解锁Isight多学科优化四大算法-助你参数优化技术入门与提高

导读：笔者的师兄自2000年开始接触并采用Isight软件开展多学科设计优化工作，并撰写了一套Isight学习资料，笔者有幸参与了部分章节的撰写。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这套学习资料的人士表示感谢。

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！本文节选自我师兄的Isight学习资料，我会陆续更新在仿真秀官网，在此致谢，希望对读者学习和掌握Isight独特的设计优化技术有所帮助。强烈推荐读者订阅我的视频课程《Isight联合Abaqus工程优化设计方法11讲》详情见后文。

一、Isight的起源和发展  

在各种计算机辅助优化（CAO）软件实现中，Isight最具有代表性。Isight发明人为美籍华人唐兆成（Siu Tong）博士，他于上世纪80年代在美国通用电气公司（GE）参与波音777 的GE90涡扇发动机设计项目。在项目初期，十多名来自不同部门的工程师试图依靠经验、通过手工“试算-评估-校正”（Trial-and-Error）方法进行发动机优化设计。但是由于航空发动机性能评价涉及上百个复杂的专业仿真程序，优化约束和目标极为苛刻，因此花费了数月时间进行优化，仍然得不到理想的方案。

唐兆成博士创造性地开发了一个开放的软件框架，集成发动机多学科仿真模型和流程，借助优化算法自动地探索设计空间，获得了燃油消耗率（SFC）下降1%，减轻重量200～250磅的优化方案，实现了每台引擎节省成本25万美金。由于GE90发动机的预计总销量为2000 台，因此为GE节省成本达5亿美金。由于Isight将工程师从繁琐而耗时的重复劳动中解放出来，大大提高了设计效率，“软件机器人（Software Robot）”的名称由此得来。   

1996年，Engineous Software公司正式成立，致力于iSIGHT推广，经过近30年不断发展，Isight在全世界CAO优化软件市场占有率达55%（Dartech数据），亚太市场占有率达90%。 2007年6月Isight被Dassault Systèmes收购，现为Dassault Systèmes公司的旗舰产品。  

当前，Isight 广泛应用于汽车、动力、航空、航天、光机电、船舶、兵器、核能等多个行业。在汽车行业，获得全球大部分汽车整车和部件研发机构青睐，应用于汽车各性能开发领域；动力行业中，应用于 GE、Simenze 等企业的发动机整机性能匹配等设计中；航空航天领域，波音军机事业部用其构建设计平台缩短设计周期，空客多种机型用其减少研制成本、缩短研制周期；光机电领域，实现 GE 卤光灯质量优化，还用于众多企业的多种产品设计优化；船舶领域，用于自治式潜水器等设计优化；兵器领域，用于巡航导弹等优化设计；核能领域，可实现核反应堆换料装填等优化。

二、Isight的主要功能

1、柔性灵活的仿真流程集成  

Isight具备广泛的CAD/CAE乃至自编程序集成接口，用户可以拖拽方式快速建立复杂的仿真分析流程，设定和修改设计变量以及目标，自动进行多次分析循环；通过对模型的封装生成参数化的模板，用户可以对不同模板进行组合。

2、参数研究和设计优化  

提供设计优化所需要的多种算法包，包括：试验设计、优化算法、近似模型、蒙特卡洛分析、田口稳健性设计、6Sigma品质设计方法等。根据优化问题的特点，用户可以组合多种数学算法，形成综合探索策略。  

3、流程执行自动化和可视化  

Isight自动驱动仿真流程进行多方案比较和优化；目标函数、约束函数和设计变量值的变化历程以可视化的方式直观显示出来。如果用户发现设计优化过程不正确，可修改优化模型或选用其它数学算法。  

4、数据分析和后处理  

Isight提供多种数据分析和后处理工具，当优化完成以后，用户可以进行设计空间浏览、多准则权衡、多方案对比、数据筛选、并自动生成优化分析报告。  

5、开放性和可扩充性  

Isight具有良好的开放性，易于根据用户需要进行功能扩充，包括界面定制、算法嵌入等。Isight还可以与PLM(Prodcut Life Cycle)或SDM(Simulation Data Manager) 等数据管理平台进行互联，包括MatrixOne, Winchill, TeamCenter, Enovia VPM, SLM, SEE, SimManager等。  

三、Isight模块构成及安装

1、模块构成

（1）设计门户（Design Gateway）  

流程集成界面，通过搭积木的方式实现流程集成，将数据流和控制流可视化，并提供对整个流程进行浏览的界面。设计流程按树状结构定义，每个层次的子任务可以使用不同的设计探索策略。  

（2）运行门户（Runtime Gateway）  

监控和后处理界面，可以绘制多种曲线、曲面、散点图、柱状图、表格等，结果运行完成后生成Summary报告给出优化运行时间、最优结果及设计变量、约束等用户关心的问题。提供设计空间可视化（VDD）、工程数据挖掘（EDM）等后处理功能。  

（3）组件库（Library/Add-On Component）  

包含通用和专用的CAD/CAE及自编软件接口。  

（4）优化算法库（Optimization）  

数值优化、全局优化、多目标优化、专家智能优化算法，是工程师开展设计优化工作的利器。  

（5）试验设计算法库（DOE, Design Of Experiments）  

通过系统而有效的方法分析设计空间、筛选关键设计参数（减少问题规模）、评估设计变量影响以及辨别关键设计变量的交互影响关系。  

（6）近似模型算法库（Approximation）  

对于计算代价高昂的CAE分析，Isight用多种近似原理构造替代模型，减少优化中调用大规模CAE分析计算的次数，提高优化效率。近似模型还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噪音。  

（7）品质设计优化（Quality Desgin）  

运用随机仿真和优化理论（包括：蒙特卡洛仿真、Taguchi田口稳健性设计和基于6Sigma可靠性分析和稳健性设计DFSS，Design For Six Sigma），构成一个完整的、公式化的对可靠性和稳健性进行评价和改进的品质设计哲学框架。  

2、安装要求  

Isight支持的平台列表如下：  

表 1-2  Isight 操作系统支持情况

计算机硬件最小配置要求为：  

• 1 GB的硬盘空间    

• 32-bit 安装：最少1GB RAM （推荐2GB RAM）    

• 64-bit 安装：最小2GB RAM （推荐 3GB RAM）

四、如何安装Isight软件  

Windows安装步骤如下  

（1）插入Isight DVD，如果安装界面不能自动弹出的话，双击setupwin.exe，就会弹出Isight软件语言选择界面，可供选择的有【日文】和【英文】，默认为【英文】安装，点击【Ok】。

图1-语言选择界面  

（2）点击【Ok】，弹出Isight软件安装欢迎界面。 

图2-欢迎界面  

（3）点击【Next】，弹出一个阅读合法协议的界面 。  

图3-阅读合法协议的界面  

（4）点击【Next】，在弹出的界面指定Isight的安装路径。可以执行下面的操作：  

• 可以采用默认的设置，点击【Next】这个默认的路径可能会因为系统的设置或一些权限的不同而不同。    

• 可以通过【Browse】按钮，把Isight安装在指定的路径下。    

图4-选择安装路径  

（5）点击【Next】，指定license 文件的界面出现，共有三项：  

• I have a license file. 选择这项的话，你会直接定位到你的license文件，而不必通过license 服务器。    

• Reference a license server. 假如你想浮动某个机器的license的话，那么就直接选这个选项。    

• Skip the license for now - it will be supplied later. 假如你选择这个选项的话，那么一旦你得到你的license后，就必须手动的配置和启动你的license server。

图5-指定license文件定位方式  

（6）点击【Next】，那么根据上步中不同的选择，分别执行下面的操作（在这个教程中，我们选择第一个选项）：  

• 假如选择的是 “I have a license file”，那么用户只需在路径文本框输入license文件的路径和名字或者通过【Browser】按钮直接定位到你的license文件也可。    

• 假如选择的是 “Reference a license server”，那么以下关于license 服务器的信息需要输入。    

• License Server Name.这里需要输入运行license服务的计算机的主机名。    

• License Server Port.这个端口号可以在license文件里面找到，这里默认为空。

 提示: 选择此选项时，必须保证指向的license server的机器上的windows防火墙已经被关闭了。  

图6-选择license文件路径  

（7）点击【Next】，关于license server的一些信息出现。

图7-license server信息  

（8）点击【Next】，关于安装本软件需要的的磁盘空间信息出现。  

图8-安装空间信息  

（9）点击【Next】，开始安装Isight。  

图1-9  安装进度显示  

（10）安装完成后，弹出安装完成的提示信息及License Server的信息，分别在两个窗口点击【Next】，Isight开始发布组件。  

图10-组件发布  

（11）组件发布成功后，弹出是否启动Design Gateway的提示窗口。  

图11-安装成功界面  

（12）选择启动Design Gateway选项。点击【Next】，Isight就会被成功启动。至此，Isight安装完成。

五、Isight联合Abaqus工程优化设计

由于篇幅原因，这里不过多赘述，感兴趣的朋友可以关注我在仿真秀平台的后续推文。近日，由我原创独家首发仿真秀官网的《Isight联合Abaqus工程优化设计方法11讲》也上线了，让订阅用户获得跨学科联合仿真与优化的能力。

课程涵盖isight的基础操作、参数优化、数据网格化、代理模型、联合仿真及多目标优化，帮助学员掌握高效的工程优化设计方法。通过该课程，学员将能够熟练掌握Abaqus与Isight的联合使用，并能够根据实际项目需求进行建模、分析、优化，提升仿真分析的效率和精度。

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《Isight联合Abaqus工程优化设计方法11讲》课程帮助学员从基础到进阶全面掌握Isight与Abaqus的联合应用，为解决复杂工程问题、提升工作效率和实现创新设计提供坚实的技能基础。用户可以学到：

（1）提升建模与分析效率：学员将学会如何利用Isight自动化Abaqus分析流程，通过模型参数化和自动化脚本的编写，节省大量的手动操作时间，提升仿真效率。

（2）优化设计能力：课程将教授如何结合Isight强大的优化工具与Abaqus进行多目标、多约束的优化设计。学员能够实现复杂设计的优化，如结构、热力学、流体等领域的优化，帮助他们找到最佳设计方案。

（3）多学科协同设计：通过学习Isight与Abaqus的结合，学员将掌握如何进行多学科协同仿真（例如结构与流体、热学与力学耦合分析），提高设计的准确性和整体性能。

（4）增强问题解决能力：通过实例讲解，学员将能够快速识别和解决实际工程问题，尤其是在面对复杂边界条件、非线性行为和大规模仿真时，能通过Isight的协同功能优化分析流程。

（5）掌握高级仿真技巧：对于有一定基础的学员，课程将深入讲解如何实现Abaqus高级功能（如动力学分析、疲劳分析等）的自动化与优化，帮助学员提升工程仿真技能。

（6）提高职业竞争力：学员能够通过课程掌握Isight与Abaqus的联合使用，增强其在行业内的技术能力，提升他们在工程分析、设计优化和仿真自动化等方面的竞争力。

（7）灵活应用于不同领域：课程内容涵盖了广泛的实际工程应用，学员能够将所学知识灵活应用于机械、土木、航空航天、汽车等多个领域，解决不同学科的工程问题。

3、适合谁看

（1）Abaqus初学者：对于刚接触Abaqus的学员来说，这个课程将帮助他们快速掌握Abaqus的基本操作，并学会如何通过Isight与Abaqus结合进行更高效的模拟分析。

（2）有一定Abaqus基础的工程师：对Abaqus有基本了解，但希望提升模拟自动化、优化与多学科协同设计能力的工程师。课程内容会深入讲解如何通过Isight实现Abaqus模型的自动化处理与参数化分析。

（3）从事结构分析、优化设计的专业人员：无论是从事机械工程、土木工程、航空航天等领域的结构分析，还是进行多学科优化设计的人员，课程中将包含大量实例，帮助学员在具体工程项目中应用Isight与Abaqus的联合使用。

（4）工程仿真软件开发人员：如果你有意提升仿真软件的应用能力、开发自动化流程，或者需要进行复杂的模型优化与设计参数调整，本课程将帮助你掌握Isight与Abaqus联动的技术，实现工程仿真流程的自动化与优化。

（5）学术研究人员：有意在工程仿真领域进行更深入研究，尤其是需要用到Isight进行参数优化、多学科协同分析等研究工作的学者和研究人员。

来源：仿真秀App