ISIGHT响应面法建立近似模型
isight参数优化理论与实例详解
前言●Isight 5.5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，Isight 5.5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-Disciplinary Design Optimization）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（Design For 6Sigma）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（Siu Tong）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。
基于CarSim与Isight的悬架特性参数优化设计
基于CarSim与Isight的悬架特性参数优化设计冯金芝;吴涛;郑松林;赵礼辉【摘要】汽车悬架动力学特性对整车操纵稳定性有着至关重要的影响.为了改善悬架特性,在CarSim中建立整车动力学仿真模型,运用Isight集成CarSim建立了面向整车操纵稳定性指标的悬架特性参数优化设计仿真平台,经DOE分析构建了悬架系统特性参数与稳态回转性能指标之间的响应面模型,运用多岛遗传算法,得到一组悬架子系统特性参数的最优值,从而提高汽车操纵稳定性.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2019(057)001【总页数】5页(P33-37)【关键词】Isight;CarSim;悬架;整车性能;实验设计;优化【作者】冯金芝;吴涛;郑松林;赵礼辉【作者单位】200093 上海市上海理工大学机械工程学院;200093 上海市机械工业汽车机械零部件强度与可靠性评价重点实验室;200093 上海市上海理工大学机械工程学院;200093 上海市上海理工大学机械工程学院;200093 上海市机械工业汽车机械零部件强度与可靠性评价重点实验室;200093 上海市上海理工大学机械工程学院;200093 上海市机械工业汽车机械零部件强度与可靠性评价重点实验室【正文语种】中文【中图分类】U463.330 引言悬架系统总成的操控动力学特性参数主要是指悬架的K&C特性参数和车轮及悬架的几何定位参数静态设计值[1]。
悬架K&C特性反映了悬架系统的变化情况，会直接影响汽车的操纵稳定性。
文献[2-3]从理论与工程角度介绍了悬架特性参数对整车操纵稳定性、平顺性的影响以及在底盘开发过程中如何对悬架系统进行合理设计。
文献[4]通过对目标车进行灵敏度分析，提出了基于回归模型的悬架系统特性对标和改进方法。
文献[5]利用DOE分析研究了麦弗逊悬架总成参数对整车操控性能的影响。
本文以某轿车麦弗逊前悬架为研究对象，利用Isight软件集成Carsim软件建立整车稳态回转优化仿真平台，对悬架参数进行灵敏度分析，并且采用多岛遗传算法实现对悬架运动特性的优化，从而提高汽车的操纵稳定性。
211273402_陆军某型弹药通用吊具结构优化设计
陆军某型弹药通用吊具结构优化设计曹庆国 张鑫磊 王 婷 马文国中国人民解放军32228部队25分队 南京 211133摘 要：为解决目前陆军大型弹药吊具通用性、可靠性不足的问题，设计了一种大型弹药通用吊具，经试验和试用发现其存在进一步减重的必要。
文中基于有限元理论，建立了弹药吊具的仿真模型，获得了弹药吊具的质量和刚强度力学响应。
通过建立横梁结构尺寸参数化模型，运用最优拉丁超立方试验设计法构造了Kriging近似模型，以减重和提高刚度为优化目标，运用NSGA-II算法获得Pareto前沿，其上存在可以使质量和刚度同时得到优化的设计点，分析结果可以用于指导后续弹药吊具结构优化设计，其方法也可为类似问题的解决提供参考。
关键词：弹药吊具；结构优化；有限元；参数化建模中图分类号：TJ03 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）09-0054-06Abstract: To solve the problem of insufficient universality and reliability of the large ammunition spreader in the army, a universal spreader for large ammunition is proposed, but it is found that further weight loss is needed after experiments and trials. In this paper, based on finite element theory, a simulation model of ammunition spreader was established to obtain the mechanical response of mass and stiffness of ammunition spreader. By modeling the dimension parameters of the beam structure, the Kriging approximate model was constructed by using the optimal Latin hypercube experimental design method to reduce weight and improve stiffness. The Pareto front was obtained by using NSGA-II algorithm, and there are design points on it that can optimize the weight and stiffness at the same time. Analysis results can be used to guide the structural optimization design of the spreader of ammunition, and can also provide reference for solving similar problems. Keywords:ammunition spreader; structural optimization; finite element method; parametric modeling0 引言近年来，300 mm远程火箭弹、280 km远程火箭弹等大型弹药陆续列装部队，射程更远、尺寸更大的大型火箭弹也在研发测试阶段，有望在不远的将来列装使用，这些弹药普遍存在着结构尺寸大、质量重、价值高等特点，在收发、装卸等作业时需要采用吊装设备进行辅助。
isight近似模型——approximation
iSIGHT近似模型—Approximation曲线拟合技术很久以来就被用于推导自变量与因变量之间的函数关系。
用户根据试验数据了解这些变量之间的关系，并发展经验关系式进一步用于性能预测。
对于计算代价高昂的仿真或分析软件，为加快对设计方案性能的评估，iSIGHT 用多种近似原理构造替代的近似模型，代替或强化精细分析和仿真软件。
这些近似模型使许多设计开发技术（如优化），特别使代价高昂的随机分析和质量工程设计，可被应用于大型的高度复杂的设计问题，而从前这些技术的应用在计算开销上是不现实的。
除了可大幅度提高分析任务的效率，iSIGHT 近似模型还可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软件“计算噪声”。
“计算噪声”会产生无数局部峰值从而对优化过程产生极大的负面影响。
近似模型通常会自然地抹平响应函数，因此在大多数情况下改善优化过程的收敛。
iSIGHT 目前包含五类近似模型，如下表所示，即响应面模型，泰勒级数，简易/ 详细复合模型，Kriging模型及径向基函数（RBF）神经网络模型。
响应面模型，绝大多数采用低阶多项式模型，是最普遍的近似模型。
拟合响应面模型所需的数据点个数与模型中的变量数直接有关（N 个变量的模型至少需要N＋1 个点，多出的一个点用于计算平均值或常量）。
iSIGHT可以构造一阶、二阶、三阶和四阶多项式响应面模型。
泰勒级数近似是用截断泰勒级数构造近似函数（通常只取一阶项）。
这样，未知函数被近似为一阶多项式，其中常数项代表初始设计函数值，一阶项系数代表函数的梯度，通常用有限差分方法确定。
iSIGHT 包括多种泰勒级数模型的构造方法。
变复杂度复合模型通过对同一物理现象用两种不同保真度的计算工具进行仿真而构造。
一个是精确的、代价高的仿真软件（如求解N-S 方程的CFD 软件），另一个是粗略的、代价低的仿真软件（如求解欧拉方程的CFD软件）。
简易/ 详细复合模型实质是一种倍乘或相加校正因子，用高保真软件的准确度对低保真软件的输出结果进行修正。
建立近似模型
目录摘要 (2)Abstract (3)第1章绪论 (4)1.1论文选题背景 (4)1.2车辆动力学研究的现实意义 (4)1.3近似模型的出现 (4)1.4本文所做的工作 (4)第2章车体运动稳定性研究 (6)2.1运动稳定性和临界速度定义 (6)2.2机车车辆动力学参数对横向稳定性的影响 (7)2.3改善机车车辆蛇形稳定性的措施 (8)第3章实验设计方案及工具 (9)3.1近似模型的介绍 (9)3.2车体动力学建模——Simpack软件应用 (9)3.3近似车体建模——iSight软件应用 (11)3.4建模设计流程 (13)第4章运用Simpack软件构建车辆动力学模型 (15)4.1车辆参数 (15)4.2建模基本假设 (18)4.3利用仿真软件Simpack建立客车动力学模型 (19)4.3.1定义变量 (19)4.3.2构模型主体 (21)4.3.3设置弹力参数，计算名义应力 (25)4.3.4计算临界速度 (31)第5章车辆动力学Kriging近似模型的建立 (34)5.1Kriging模型 (34)5.2运用iSight软件建立Kriging模型 (36)5.2.1模型集成 (36)5.2.2DOE试验设计 (43)5.2.3基于iSight平台的DOE设计 (44)5.2.4Kriging近似模型的构建 (47)5.3结果分析 (50)结论 (53)结束语 (54)参考文献 (55)摘要在多学科设计过程中，通常需要很多次迭代计算才能得到所需结果，而且各学科的每次计算也会花费大量的时间。
为了减少计算时间，通常利用近似模型替代计算工具。
在正确初始化后，运行计算任务时就可以用近似模型替代，这样可以减少分析时间。
本文运用Sampack软件构建了车辆动力学模型以及运用iSight 软件采用最优拉丁方试验设计方法构建了Kriging近似模型，计算不同参数下的动力学性能，并依据二者的计算结果进行了分析对比。
思易特公司_Isight_01_产品概述
� University of Southampton
� US Navy
� University of Tokyo
� University of Toronto
� Virginia Polytechnic Institute
13
国内客户对Isight的认可
� 自2003年正式成立进入中国市场以来，Isight迅速获得了国内航空、航天、 船舶、汽车、电子、兵器、高校等领先的研究部门认可，诸如： � 航天三院三部、一院12所、二院207所、航天802所、航空608所等； � 兵器201所、船舶701、船舶702所、核一院、电子14所等； � 一汽、长安、哈尔滨汽轮机厂、玉柴机器等； � 清华大学、北京航空航天大学、西北工业大学、北京理工大学等。
� U.S. Army TACOMARDEC
� Nippon Institute of Technology � Northwestern University � Tokyo Institute of Technology � Tsinghua University � University College of London � University of Aachen � University of Florida � University of Illinois
Isight 欧美市场占有率超过56%
日韩市场占有率超过70%
Isight4.5
中国市场占有率超过80%
GGEE公公司司超超过过 1100 年年 $$11220000万万开开 发发、、孵孵化化和和推推
广广
EEnnggiinneeoouuss 公公司司成成立立，，唐唐 兆兆成成博博士士为为创创 始始人人和和主主席席
基于Isight的开关电源近似建模研究
基于Isight的开关电源近似建模研究王聪;牛皓;孙博;李大维;翟国富【摘要】基于仿真的设计方法可有效缩短开关电源的研发周期和降低成本,但传统仿真手段耗时较长,为提高效率,通常采用近似建模技术进行仿真分析。
利用Isight 集成Saber与Ansys的方式实现开关电源的热电耦合仿真,然后应用克里格和径向基建模方法构建了不同样本点下开关电源的近似模型,对比确定了开关电源的最佳近似建模方法。
最后,通过开关电源质量特性分析的应用实例验证了所提方法的有效性。
【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】5页(P18-21,27)【关键词】近似建模开关电源克里格径向基 Isight【作者】王聪;牛皓;孙博;李大维;翟国富【作者单位】[1]哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;[2]中国航天科工运载技术研究院,北京102308【正文语种】中文【中图分类】TM133随着计算机软件的不断革新,计算机辅助设计方法为工程设计人员提供了越来越多的便利。
在研发或分析过程中,人们常基于CAD、CAE仿真方法开展相应的分析或设计[1-2]。
与理论分析相比,仿真精度较高，但耗时较长。
尤其对于开关电源而言,随着其能量密度的提升,电热需要进行耦合仿真[3]。
如果采用传统仿真方法进行分析,其耗时极长,甚至无法应用于工程实际。
近似建模技术可根据有限的试验或仿真数据构造出精度较高、计算耗时短的数学模型,进而表征系统的输入输出关系。
已有研究表明,用近似模型替代仿真模型可在保证仿真精度的前提下,有效提高仿真效率[4]。
目前近似建模技术已广泛应用于工程设计中,常用的近似模型有响应面模型、Kriging模型和Radial-BasisFunction(RBF)模型及其改进模型[5-8]。
本文以某脉冲星导航用开关电源为研究对象,采取电热耦合的方式对其进行仿真分析,并与实测结果进行对比。
ISIGHT响应面法建立近似模型
近似模型方法（Approximation Models）是通过数学模型的方法逼近一组输入变量（独立变量）与输出变量（响应变量）的方法。
上世纪七十年代，L.A.Schmit等人在结构设计优化中首次引入了近似模型的概念，加快了优化算法的寻优速度，推动了优化算法在工程领域中的应用，收到了良好的效果。
响应面方法（Response Surface Methodology，RSM）利用多项式函数拟合设计空间。
响应面方法的优点包括：•通过较少的试验在局部范围内比较精确的逼近函数关系，并用简单的代数表达式展现出来，计算简单，给设计优化带来极大的方便。
••通过回归模型的选择，可以拟合复杂的响应关系，具有良好的鲁棒性。
••数学理论基础充分扎实，系统性、实用性强，适用范围广，逐步成为复杂工程系统设计的有力工具。
•响应面方法的缺点是：•不能保证响应面通过所有的样本点，因此存在一定的误差。
••对于高度复杂的函数关系的逼近效果不如神经网络等方法。
•在Isight近似模型中，响应面函数可以是一阶、二阶、三阶和四阶多项式，构造近似模型所需要的样本点数依赖于模型阶数和输入变量个数。
建立响应面时可以指定取舍关键项的方法，以提高模型的精度和质量。
Isight 提供了四种项选择的方法，以残差平方和（RSS,Residual Sum of Squares）最小作为目标，进行项的最佳选择：•顺序替换•从常数项开始拟合，每次增加一个项使残差平方和（RSS,Residual Sum of Squares）最小；每增加一个项后，检查是否可以去掉或替换已经存在的项，同时使RSS更小。
•逐次替换•前向选择：从常数项开始拟合，每次增加一个项使残差平方和（RSS,Residual Sum of Squares）最小。
•每次替换两项•从常数项开始拟合，每次增加一个项使残差平方和（RSS,Residual Sum of Squares）最小；每增加一个项后，检查所有项中进行替换的可能性，找到能使RSS更小的最好的项组合。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
近似模型方法(Approximation Models )是通过数学模型的方法逼近一组输
入变量(独立变量)与输出变量(响应变量)的方法。
上世纪七十年代，L.A.
Schmit等人在结构设计优化中首次引入了近似模型的概念，加快了优化算法的寻优速度，推动了优化算法在工程领域中的应用，收到了良好的效果。
响应面方法(Response Surface Methodology ，RSM)利用多项式函数拟合设计空间。
响应面方法的优点包括：
通过较少的试验在局部范围内比较精确的逼近函数矢系，并用简单的代数表达式展现出来，计算简单，给设计优化带来极大的方便。
9
■
9
■
通过回归模型的选择，可以拟合复杂的响应矢系，具有良好的鲁棒性。
9
■
9
■
数学理论基础充分扎实，系统性、实用性强，适用范围广，逐步成为复杂工程系
统设计的有力工具
响应面方法的缺点是：
不能保证响应面通过所有的样本点，因此存在一定的误差。
对于高度复杂的函数尖系的逼近效果不如神经网络等方法。
在Isight 近似模型中，响应面函数可以是一阶、二阶、三阶和四阶多项式，
构造近似模型所需要的样本点数依赖于模型阶数和输入变量个数。
建立响应面时可以指定取舍尖键项的方法，以提高模型的精度和质量。
Isight 提供了四种项选择的方法，以残差平方和(RSS,Residual Sum of Squares )
最小作为目标，进行项的最佳选择:
顺序替换
从常数项开始拟合，每次增加一个项使残差平方和( RSS,Residual Sum of Squares )最小；每增加一个项后，检查是否可以去掉或替换已经存在的项，同时使RSS 更小。
逐次替换
前向选择：从常数项开始拟合，每次增加一个项使残差平方和(RSS,Residual
Sum of Squares ) 最小。
每次替换两项
从常数项开始拟合，每次增加一个项使残差平方和(RSS,Residual Sum of Squares )最小；每增加一个项后，检查所有项中进行替换的可能性，找到能使RSS更小的最好的项组合。
重复以上步骤直到达到最大的项数。
完全搜索
对所有可能项的组合进行考察，选择使拟合误差最小的项。
下面通过求下面简单函数最大值来说明响应面(RSM模型来进行近似建模的方法。
1、在IsightDesignGateway 界面搭建模型优化流程如下，定义设计变量x1、
x3的取值范围，目标变量为y ：
在Optimization 组件里面选择NLPQL （序列二次规划）优化方法，然后点击
Optrnizaiioni TecHitiqiiQ
E&iCiulkm Op[iw&
叵]Exeorte in twatldl
I. F?」f6c ps optmuim d9=rign
paint ：afl© ereoLllon |#| RM>9cutecprtniiim!design
pot 卄
riu 兮电 utorri ilc vaiiiatlg £ 刍
img
神ancecJ Opio ns.・
Fjwl —
OK c ：跖胡 i | tai P H
Nl POL • Seqventid {J«a<5 rafic Prc<jr A mminig
Clas A ricAilion:
t Oired Numtnca Technique
Prubiein and Oe A ign A pace ・
« Wdi ■ suited r rhghkwn in ear
0 ip £pac«
■ Notvy Iksuit d W di KOHntin mo desiqri spaces
CPU Resources ：
■ /V ： n jjltedrwun-： r unnlrKj
oimuialDrs
brad ion I BasM ：他 lpd A cnpUon Voldi
★ • N%1 IIEF4f]] PD5
■ l"f,* LI 勺itn tw-ac* L01- 叫 S3iE4 D.WI • N IJI UB Step Si EE L01-1
• Ui-g S B eh.lt 1 D ■忙 ±x*
7 » Hun iu*
* N«1 f «LI«d g s ■ f « L L< d 1
* T» [tun. Qb 「： Ux L CI3D WUmT 询 DU TKhndqus Opbons Hslp
2、通过优化可知，目标函数的最大值为2.39888.
下一步选择响应面模型(ResponseSuface Model )。
> Qi
[S
TAu^kil 1177 3 W uA FriTiJ
0 MBMmS o hwmw) o mvwm! 7： r z 3、点击 RuntimeGateway :3NI7V0* W 3W137W8 -1 39M3«eei3
-：39K7F09 中的Visual Design 新建近似模型，选择自定义,
APPFOs.mation Techm-qule
1□每撫g 幻ttn iQJinmp cr o 6。
］邂
IOEO6PC. -^(Vlcocomcoioco 工 一 S6 CO O CO <
* IUW QBack
0 NeH • f intsft Q Cancel “ Help
< CD I —
< CL CL u. o w •- < S O
OrlMralne d W — 口 -j 0 d
• DBna_ng 8
RSM Technique Options
r lyncrriial Orfcr iOtHanic _________ W p iyncmiai terns inpul pormetcra]
Ycu tai us© to 炖 nw@ som« pci/nomi terms wfm I OA Mignili 仙 nz inK tsn improv 俭 lailiyof
/■□Li ' ppiuilriialiar* diic rtduz&Die Turngi cTr 八quiiBd tle!£igii l.olil'、
UEQ torn sc octontosfllocItriQ rrosl sienificarttarrrs norm inc pd/nDnna>
rem£«lacticnn A tnoi wpqu(4)帖 1 kepnccm&nt
D Sp®cJil)FfiUrftfrer DFseledeJtsrrrii. I j
The aFprcjdiTaflfln wil r&q 」i& atl&ae : 10 d ft Mlgi po rfsTDrlntiallzititjn IIB reccnmericeOtvIat /■□ ugg twice as nan> points 1c r&ia zx v ErmlculKm cc&Tidenls
样本来源选择DOEmaxtrix ，其他参数默认，确认生成近似模型，下图所示就是近似模 Error A nalysis 中可以查看误差分析参
数。
Polynomial term
Constant | 戒
ill
x02
x01**2
102**2
x01 *xfj2
±01**3
x02**3
±01**4
i02**4 Co effici ent -0.00&2M7 06 471256963 0.996S430G9737019 0.932090910236045 -0.00779015540231127 0.034930765S997503 -0.01253301302 41327 -0.1fl021S305284142 0.60777607014399： -0 0150454575047503 -0.0322339121152S64
对话窗口中各设计变量和目标变量直接继承之前的设置，不用修改，直接点击
Search 即可。
通过近似模型优化得到的目标函数的最大值为 2.3439，误差为-2.29%，还属
4、在 Visual Design
中打开 Design Search ，来利用近似模型进行优化。
型多项式中各项的系数，在 Cd II Fl
于能够接受的范围。