仅用2天！他学会isight参数化建模优化

本文摘要（由AI生成）：

文章主要介绍了Isight软件，它是一款可以自动调用其他软件进行有限元计算的“软件机器人”，采用积木式界面，学习门槛低，可以进行参数优化。参数优化在工程设计中非常普遍，但很多时候都是通过手工调整参数实现优化。Isight可以优化FEM计算，包括非参优化和参数优化，其中参数优化不会改变结构的拓扑结构，因此在减小结构重量和应力的同时不会增加结构的制造难度，在生产中具有显著的优势。Isight可以控制其他CAE软件进行计算，最终得到最优解。文章还介绍了Isight的学习资源和课程安排。

导读：在常见的CAE软件中，isight的存在感一直相当低迷。

从2016年起，ABAQUS已经被整合进了SIMULIA软件包中，普及度略微有了一些提升，但是相对达索的其他产品，用户数量还是很少。在实际工作中，进行参数优化的需求其实非常普遍，只是很多时候大家都不是通过专业的参数优化软件，而是通过反复手工调整参数实现参数优化。

多学科多目标优化Isight高级应用研讨论坛

一、isight首先是一个“软件机器人”

isight最早是由MIT的博士Siu S.Tong在上个世纪80年代左右提出并领导开发完成的，经过这些年的发展已经成为同类软件中佼佼者。isight自身并不会进行有限元计算，但是它通过相应的方法调用其他软件（如ABAQUS、ANSYS、MATLAB等）进行有限元计算，并采用自身的优化算法控制其他CAE软件进行计算，最终的得到最优解。所以isight首先是一个“软件机器人”，可以在不用人工干预的情况下不断的调用相应的工程计算软件进行计算。

isight采用积木式的界面，可以自由拖拽不同的组件，快速搭建参数优化工作流程，学习门槛很低，经过一两天时间的学习就可以独立进行简单的参数化建模与优化。

图1典型的isight工作流程

二、为什么需要参数优化

很多人对参数优化不了解，认为自己不需要进行参数优化。事实上几乎所有的FEM计算，都伴随着参数优化的过程。比如大部分的工程类研究生的毕业论文，如果进行FEM分析，最后或多或少的都会涉及到取不同的计算参数进行对比研究，只是这种需求最后大部分都是通过手工修改参数并批量提交来实现的。

图 2 传统的工作流程

FEM可以验证设计结果，证明设计结果的可靠性，减少试验，从而降低生产成本。但是单一模型的FEM分析只能验证设计结果，真正的设计过程还是工程师根据经验和规范估算的，并不能起到指导设计的作用���想要真正的做到仿真指导设计，就必须进行优化。

常见的优化方法可以分为非参优化（如拓扑优化，形状优化）和参数优化。非参优化得到的优化结果表面几何构成复杂，制造成本很高，通常只用于概念设计阶段，或用于航空航天等高价值，对结构重量敏感的行业。参数优化一般不会对改变结构的拓扑结构，因此在减小结构重量和应力的同时不会增加结构的制造难度，在生产中拥有显著的优势。

图 4 参数优化，形状优化与拓扑优化

三、 Isight能做什么

这里以一个简单实例来展示isight强大的参数优化功能。

拱结构是一类主要以轴力承受外荷载和结构。拱结构的效率，取决于其拱轴曲线的合理性，合理的拱轴曲线可以让结构在承受特定的外荷载时，结构弯矩接近0，外荷载完全由结构轴力平衡。

简单荷载工况下，结构的合理拱轴曲线可以由解析方法求得，例如沿拱轴的弦方向均匀分布荷载作用下，合理拱轴为抛物线；沿拱轴均匀分布荷载作用下，合理拱轴为悬链线。但实际上由于存在拱上建筑，拱结构的实际合理拱轴分布较为复杂，可以通过isight参数优化的方法获得特定工况下的合理拱轴曲线。

以图5所示的模型为例，考虑的道路标高和地质条件的限制，假设拱脚和拱顶位置（红圈）不动，仅调整拱轴中间两点（绿圈）的位置，对结构进行优化。整个模型采用ANSYS APDL作为FEM求解器，使用isight自带的optimization模块进行优化。优化前的结构模型和弯矩图如图6所示。

图 5 拱结构模型及原型

图 6 拱结构原型及弯矩图

经过isight优化后得到结构的合理拱轴曲线，原始和最终拱轴曲线如图7所示。优化过程中尝试过的方案如图8所示。经过优后结构的最大弯矩由13507Nm降至333Nm，仅为原始模型的2.5%

图 7 原始和最终拱轴曲线

图 8 优化过程中尝试的所有方案

四、怎样学习isight

isight的组件包括两大类：一类是自带的优化及相关的组件，如Optimization组件（优化），Monte Carlo组件（蒙特卡洛分析）另一类为isight与其他软件的接口，如ABAQUS接口，CATIA接口，EXCEL接口等。熟悉相关的组件后就可以很容易的建立外部软件与isight的连接。

Isight还有一个非常强大的组件：simcode。Simcode组件可以读取，写入文本文件，并执行相关的系统命令。可以直接在simcode中执行系统命令意味着几乎可以采用simcode驱动任何软件，做任何操作。

学习isight可以从相关的组件入手，熟悉基本的优化计算组件，以及自己惯用的FEM软件的接口。一般来说达索系统的软件如ABAQUS，CATIA等与isight的接口更新速度更快，支持的版本更新。与ANSYS等第三方FEM软件的接口则相对难用一些。一般在采用ANSYS APDL或者LS-DYNA做求解器时，采用simcode组件直接执行反而要方便一些。

学会了相关组件的配置方法以后，就可以尝试着搭建简单的工作流程，开始解决实际问题了。考虑到FEM求解器一般运行速度都比较慢，刚开始学习isight时，也可以尝试求解一些数学问题，或者解决一些有解析解的力学问题，而不是采用很复杂的FEM模型。

感兴趣的朋友可以报名，笔者2020年9月8日周二（20时）在仿真秀官网和APP同步直播《isight参数化优化案例实战和学习方法》，讲课内容如下：(点击下方图片可以报名)

五、Isight学习资源

首先是帮助文件，不管什么软件，帮助文件应该是最权威，最详细的学习资料。

Isight的中文学习资源不算过于稀缺。有一本正式出版的《isight参数优化理论与实例详解》，市场上已经很难找到存货，不过在各大图书馆中仍然可以借阅，内容非常充实，是很好的isight入门书籍。网上也有一些网友自行整理的参考书籍，但是版本比较老，UI界面与目前的isight已经有所不同，只能供参考。

各大论坛上也有一些isight的讨论帖和视频教程，不过大部分是关于某一个组件或者具体案例的，并不太适合系统的入门学习。

我在疫情期间，不能出门的情况下，在仿真秀官网和App录制了一套isight结构优化基础课程《学会使用isight控制ABAQUS、APDL等CAE软件》，用16讲课程讲解了isight的基本操作，以及isight与ABAQUS, ANSYS APDL, MATLAB , Python 之间的接口操作，包含了9个结构分析和优化的基本操作，涉及了材料参数反演，结构外形和尺寸优化，多荷载作用下的稳定问题求解等多方面的实际问题，希望能给大家学习isight带助。

以下是课程安排（点击下图可以观看体验）