

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