一、 前言

日益激烈的市場竟?fàn)幰咽构I(yè)產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)廠家越來越清楚地意識到：能比別人更快地推出優(yōu)秀的新產(chǎn)品，就能占領(lǐng)更多的市場。為此，CAE方法作為能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的得力工具，被越來越頻繁地引入了產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以提高產(chǎn)品的競爭力。 從對已設(shè)計產(chǎn)品性能的簡單校核，逐步發(fā)展到對產(chǎn)品性能的準(zhǔn)確預(yù)測，再到產(chǎn)品工作過程的精確模擬，使得人們對CAE方法充滿信賴。然而，提高產(chǎn)品競爭力不但需要提高產(chǎn)品的性能與質(zhì)量，而且要降低產(chǎn)品的成本，因此人們需要找到最合理和最經(jīng)濟的設(shè)計方案。雖然分析人員可以不厭其煩地在屏幕前一次次修改設(shè)計參數(shù)以尋找最理想方案，但縮短開發(fā)周期的壓力通常要求分秒必爭，人們可能沒有更多的時間對數(shù)據(jù)參數(shù)進行手工調(diào)整。最優(yōu)化技術(shù)引入CAE方法使人們從繁重的湊試工作中解脫出來，同時CAE也達到一個新高度。

二、 優(yōu)化方法與CAE

在保證產(chǎn)品達到某些性能目標(biāo)并滿足一定約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設(shè)計變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。例如，在保證結(jié)構(gòu)剛強度滿足要求的前提下，通過改變某些設(shè)計變量，使結(jié)構(gòu)的重量最輕，這不但使得結(jié)構(gòu)耗材上得到了節(jié)省，在運輸安裝方面也提供了方便，降低運輸成本。再如改變電器設(shè)備各發(fā)熱部件的安裝位置，使設(shè)備箱體內(nèi)部溫度峰值降到最低，是一個典型的自然對流散熱問題的優(yōu)化實例。在實際設(shè)計與生產(chǎn)中，類似這樣的實例不勝枚舉。

優(yōu)化作為一種數(shù)學(xué)方法，通常是利用對解析函數(shù)求極值的方法來達到尋求最優(yōu)值的目的?；跀?shù)值分析技術(shù)的CAE方法，顯然不可能對我們的目標(biāo)得到一個解析函數(shù)，CAE計算所求得的結(jié)果只是一個數(shù)值。然而，樣條插值技術(shù)又使CAE中的優(yōu)化成為可能，多個數(shù)值點可以利用插值技術(shù)形成一條連續(xù)的可用函數(shù)表達的曲線或曲面，如此便回到了數(shù)學(xué)意義上的極值優(yōu)化技術(shù)上來。樣條插值方法當(dāng)然是種近似方法，通常不可能得到目標(biāo)函數(shù)的準(zhǔn)確曲面，但利用上次計算的結(jié)果再次插值得到一個新的曲面，相鄰兩次得到的曲面的距離會越來越近，當(dāng)它們的距離小到一定程度時，可以認(rèn)為此時的曲面可以代表目標(biāo)曲面。那么，該曲面的最小值，便可以認(rèn)為是目標(biāo)最優(yōu)值。以上就是CAE方法中的優(yōu)化處理過程。

一個典型的CAE優(yōu)化過程通常需要經(jīng)過以下的步驟來完成：

參數(shù)化建模：利用CAE軟件的參數(shù)化建模功能把將要參與優(yōu)化的數(shù)據(jù)（設(shè)計變量）定義為模型參數(shù)，為以后軟件修正模型提供可能。

求解：對結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型進行加載與求解 后處理：把狀態(tài)變量（約束條件）和目標(biāo)函數(shù)（優(yōu)化目標(biāo)）提取出來供優(yōu)化處理器進行優(yōu)化參數(shù)評價。

優(yōu)化參數(shù)評價：優(yōu)化處理器根據(jù)本次循環(huán)提供的優(yōu)化參數(shù)（設(shè)計變量、狀態(tài)變量及目標(biāo)函數(shù)）與上次循環(huán)提供的優(yōu)化參數(shù)作比較之后確定該次循環(huán)目標(biāo)函數(shù)是否達到了最小，或者說結(jié)構(gòu)是否達到了最優(yōu)，如果最優(yōu)，完成迭代，退出優(yōu)化循環(huán)圈，否則，進行下步。 根據(jù)已完成的優(yōu)化循環(huán)和當(dāng)前優(yōu)化變量的狀態(tài)修正設(shè)計變量，重新投入循環(huán)。 下圖是數(shù)值優(yōu)化的過程框圖

三、 CAE方法中優(yōu)化技術(shù)的特點

從以上的過程我們或許已經(jīng)看到CAE優(yōu)化過程的某些基本特征，如計算模型的參數(shù)化、迭代過程的自動性等。但作為優(yōu)化技術(shù)與CAE方法的完美結(jié)合的產(chǎn)物，CAE優(yōu)化方法必然有比之更豐富的特點。

首先，現(xiàn)代CAE技術(shù)的發(fā)展已使人們的分析領(lǐng)域擴展到了各行各業(yè)的每個角落，所研究問題的深度及綜合程度都在逐步提高，研究者的目光已從單一場分析轉(zhuǎn)向了多場耦合分析，以追求更為真實的模擬結(jié)果。

CAE軟件的優(yōu)化技術(shù)的適應(yīng)范圍也必然隨之?dāng)U展，不但要求它能解決各種單場問題，而且應(yīng)該能處理多場耦合過程的優(yōu)化。汽車、潛艇、飛機等設(shè)備設(shè)計過程中常會考慮優(yōu)化其外形使更有利于在高速行駛時減少流體阻力，而同時必需慮外形的變更是否有損于設(shè)備的其它如力學(xué)和熱學(xué)方面的性能。可見單純的流體動力學(xué)優(yōu)化只能解決一方面問題，而只有將其內(nèi)部設(shè)備的力學(xué)或熱學(xué)問題耦合分析，才能真正完整的解決問題。 #p#分頁標(biāo)題#e#