IOSO – это отечественная программная платформа для автоматизированного управления инженерными CAE расчетами, оптимизации комплексных изделий, систем и процессов, а также для построения и использования предсказательных моделей. Для выполнения этих задач IOSO включает широкие возможности объединения в проект различных расчетных моделей для автоматизации вычислительного процесса, обеспечивая простое создание многоуровневых и многодисциплинарных расчетных цепочек без навыков программирования.
Интеграционные возможности
IOSO имеет прямую интеграцию с большинством известных программных пакетов:
- CAD систем: Компас-3D: T-FLEX; SolidWorks, NX.
- CAE пакетов: FlowVision, APM WinMachine, Универсальный механизм, CADFlo, Ansys, Pradis, Excel, SimInTech, Python, Mathcad, MatLab.
С IOSO пользователи могут интегрировать любое программное обеспечение, используя параметры входных и выходных файлов с запуском моделей через командную строку. Удобный графический интерфейс IOSO позволяет быстро осуществлять настройку проекта исследований даже для очень сложных многодисциплинарных задач.
Помимо этого, в IOSO реализована интеграция с системами управления инженерными данными и жизненным циклом изделия ЛОЦМАН:PLM, T-Flex DOCs, что позволяет обеспечить:
- удобный доступ в единой среде к расчетным данным и инструментам (пре/постпроцессорам, решателям);
- управление расчетными данными;
- удобство работы с программными и вычислительными ресурсами, в том числе с многопроцессорными кластерами;
- автоматизированное сохранение результатов расчета;
- возможность простой интеграции в состав расчетных проектов дополнительных расчетных кодов, в том числе корпоративных, без элементов программирования и участия разработчиков.
Автоматизация расчетов в IOSO
Для выполнения многовариантных параметрических исследований инженеру необходимо выполнить большое количество монотонной работы: внесение изменений в расчетные проекты, запуск вычислений, сбор и систематизацию полученных результатов. IOSO позволяет не только автоматизировать все эти операции, но также предлагает техники планирования эксперимента (латинский гиперкуб, полный факторный) для оптимального заполнения пространства параметров и всестороннего исследования поведения моделей.
IOSO позволяет запускать расчетные модели в локальной вычислительной сети, на удаленных рабочих станциях под ОС Windows и на многопроцессорных вычислительных кластерах под управлением ОС Linux через SSH-соединение.
Реализован многозадачный и многопользовательский режим запуска моделей.
Имеется возможность автоматического распараллеливания запуска моделей, как на локальных, так и удаленных вычислительных ресурсах
Оптимизация в IOSO
Программный комплекс IOSO обеспечивает решение задач повышения эффективности сложных технических систем и процессов на основе многокритериальной и многопараметрической оптимизации проектных параметров. IOSO базируется на принципиально новой стратегии решения задач оптимизации, имеющей следующие отличительные особенности:
- высокой эффективностью решения для сложных многопараметрических задачи, что позволяет существенно сократить время оптимизации;
- простотой использования процедур оптимизации. Реализованные адаптивные алгоритмы не требуют предварительных настроек и задания параметров, что позволяет их использовать специалистам не владеющими специальными знаниями в теории оптимизации.
В пакете IOSO используются мощные структурно-параметрические методы оптимизации, которые обладают низкой чувствительностью к топологии целевых функций и позволяют успешно решать задачи для гладких унимодальных, многоэкстремальных и недифференцируемых функций. Это позволяет исследователю не задумываться о математических особенностях решаемой задачи и быть уверенным в корректности получаемого решения.
Алгоритмы оптимизации IOSO позволяют успешно решать задачи даже при наличии областей невычисляемости критериев и ограничиваемых параметров (аварийное завершение работы комплекса математических моделей), что избавляет пользователя от необходимости обеспечения устойчивой работы моделей во всем диапазоне поиска и сокращает время оптимизационных исследований.
Скорость сходимости алгоритмов оптимизации IOSO сопоставима с наиболее быстрыми градиентными алгоритмами для гладких унимодальных функций и значительно превосходит все известные методы для сложных функций. Это дает возможность решения задач оптимизации при приемлемых затратах времени даже, когда время одного расчета составляет несколько часов, а количество независимых переменных составляет порядка 100. Возможность решения серии задач оптимизации в рамках одного проекта приводит к дополнительному сокращению времени проведения оптимизационных исследований.
Табличная и графическая формы представления результатов оптимизации позволяют проводить оперативный анализ получаемых решений и определять направление дальнейших исследований. Анализ результатов возможен как в процессе решения задачи, так и после ее завершения.
Аппроксимация
Модуль предназначен для получения функций аппроксимации (суррогатных моделей) многопараметрических зависимостей (в том числе со сложной топологией) и последующего их использования для расчета, оптимизации или анализа.
В соответствии с назначением программа позволяет получить функцию аппроксимации (поверхность отклика) сложной многопараметрической зависимости, которую можно использовать для углубленного предиктивного анализа (интерполяции, сглаживания функции, оценки топологии и т.п.), а также при решении задач, заменяя исходную зависимость полученной суррогатной моделью.
В IOSO реализована возможность двухуровневого моделирования - параллельное подключение аппроксимационной модели к физической модели проекта, ее дообучение на новых данных, сравнения результатов расчета физической и аппроксимационной моделей, переключение расчетов между моделями.
Возможности модуля IOSO
Максимальное количество независимых переменных - до 50.
Максимальное количество точек, используемых при построении поверхности отклика – не более 50 000.
Выбор класса функций, на основе которых производится построение поверхности отклика:
- IDW - метод обратных взвешенных расстояний
- радиально-базисная функция.
Примеры использования IOSO
Оптимизация дульного тормоза артиллерийского орудия
Задача: найти оптимальную форму геометрических параметров многокамерного дульного тормоза (ДТ) для минимизации его импульса (отдачи орудия) и массы
Сложности: наличие множества геометрических параметров (ширина и высота окон, углы наклона, диаметры камер). Высокая вычислительная стоимость газодинамических расчетов (CFD) в нестационарной постановке со сверхзвуковым истечением и движущимся снарядом. Необходимость проведения серии расчетов, требующих около 60 000 ядер-часов суперкомпьютера
Решение: создание сквозного автоматического цикла оптимизации на базе SolidWorks (CAD), FlowVision (CFD) и платформы IOSO. Интеграция программ через передачу геометрических моделей и результатов моделирования на адаптированной сетке с интенсивным распараллеливанием задач (32 CFD-задачи одновременно)
Результат: получены оптимизированные варианты формы ДТ. Обеспечено существенное увеличение тянущего усилия и изменение импульса отдачи при контролируемом объеме и массе конструкции. Время разработки сложных вариантов сокращено до 7–9 дней работы суперкомпьютера
Оптимизация геометрии лопаток двигателя SaM146 для самолета Sukhoi Superjet 100
Задача: Максимизировать аэродинамическую эффективность (КПД) вентилятора на различных режимах полета и минимизировать механические напряжения в его лопатках.
Сложности: Высокая размерность задач (от 7 до 65 независимых переменных для 3D-геометрии лопаток). Ресурсоемкие многодисциплинарные расчеты (до 21 часа на одну итерацию CFD/FEA анализа в Ansys и Numeca). Наличие нелинейных ограничений по газодинамике и прочности.
Решение: Построение автоматического цикла оптимизации на основе технологии суррогатного моделирования (поверхностей отклика) и алгоритмов ПО IOSO, интегрированного с расчетными кодами CAE
Результат: Снижение максимальных напряжений в лопатке на 18%. Повышение КПД вентилятора на различных режимах на 1.5%–5.4%. Сокращение общего времени проектирования более чем в 10 раз
