Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в...
DESCRIPTION
Доклад Юрия Бабий "Опыт применения инструментария многокритериальной оптимизациии для повышения эффективности сложных технических систем" на 65 заседании Русского отделения INCOSE, 24 октября 2012г.TRANSCRIPT
![Page 1: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/1.jpg)
Опыт применения инструментария
многокритериальной оптимизации
для повышения эффективности
сложных технических систем
www.iosotech.com
«В мире не происходит ничего, в чем бы не был виден смыл какого-нибудь максимума или минимума»
Леонард Эйлер
Юрий Бабий[email protected]
Сигма Технология
![Page 2: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/2.jpg)
www.iosotech.com
Задачи проектирования
•Создание конкурентоспособных
образцов продукции техники
•Достижение максимально возможной
эффективности объекта
• Снижение общей стоимости
проектирования и производства
![Page 3: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/3.jpg)
www.iosotech.com
САЕ
Инструментарий оптимизации
Этапы проектирования с
использованием процедур оптимизации
Анализ результатов
Уточнение параметров объекта
Условия задачи,
Критерии, ограничения
Опти
ма
льны
е
пр
ое
кты
САЕ
Построение
объекта
Построение
расчетной
областиАвтоматическое
построение расчетной
сетки
Задание граничных
условий и расчет
![Page 4: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/4.jpg)
www.iosotech.com
Пример схем многодисциплинарных расчетов
С применением CAD/CAEС применением обобщенных,
регрессионных и др. моделей
![Page 5: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/5.jpg)
www.iosotech.com
AutoGrid
Геометрия - CAD
Аэродинамический
расчет - CFD
Прочностной
расчетАкустика
Параметры геометрии, режимы и пр.
Xарактеристики системы
Ин
стр
ум
ента
ри
й
много
кри
тери
ал
ьной
опти
ми
зац
ия .
Xi – значения
параметров
Yi, Qi – значения критериев
и ограничений
Опти
ма
льны
е
пр
ое
кты
По
ста
но
вка
за
да
чи
–Т
З;
•Д
иа
па
зоны
па
ра
ме
тро
в
•К
ри
тер
ии
,
•О
гра
ни
че
ни
я
Схема оптимизационных
многодисциплинарных расчетов
Модель расчета
…
Модель расчета
…
![Page 6: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/6.jpg)
www.iosotech.com
Основные особенности моделирования
сложных технических систем
Сложная топология,
наличие ограничений
Наличие невычисляемости
Большая время счета
Большая размерность
Моделирование сложных технических систем
связано с решением задач большой размерности,
сложной топологии, многоэкстремальностью целевой
функции, наличием областей невычисляемости и
большим количеством ограничений.
![Page 7: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/7.jpg)
www.iosotech.com
высокая эффективность решения многокритериальных (до 20 критериев)
многопараметрических (до 100 переменных, 100 ограничений) задач оптимизации;
простота использования адаптивных процедур IOSO оптимизации и отсутствие
необходимости их настройки - не требует от пользователей знаний в данной
предметной области;
низкие временные затраты на поиск
решения (не высокое количество обращений);
устойчивость к сложной топологии
целевой функции (невычисляемости,
недифференцируемости);
Впе
мя
Количество переменных
Основные особенности IOSO оптимизации
возможность распараллеливания
процедур оптимизации, позволяющая
значительно сокращать время решения
«тяжелых» задач;
удаленный доступ к вычислительным
ресурсам
![Page 8: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/8.jpg)
www.iosotech.com
Основные особенности технологии в сравнении со стандартными схемами алгоритмов оптимизации.
В основе ІОЅО технологии лежат следующие компоненты:
построение на каждой итерации функции аппроксимации сложной структуры с использованием
эволюционной (самоорганизующейся) процедуры для ее последующей оптимизации. Т.о.,
оптимизационньіе алгоритмьі работают с функциями аппроксимации (метамоделями), что позволяет
существенно сокращать количество обращений к мат. моделям и время решения задачи оптимизации.
уникальная стратегия поиска (moving strategy) для автоматической адаптации структуры и параметров
алгоритма оптимизации и изменения положения текущей локальной области поиска в направлении
глобального экстремума. что позволяет достигать его с высокой степенью вероятности.
Таким образом. ІОЅО -устойчивая технология оптимизации, которая позволяет находить результат быстрее
традиционных методов (до 10 раз).
Особенности технологии оптимизации IOSO
Tradition scheme
Vector of variables
Optimization
algorithm
Mathematical
model
IOSO scheme
Vector of variables
Optimization
algorithm
Mathematical
model
Response
surface
construction
Moving
strategy
Solution
Solution
![Page 9: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/9.jpg)
www.iosotech.com
Определение параметров алгоритма
(IOSO – не требует специальных знаний в теории
методов оптимизации. Выбор настроек алгоритма
происходит адаптивно автоматически в
зависимости от топологии целевой функции)
ия
Простота использования IOSO оптимизации
![Page 10: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/10.jpg)
www.iosotech.com
Определение параметров алгоритма
(IOSO – не требует специальных настроек,
их выбор происходит адаптивно автоматически в
зависимости от типологии поверхности
отклика решаемой задачи)
ия
Простота использования IOSO оптимизации
![Page 11: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/11.jpg)
www.iosotech.com
IOSO Technology algorithms are comparable in performance with
well known highly efficient optimization algorithms for smooth
single extreme functions.
Test optimization problems
(Sandgren, Eric. “The Utility of Nonlinear
Programming Algorithms”, a thesis submitted for the
Degree of Doctor of Philosophy, Purdue Univercity,
1977)
IOSO NS однокритериальный алгоритм
в сравнении с известными методами
CONMIN - Method of Feasible Directions
DONLP - Sequential Quadratic Programming
EP - Exterior Penalty
GRG - Generalized Reduced Gradient Method (Lasdon)
Hooke - Hooke-Jeeves
IOSO - IOSO algorithm
MMFD - Modified Method of Feasible Directions
MOST - Mixed Integer
NLPQL -Sequential Quadratic Programming
SAM - Sequential Approximation Method
SLP - Sequential Linear Programming
![Page 12: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/12.jpg)
www.iosotech.com
IOSO в мире
![Page 13: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/13.jpg)
www.iosotech.com
идентификация (верификация) математических моделей на основе
результатов экспериментов
повышение эффективности технических систем и технологических
процессов за счет оптимального согласования всех параметров, влияющих
на выбранные показатели
оптимизация технологических и бизнес процессов
определение оптимальных законов управления сложными техническими
системами на различных режимах их работы
ОКБ Сухого, НПО «Сатурн», РФЯЦ-ВНИИЭФ (Саров),
Авиадвигатель, ЛМЗ, АтомЭнергоПроект и др.
Основные области использования
Кооперация
![Page 14: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/14.jpg)
www.iosotech.com
Структура IOSO software
Основные функции
Оптимизация Интеграция Обработка результатов
![Page 15: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/15.jpg)
www.iosotech.com
IOSO – интеграционные возможности
Локальная сеть…
Пользователь 1
RАУВ IOSO – агент удаленных вычислений IOSO
![Page 16: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/16.jpg)
www.iosotech.com
IOSO – интеграционные возможности (вер. 3)
Локальная сеть…
Расчетный проект (вес + прочность)Расчетный проект (вес + CFD + ЛТХ)Расчетный проект (ЛТХ + CFD)
Пользователь 1Пользователь 2 Пользователь N
RАУВ IOSO – агент удаленных вычислений IOSO
Хранение данных
![Page 17: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/17.jpg)
www.iosotech.com
IOSO – интеграционные возможности (вер. 3)
Локальная сеть…
Модель (вес)
Модель (прочность)
Пользователь 1 Пользователь 2Пользователь N
CFD расчет
FlowVision Solver
Пользователь 3
Пользователь 4Кластер
(Unix/Linux)
![Page 18: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/18.jpg)
www.iosotech.com
XCFD Прочность CAD
…X
X
Y
Y
Y
Акустика Частотный
анализ
Пользовательские
расчетные модели
TCP / IP
протокол
Р
а
с
ч
е
т
н
ы
е
п
р
о
е
к
т
ы
IOSO – возможности использования смешанной
вычислительной среды (вер.3)
![Page 19: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/19.jpg)
www.iosotech.com
Исходные
данные
Наилучшее
решение
Графическое и табличное
представление данных
Параметрические исследования Поиск оптимальных решений
Результаты
Программа IOSO
![Page 20: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/20.jpg)
www.iosotech.com
CFD -расчет
Xi – значения
параметров
Опти
мал
ьны
е
про
ект
ы
По
ста
но
вка
за
дачи
;
•Д
иа
пазо
ны
па
ра
метр
ов
•К
ри
тер
ии
,
•О
гра
ни
чени
я
Пример схемы оптимизационных газодинамических расчетов
Много
крите
ри
ал
ьная
опти
ми
зац
ия
IOS
O N
M.
Файл геометрии
Файл
параметров
AutoGrid
Результаты
Результаты расчета (характеристики системы)
команды
управления
CAD - SWПараметризованная
геометрия объекта
FlowVision
![Page 21: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/21.jpg)
www.iosotech.com
CFD -расчет
Xi – значения
параметров
Опти
мал
ьны
е
про
ект
ы
По
ста
но
вка
за
дачи
;
•Д
иа
пазо
ны
па
ра
метр
ов
•К
ри
тер
ии
,
•О
гра
ни
чени
я
Пример схемы распараллеленных расчетов
Много
крите
ри
ал
ьная
опти
ми
зац
ия
IOS
O N
M.
Файлы
геометрии
Параметры
геометрии
AutoGrid
Результаты
Результаты расчета (характеристики системы)
команды
управления
CAD - SWПараметризованная
геометрия объекта
FlowVision
CFD -расчет
AutoGrid
FlowVision
CFD -расчет
AutoGrid
FlowVision
CFD -расчет
AutoGrid
FlowVision
CFD -расчет
AutoGrid
FlowVision
![Page 22: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/22.jpg)
www.iosotech.com
Пример реализации решения оптимизационных
задач гидродинамики в ЛВС
Оптимизатор
IOSO PM
Xin
Xin+m (Q,Y)in+m
CAD (не нераспараллеленная)
(параметризованная геометрия
крыла, ЛА и пр.)
Параметры
геометрии
профиля,
крыла и пр. ()in
FlowVision на каждом РС
(газодинамический расчет )
![Page 23: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/23.jpg)
www.iosotech.com
Оптимизатор
IOSO PM
Xin+m (Q,Y)in+m
НРС Кластер
СКИФ МГУ
"Чебышев“
1250/5000
CPU/ядер
FV Solver (параллельный
расчет)
(масштабируемый
газодинамический расчет
крыла, ЛА и пр.)
Пример реализации схемы решения
оптимизационных задач на суперкомпьютере
FlowVision
Препост
процессов
![Page 24: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/24.jpg)
www.iosotech.com
Xin Параметры
геометрии
профиля,
крыла и пр.
Стек
данных
Очередь
заданий
Геометрия
Загрузка до
1028 4-х ядерных
процессоров
НРС Кластер
Yin
Результаты
газодинами
ческого
расчета.
Flow Vision
(Auto Grid + CFD)( газодинамический расчет
объекта, масштабируемый
до 128 узлов )
CAD
(SW,…)
(не нераспараллеленная
расчет)
(параметризованная
геометрия объекта)
Многокритериальная
оптимизация IOSO PM
(распараллеленный расчет,
N до 32)
Реализация решения задач оптимизации в задачах
гидродинамики на суперкомпьютере
Оптимальный
(наилучший)
проект
![Page 25: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/25.jpg)
www.iosotech.com
FV
Х1
Много
крите
ри
ал
ьная о
пти
ми
зац
ия –
IOS
O P
M.
Xi – значения
параметров
Yi, Qi – значения критериев
и ограничений
Опти
ма
льны
е
пр
ое
кты
Ди
апо
зоны
па
ра
ме
тро
в
Кр
ите
ри
и,
Огр
ани
че
ни
я
Пример схемы распараллеленной оптимизации
СPU 1
СPU JСPU
N+M
СPU 3
СPU 5
СPU K
СPU 7
СPU 6
СPU N
СPU
N+1
СPU
N+2
FV
Х2
FV
Хn
X1 XnX2
. . . . .
. . .
Q1,Y1 Q2,Y2 Qn,Yn
Повы
ше
ние
ско
ро
сти
Количество процессоров1
К=1
IOSO PM + трад. ММ
IOSO PM + паралл.ММ
Зависимость роста скорости вычислений для
многопроцессорных систем
СPU 2
20начало
![Page 26: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/26.jpg)
www.iosotech.com
Определение оптимальных параметров
трехзвенного крыла в 3D постановке
Переменными оптимизации:
положения предкрылка и закрылка относительно
профиля крыла.:
- угол отклонения предкрылка δS,
- горизонтальное смещение предкрылка xS,
- вертикальное смещение предкрылка yS,
- угол отклонения закрылка δF,
- горизонтальное смещение закрылка xF,
-вертикальное смещение закрылка yF
Цель:
Определение параметров крыла,
обеспечивающих максимальное значения
коэффициента подъѐмной силы и
аэродинамического качество профиля для
заданного режима полета
Распределение давления по поверхности модели
Параметры оптимизации 3-звенного крыла
![Page 27: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/27.jpg)
www.iosotech.com
3
2
1
Парето-множество решений
1 – максимум аэродинамического
качества,
2 – максимальное значение
аэродинамического качества
при коэф. подъемной силы 1.65,
3 – максимум коэффициента подъемной
силы.
1 – максимум аэродинамического качества, 2 – максимальное значение аэродинамического качества
при коэф. подъемной силы 1.65,
Определение оптимальных параметров
трехзвенного крыла в 3D постановке
![Page 28: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/28.jpg)
www.iosotech.com
Слайд № 30
Определение оптимального режима
охлаждения заготовки в газостате
В камере газостата находится стальная заготовка.
Начальная температура среды (азот) и детали
составляет 1200°С.
В камеру через трубки подается азот с более низкой
температурой.
Необходимо охладить стальную деталь со скоростью
0,8 – 1,1°С/мин.
При этом перепад температуры в детали не должен
превышать больше 3°С.
Длительность рабочего цикла остывания заготовки –
Исходное
положение сопел
Оптимальное
положение сопел
![Page 29: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/29.jpg)
www.iosotech.com
идентификация (верификация) математических моделей на основе
результатов экспериментов
повышение эффективности технических систем и технологических
процессов за счет оптимального согласования всех параметров, влияющих
на выбранные показатели
оптимизация технологических и бизнес процессов
определение оптимальных законов управления сложными техническими
системами на различных режимах их работы
ОКБ Сухого, НПО «Сатурн», «Климов», Airbus,
ЛМЗ, Авиадвигатель, АтомЭнергопроект и др.
Основные области использования
Кооперация
![Page 30: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/30.jpg)
www.iosotech.com
Критерий: минимизация разности результатов расчета ММ
и экспериментальных данных.
Идентифицируемые параметры: коэффициенты незнания Кi , влияющие на точность
результатов расчета.
Верификация математических моделей на основе
результатов экспериментов.
IOSO NM
Мат.Модель
объекта
Xi – pежимы, исходные условия
Ypi, – расчетные значения
параметров
Оптимальные
значения Кi
Оптимизатор
Диапозоны изменения Кi
Критерии : ∆ - min,
Ki – значения
коэффициентов
Модуль вычисления
Данные
экспериментов
Ypi, – экспериментальные
значения параметров
![Page 31: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/31.jpg)
www.iosotech.com
идентификация (верификация) математических моделей на основе
результатов экспериментов
повышение эффективности технических систем и технологических
процессов за счет оптимального согласования всех параметров, влияющих
на выбранные показатели
оптимизация технологических и бизнес процессов
определение оптимальных законов управления сложными техническими
системами на различных режимах их работы
ОКБ Сухого, НПО «Сатурн», «Климов», Airbus,
ЛМЗ, Авиадвигатель, АтомЭнергопроект и др.
Основные области использования
Кооперация
![Page 32: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/32.jpg)
www.iosotech.com
Определение оптимальных параметров конструкции
портала для обеспечения заданной жесткости
Нагрузки:
mк = 300 т – масса крана
mг = 200 т – масса груза, действует только в
вертикальном направлении с коэффициентом 0,3
mт = 16 т – масса тележки
Варьируемые параметры:
Сечение металлических балок
1,5 м a 2,5 м
2,0 м b 3,0 м
0,02 м t 0,03 м
a, b – ширина и высота сечения
t – толщина профиля
Жѐсткость виброизоляторов 210 т/м k 1680 т/м
Задача:
Определить параметры сечений металлических балок и жёсткость виброизоляторов, при которых для заданной акселерограммы и нагружениях
значения огибающих спектров ускорений по 3-м осям в точках опирания балок не превышали заданного значения.
![Page 33: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/33.jpg)
www.iosotech.com
Оптимизация конструкции металлической башни
при помощи инструментов ANSYS и IOSO
Постоянные характеристики:
• Высота конструкции H = 20 м
• Высота секции H1 = 2 м (всего 10 секций)
• Вес оборудования P = 100 кг
• Наветренная площадь оборудования A = 3 м²
• Ветровой район – I,
• Тип местности – B
Целевая функция : 2 критерия : минимизация массы с ограничением до 4 т.,
минимизация отклонения мачты,
5 ограничений: выходных параметров для удовлетворения условий
прочности и устойчивости.
Варьируемые параметры:
4 параметра геометрии:
- ширина секции,
- количество делений секции по
высоте,
- номер сечения стоек
- номер сечения раскосов и
распорок.
![Page 34: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/34.jpg)
www.iosotech.com
Оптимизация конструкции металлической башни
при помощи инструментов ANSYS и IOSO
Перемещения конструкции прифронтальной ветровой нагрузке
Перемещения конструкции при диагональной ветровой нагрузке.
Оптимальный вариант:
башня с шириной основания 1.15м,
уголком 125х8 для стоек, 45х3 для
раскосов и распорок и с секцией с
одним делением по высоте.
Масса конструкции 1800кг.
![Page 35: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/35.jpg)
www.iosotech.com
Оптимизация геометрии багажника автомобиля
Используемое программное обеспечение
CAD
(Pro/Engineer)
Параметризованная
геометрия
Оптимизация
IOSO NM
CFD решатель
ANSYS CFX
Cеткопостроитель
ICEM CFD
Постановка задачи
2D task statement CFDКритерии:- минимизация аэродинамического сопротивления- максимизация объема багажникаВарьируемые переменные- Параметры геометрии-
![Page 36: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/36.jpg)
www.iosotech.com
Парето множество решений
Количество итераций - 200
Fx = 3.1
S = 61432
Fx = 2.28
S = 51650
Fx = 3.85
S = 71470
Fx = 9.63
S = 77135
Fx = 5.36
S = 75967
Постановка задачиОпределение геометрии для
обеспечения:- минимального аэродинамического сопротивления- максимального объема багажника
Оптимизация геометрии багажника автомобиля
![Page 37: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/37.jpg)
www.iosotech.com
Оптимизация радиатора охлаждения
процессора
Используемое программное обеспечение
Pro/Engineer
Параметризованная
геометрия
Оптимизация
IOSO NM
CFD решатель
ANSYS CFX
Cеткопостроитель
ICEM CFD
Постановка задачи
CFD + тепломассоперенос
Критерии:- минимизация макс. T микропроцессора- минимизация размеров радиатора
20 параметров геометрии радиатора
![Page 38: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/38.jpg)
www.iosotech.com
Парето множество решений
Количество итераций - 200
V=11850
T=301 К
V=8080
T=308 КV=4550
T=313 К
V=3075
T=327 К
V=2265
T=340 К
Оптимизация радиатора охлаждения
процессора
![Page 39: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/39.jpg)
www.iosotech.com
Распределение жидкости
Используемое программное обеспечение
СATIA V5
Параметризованная
геометрия
Оптимизация
IOSO
Cеткопостроитель
ICEM CFD
Постановка задачи
Определение диаметров выходных труб для обеспечения равномерного расхода жидкости через них
Варьируемые переменные: диаметры каналов
Критерий: минимизация разности расходов жидкости
CFD
Fluent
![Page 40: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/40.jpg)
www.iosotech.com
Целевая функция:
минимизация массы диска
Критерий:
масса диска
Параметры управления:
радиусы и толщины обода,
полотна и ступицы диска
Ограничения:
радиальные и
касательные напряжения
Оптимизация диска ГТД
с целью уменьшения массы при сохранении
заданного уровня максимальных напряжений
rco
nst
r1
r3
r6
r5
r4
Rlop+zamok
r2
r7
толщина 5
.……
…….
…….
толщина 1
t2
const
t3
t4
t5
t1
![Page 41: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/41.jpg)
www.iosotech.com
начальный оптимальный
масса =12,64 кг
σ r = 89,35 кг/мм2
σ t = 82,96 кг/мм2
масса =11,67 кг
σ r = 89,60 кг/мм2
σ t = 89,90 кг/мм2
Достигнуто снижение массына 7.7%
Напряжения не превысили заданные –90 кг/мм2
Оптимизация диска ГТД
с целью уменьшения массы. Результаты
![Page 42: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/42.jpg)
www.iosotech.com
Оптимизация с учетом прочности и аэродинамики (3D) (CFD + прочность)
Цель: повышение эффективности
(КПД) и минимизация
максимальных напряжений р.л.
ступени
Варьируемые переменные:
геометрия лопатки
Ограничения: степень повышения
давления и расход воздуха.
Расчетный код: СFD – FineDesign
Прочность - ANSYS
www.iosotech.comwww.iosotech.com
![Page 43: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/43.jpg)
www.iosotech.com
f1
f2
f3
f4
Определение оптимальной геометрии лопатки
с учетом кпд, прочности и акустики
Задача: определение геометрии лопатки ГТД для
обеспечения максимального кпд и минимального уровня
максимальных напряжений
Ограничения: расход воздуха, давления, частоты
собственных колебаний
![Page 44: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/44.jpg)
Оптимизация геометрии ОК ступени с целью повышения КПД компрессора
Постановка задачи:Критерий: увеличение максимального КПД начастоте вращения 87%Ограничения : степень повышения давления, расходвоздуха, угол выхода потока на частотах вращения87% и 100%.Модель: 3D CFD код NUMECA , расчет 5 точек наразличных частотах вращения 87% и 100% (15 часов)
Параметризация геометрииРазмерность задачи – 62 переменныеРК1(5x4)+НА1(3x3)+РК2(3x4)+НА2(3x3)+РК3(3x4)=62
![Page 45: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/45.jpg)
Оптимизация геометрии ОК ступени с целью повышения КПД компрессора. Результаты
![Page 46: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/46.jpg)
www.iosotech.com
Оптимизация 1-й ступени в системе 5-ти ступенчатого
компрессора (3D) с целью повышения его КПД
для двух режимов работы
Вычислительные ресурсы:
12 компьютеров в локальной сети.
Время 1 расчета: 21 час.
Количество итераций: 340
Потребное время при обычных расчетах
21х340 = 7 140 час. (297 дней)
Время расчета на 12 проц. кластере: 27 дней
Результат:
Повышение
КПД:
- 1.5% (100%);
- 1.8% ( 87%)
![Page 47: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/47.jpg)
www.iosotech.com
Распараллеливание на 12
процессов для расчета
прочности и термоэластики
Исходная Оптимальная
Многодисциплинарная оптимизация геометрии
каналов охлаждения лопатки турбины с учетом
прочности и термоэластики
![Page 48: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/48.jpg)
www.iosotech.com
Минимизация расхода топлива для заданных величин Z за счет поиска
оптимальных значений режимов - N и Q (перераспределения нагрузок)
Заданные мощности
Z1=N1+N2
Z2=N3+N4+N5+N6
Z3=N7
Z4=Q1+Q2+Q3+Q4
Z5=Q5+Q6+Q7
Энергетические
характеристики
Y1 = f(N1, N2, Q1, Q2)
Y2 = f(N3, Q3)
Y3 = f(N4, Q4)
Y4 = f(N5, Q5)
Y5 = f(N6, Q6)
Y6 = f(N7, Q7)
Варьируемые переменные (14):
N1…N7, Q1…Q7
Ограничения (29):
N=f(Q), Z
Критерий:
min Y = Y1+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6
Оптимизация режимов работы энергоблоков ТЭЦ
![Page 49: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/49.jpg)
www.iosotech.com
История поиска решения
• Исто
Оптимизация режимов работы энергоблоков ТЭЦ
![Page 50: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/50.jpg)
www.iosotech.com
Задача
- Минимизация объема каверн (максимизация
плотности)
- Минимизация объема прибылей
Минимизация прибылей при литье
![Page 51: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/51.jpg)
www.iosotech.com
Начальная Оптимальная
Минимизация
объема
прибылей
~ 37%
Минимизация прибылей при литье.
Результаты
![Page 52: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/52.jpg)
www.iosotech.com
Использование возможностей
оптимизации IOSO позволяет:
В результате идентификации по экспериментам с «новым» вентилятором
обеспечена средняя погрешность расчета менее 2% .
высокая эффективность алгоритмов:
повышать эффективность объекта оптимизации и получать
уникальные технические решения, за счет решения задач большой
размерности;
уменьшить затраты на исследование и сроки их выполнения;
адаптивные алгоритмы, не требующих процедур выбора
методов оптимизации и ввода их параметров:
• привлекать к решению задач оптимизации специалистов, не
владеющих специальными знаниями в этой области;
распараллеливание процедуры оптимизации:
• значительно сокращать общее время решения сложных задач;
• максимально использовать вычислительные ресурсы.
интеграционные возможности:
• Быстро и просто создать эффективную расчетную систему на
смешанной вычислительной сети предприятия
![Page 53: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/53.jpg)
www.iosotech.com
Кластерные вычислительные системы в сочетании с программным
обеспечением для распараллеленной оптимизации IOSO PM и
масштабируемым пакетом газодинамического расчета FlowVision
обеспечивают мощное решение которое легко развертывать и применять как
высокоэффективный инструмент инженерного анализа и моделирования
Это сочетание дает возможность:
• быстро решать практические задачи оптимизации при использовании “сложных” 3D
моделей объектов и систем в области газовой и гидродинамики, теплопереноса в
Промышленности, Инженерии, Науке и других областях деятельности
• максимально использовать вычислительные возможности многопроцессорных систем и
локальных компьютерных сетей
• снижать время решения задач пропорционально количеству используемых
параллельных процессов
• Эффективно использовать трудно распараллеливаемые приложения и расчетные
модели
• решать сложные практические задачи, постановка которых до настоящего времени
считалась невозможной
![Page 54: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/54.jpg)
Программа IOSO
www . i o s o t e c h . c om
« В мире не происходит ничего, в чем бы не был виден смыл какого-нибудь максимума или минимума»
Леонард Эйлер
![Page 55: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/55.jpg)
www.iosotech.com
Структура IOSO software
Основные функции
Оптимизация Интеграция Обработка результатов
![Page 56: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/56.jpg)
www.iosotech.comИнтеграция
Настройка проекта
Выбор и настройка параметров
запуска расчетных моделей, как на локальном,
так и удаленном компьютере
локальной сети предприятия(Позволяет обеспечить решение распределенных
многодисциплинарных задач, сократить общее время
их решения и упростить взаимодействия отделов).
![Page 57: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/57.jpg)
www.iosotech.comИнтеграция
Создание проекта
оптимизации из
интерфейса FlowVisionВызов IOSO и передача
настроек запуска, входных и
расчетных параметров
![Page 58: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/58.jpg)
www.iosotech.comИнтеграция
Создание проекта из
интерфейса IOSOВызов из проекта FlowVision
входных и расчетных
параметров
![Page 59: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/59.jpg)
www.iosotech.comИнтеграция
Интеграция с SolidWorks
из интерфейса IOSOВызов из проекта SolidWorкs
входных (Design Table) и
расчетных (Customer Table)
параметров
![Page 60: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/60.jpg)
www.iosotech.com
Настройка проекта
Формирование входных и
выходных параметров
IOSO интегрируется со всеми
мат. моделями, имеющими входные
и выходные файлы в текстовом виде,
в том числе с коммерческим
инженерным ПО, таким как ANSYS,
PATRAN, FineDesign, СFX, TaskFlow,
DeForm и пр. и позволяет пользователю
создавать многодисциплинарные проекты
Интеграция
![Page 61: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/61.jpg)
www.iosotech.com
Настройка проекта
Добавление входных и
выходных параметров из Excel
Интеграция
![Page 62: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/62.jpg)
www.iosotech.com
Настройка проекта
Схема взаимосвязи моделей
и передачи данных
Количество используемых
моделей не ограничено
Интеграция
![Page 63: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/63.jpg)
www.iosotech.com
Исходные
данные
Результаты
Графическое
представление
данных
![Page 64: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/64.jpg)
www.iosotech.com
Задание
параллельных ветвей
расчета
Интеграция
![Page 65: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/65.jpg)
www.iosotech.com
Постановка задачи
Формирование диапазонов
входных переменных
Оптимизация
![Page 66: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/66.jpg)
www.iosotech.com
Постановка задачи
Определение
критериев оптимизации,
ограничений и их значения
Оптимизация
![Page 67: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/67.jpg)
www.iosotech.com
Постановка задачи
Определение начальных точек
если они известны или имеются
в протоколе.(Процедура выбора начальных точек из протокола
для их использования в расчетах позволяет
сократить общее время решения задачи)
Оптимизация
![Page 68: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/68.jpg)
www.iosotech.com
Определение параметров алгоритма(IOSO – метод оптимизации на основе самоорганизации
не требует специальных настроек,
их выбор происходит адаптивно автоматически в
зависимости от типологии поверхности
отклика решаемой задачи)
Оптимизация
![Page 69: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/69.jpg)
www.iosotech.com
Постановка задачи
Определение
синтетических переменных.(используются арифметические
и тригонометрические функции)
Параметры алгоритмаНе требуется глубоких знаний
теории и методов оптимизации
Оптимизация
![Page 70: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/70.jpg)
www.iosotech.com
Статус
Информация о ходе решения задачи(времени счета моделей,
их статуса, количестве итераций и пр.
Оптимизация
![Page 71: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/71.jpg)
www.iosotech.com
Статус
Информация о ходе решения задачи(времени счета моделей,
их статуса, количестве итераций и пр.
Оптимизация
![Page 72: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/72.jpg)
www.iosotech.com
Результаты
Формирование результатов
расчета в графическом и
табличном виде
Обработка результатов
![Page 73: Юрий Бабин -- многокритериальная оптимизация в инженерных проектах](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042607/5598bc6b1a28abbc4a8b486f/html5/thumbnails/73.jpg)
Сигма Технология
Спасибо за внимание
www . i o s o t e c h . c om
« В мире не происходит ничего, в чем бы не был виден смыл какого-нибудь максимума или минимума»
Леонард Эйлер
Юрий Бабий[email protected]