三种方法轻松玩转优化设计—Adams/Insight

前言：Adams/Insight模块是Adams外置工具包的一部分，可以进行独立计算，是一款强大的实验设计软件，同时也兼容Adams的其它产品，如Adams/view、Adams/car、Adams/Chassis。Insight模块帮助用户创建复杂的实验来评估机械系统的性能，此外，它还配备了统计分析工具，帮助用户解析实验数据，以便更好的理解和优化提升系统的效能。

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本文主要介绍一个经典的机械开关锁案例，通过三种优化方法的对比，让读者可以更切身体会到Adams/Insight优化模块所具有的强大功能。

①先采用手动优化的方式进行模型优化调整，这种优化类别是优化小白的入门方法②再采用传统的Adams/view模块进行优化分析，从小白进阶为高手，③最后采用Adams/Insight模块进行优化分析，使传统View优化完成华丽转身，使你的优化设计变得更加高大上，也更系统全面，这种方法是优化大神的必经之路。

一、模型介绍

1、创建模型部件

摇臂（pivot）、操作手柄（handle）、锁钩（hook）、滑杆（slider）、底座（block）放在大地上。操作手柄（绿色handle）在点point_4向下压时，机械锁机构被夹紧。

2、创建运动副

整个模型的运动副比较简单，仅需要搭建旋转副即可。

3、创建力

驱动力：操作手柄上创建80N的作用力

创建弹簧力：弹簧的一端选择锁钩的顶点处，另一端选择底座上的一点，即固定在大地上。

创建接触力：摇臂与底座之间需要创建接触

4、创建测量

创建弹簧力测量

创建角度测量，角度选择point_8，point_3，point_9之间的角度，即操作手柄的旋转角度。

5、创建角度传感器

在这个模型中，为了保证模型的运动在合理范围内，需要创建一个角度传感器，传感器检测操作手柄的旋转角度，当角度为0时，计算停止，模拟操作手柄的极限姿态，同时也防止在系统自动优化的过程中出现不合理现象。

二、参数化建模

Adams参数化建模是指使用Adams进行建模时，将模型中重点关注的值或需要设计改变的值定义为变量，以便在进行建模的过程中对其进行修改。相当于在一个数学函数中的自变量，如果想要得到不同的函数取值，仅需要改变自变量的取值即可，不要重新搭建模型。通过参数化建模，用户可以更好的理解系统行为，并根据不同条件进行模拟和测试。

🍭①  参数化目标。

除了操作手柄处的Point_4点以外，其余位置点均可能影响夹持力的大小，因此考虑将其余坐标点设置为设计变量，通过改变这些点的坐标位置从而来观察其对夹持力的影响。

🍭②  参数化方法。

使用工具Design Variable创建设计变量。

Name中输入设计变量的名称；Standard Value中输入设计变量的数值大小；Value Range by变量范围类型选择Absolute Min and Max Value由最大最小值确定变量范围；Min.Value和Max.Value中输入设计变量的最大最小值。

🍭③链接设计变量。将设置好的设计变量输入到Point坐标信息中，这样改变设计变量的值就相当于直接改变坐标位置。

三、三种优化方法介绍

1、手动优化方法

🍭①观测弹簧力值大小。如图所示，在桌面上显示弹簧力测量，并将该结果保留在界面上。

🍭②修改point_1的x坐标位置。点开DV_1设计变量，将DV_1的值修改为1，然后重新进行仿真计算。可以从测量图表中看出弹簧力的值有所下降。

☆小结：如果我们想要对DV_1的不同数值进行验证，需要不断的修改数值，提交计算，查看结果。当我们需要观察更多变量时，将不断增加手动操作的次数，造成大量的计算和时间成本，极大降低工作效率。

2、Adams/view优化方法

🍭①变量敏感度分析

打开Design Exploration工具。Model中填入当前模型名称；Simulation Script中填入计算仿真名称；Study a研究目标中选择Measure；下面的研究方法选择Minimum of最小化目标，后面填入弹簧力测量；进行敏感度分析时，选择研究类型为Design Study，填入设计变量为DV_1，其余设置均默认。进行仿真运算Start。

🍭②敏感度结果分析

从计算过程的列表中可以查看到变量优化的各个信息。此时最大的弹簧力为673.05，对应DV_1的值为1，最小弹簧力为532.19，对应DV_1的值为-1，而DV_1的最大敏感度为103.32。

将所有的设计变量都进行一次分析，从而来选择敏感度较大的几个设计变量作为最终优化变量。

将每个设计变量进行单独计算，其它变量保持不变，考察每个变量单独影响下的效果。这些结果有助于设计者决定优化过程中所重点关注的设计变量，可以通过敏感度来判断几何位置对弹簧力的影响程度即显著影响量。

在此次的仿真中，选择DV_4、DV_6、DV_8作为更进一步的优化分析。

🍭③优化设计

使用Design Exploration工具的Optimization进行多变量优化。运行计算后可以查看不同设计变量所对应的弹簧力值。

☆小结：使用View模块自带的优化设计工具包，为了减少计算量，一般需要先进行敏感度分析，选取影响几个最大的设计变量在进行更进一步的优化操作。但是该工具包的缺点是无法进行多目标优化，仅支持选择一个目标如弹簧力值。

3、Adams/Insight优化方法

🍭①创建设计因素Factor

设计因素是用户希望改变的数值，这里直接选择DV_4、DV_6、DV_8等作为设计因素，优化过程中通过改变设计因素的数值来优化系统的整体表现性能。

🍭② 创建设计响应response

创建Design Objective，选择弹簧的测量值和角度测量值作为设计目标。

🍭③  打开Insight优化模块

在Factors中选择DV_4、DV_6、DV_8作为优化因素；在Response中选择OBJECTIVE_1和OBJECTIVE_2作为优化响应。

选择实验策略并设置实验工作台，进行计算。

🍭④  优化结果查看

从Adams/Insight优化分析中可以清楚的看到不同的设计变量取值所对应的弹簧力大小以及操作杆角度值。

☆小结：Insight模块是ADAMS强大的优化分析模块，可以进行单目标优化、多目标优化，也可以通过概率论和统计学的角度输出相应的数据集，具有强大的数据统计分析功能，帮助用户更好的了解所设计的系统。

四、优化思路梳理

在 ADAMS 中进行仿真，系统会自动针对每一种变量取值情况都进行一次仿真，仿真的结果都会被记录下来，然后，软件会自行分析试验结果，并把它们用一定的形式呈现出来，让设计人员比较方便的查看影响系统性能最大的因子。

🍔Adams/view优化思路

1、确定需要优化的目标量。该目标是我们整个模型最关注的性能部分，如力值大小、质量、角度等，可以通过测量Measure或者目标Objective的形式表现。

2、选择可以调整的设计变量。这些变量会直接影响系统性能。在这次的案例中，我们主要观察Point_2和Point_3的位置，改变这两个点的x和y坐标。

3、设定约束条件函数。这些函数确保设计方案在实施时满足优化要求。

🍔Adams/Insight优化思路

1、寻找设计因素（Factor）。Adams/Insight优化设计的目的是在众多变量中找出样机性能影响比较大的参数。比如Point_2和Point_3的坐标。

2、找目标响应（response）

你的目的是什么，你想要优化什么东西。比如弹簧的力值和操作杆的角度值，优化设计中，使弹簧的力值降低，操作杆的角度值降低。

3、设计实验矩阵（trial）

将所有的组合情况排列成试验设计矩阵。进行试验。定义每个影响因素的限制条件，并搭建实验平台，比如Point_2和Point_3的位置范围。运行实验

总结：本文分别介绍了三种优化方法，从简单到复杂，从单目标优化到多目标优化，从而引出Adams/Insight作为强大的优化设计模块，其具有完善的数据统计、数据分析能力，巧妙的使用Adams/Insight模块可以帮助我们更好的了解机械系统的表现，提高优化效率。