Transportation Technology Center, Inc. NUCARS 多体动力学

OPTIMUS作为多学科的仿真集成平台，能够集成并自动化用户的多学科仿真分析流程，实现设计-修改-再分析自动化，能应用现代设计方法（至 少包括试验设计、敏感度分析、响应面建模、参数优化、参数识别、可靠性设计、鲁棒性设计）实现综合优化和自动化分析。软件涉及的学科包括几何造型、结构分 析、计算流体力学、控制、动力学、冲击碰撞、震动噪声和疲劳等领域。要求能够集成这些学科所涉及到的CAD/CAE商用软件、以及用户自开发的（基于C /C++、Visual Basic、Fortran、Java、以及其他编程语言）的程序代码。

应用领域： 航空航天、汽车、船舶、工程机械、能源设备、电子产品、工业设备、办公设备、医疗设备

OPTIMUS主要功能模块

1. 工作流集成

OPTIMUS能集成任何仿真软件并驱动多学科工作流，包括市场上现有的商用程序和用户自开发程序，比如NASTRAN、LS-DYNA、HYPERMESH、FLUENT、MATLAB等，涉及到了应力分析，碰撞分析，流体流动，声光电热磁等领域，同样可以集成用户用FORTRAN，C语言等编写的程序。

2. 试验设计和响应面

工程师通常对一个研究对象要通过多次试验了解其特性，尤其是设计变量和产品性能之间的关系。在仿真试验中，工程师通过多个样本点的试验，达到了解研究对象的目的。试验设计的目的是对样本点的选取进行科学的设计，用较少的试验样本得到更多的信息。OPTIMUS通过数值计算技术和统计方法，选择并分析一系列虚拟的试验样本，帮助工程师了解设计参数和产品性能之间的相关性和敏感度。在设计空间探索的样本点上可以建立响应面模型，帮助工程师通过利用现有的实验样本信息最大限度地改进产品设计。

3. 优化设计

OPTIMUS包含多种优化方法，针对不同的问题如单目标优化和多目标优化问题。当评估新的产品设计方案时，工程师经常需要在多个相互冲突的设计指标之间进行取舍，往往很难满足所有指标，也就无法确定是否已经找到了最佳设计。Optimus提供的参数优化算法能自动调整仿真模型中的设计参数，提供满足各个设计指标的多种优化设计方案，供设计人员根据具体需求进行选择。OPTIMUS可以通过基于导数的快速寻优算法和先进的遗传算法的结合，在复杂的设计问题中寻找最优设计。多目标优化算法能找到帕雷托前沿（Pareto fronts），再多个相互冲突的设计目标中找到最优设计。

4. 可靠性和鲁棒性

由于制造公差和材料特性等不确定性因素，设计参数可能在设计名义值附近有所波动。很多时候，这些波动造成了意料之外的产品功能损失和质量问题。OPTIMUS能通过对设计空间的探索，找到产品性能对设计参数波动敏感最低的设计方案，既达到可靠性要求。鲁棒性设计则是找到一种设计，当设计参数发生小的波动时，产品性能变化不会太大，性能的波动在允许的质量变化范围以内，保证产品的稳健性。OPTIMUS包含多个鲁棒性可靠性设计方法，可以针对不同的问题类型进行优化设计。

5. 并行

OPTIMUS的并行功能使得工程师能够充分利用计算机资源，采用多CPU并行计算，包括多CPU的工作站、计算机集群和并行资源管理系统，且工作流层和算法层均可并行计算，大大减少计算耗时。

OPTIMUS设计优化

设计优化的目的是在成功完成研发、虚拟模型开发和生产制造时，减少新产品研发的周期。在每个阶段，特有的优化设计模块可以帮助您更深入地认识模型的特性。合理的数值算法让产品性能改进的过程变得更简单。

探索设计空间

借助参数化建模，用系统的、数学的方法探索设计空间，能够最大化获得模型的信息量。探索设计空间意义重大，因为它可以开始于改进阶段的前期，且需要的计算量最少。

获得对设计问题更深入的理解
通过聪明地选择样本，确认变量信息
进行新的设计时避免用试错法
迅速排除高成本和无用的设计
确定最重要的影响因素
选择关键控制点，建立精确的数学模型
为优化设计提供高效的起始点
计算设计的鲁棒性
优化设计

无论通过手动或自动的方式进行最大、最小和zero-mizing设计，利用数值优化技术都可以显著地改善产品初始设计的特性。考虑未来可持续 发展的要求，制造商都在寻求不折中产品的性能并减少生态影响的办法。找到能正确平衡环境、社会和经济因素的过程，转化为真正的多学科优化流程。

设计和生产有创造力和可持续发展的产品，需要在多学科设计中采用数值优化技术。在设计阶段，每个学科有各自的最大、最小和zero-mizing要求，然后研究如何改进设计，在设计早期就可以提供聪明的设计。
提供更快更经济的高性能设计
找到最优设计
满足优化目标不违反任何约束
平衡相互冲突的目标
获得多种学科之间的协调仿真
用试验数据标定仿真模型
校准仿真模型，最大化虚拟仿真的准确性
OPTIMUS——优秀的过程集成与优化设计平台
过程集成和优化设计软件，集成CAD/CAE仿真工具，实现仿真流程自动化，包括试验设计、单目标/多目标优化、鲁棒性/可靠性设计等模块，是多学科仿真设计辅助工具。