HEEDS MDO 2017官方版(多学科设计优化软件)

　　HEEDS MDO 2017是一款非常实用且热门的多学科设计优化软件，此版本中新增的交互功能使解释设计参数关系变得更加容易，并行绘图现在支持：调整绘图的水平比例、在单个参数比例上缩放和平移、基于特定参数范围的滤波器设计；设计集填充图；以前具有大量设计变量，需要将结果分成多个图以使视图更清晰，现在，有了调整列宽和向左或向右平移的能力，就可以在单个图上清晰地查看参数的贡献/依赖性，从而节省了时间并避免了重复工作；该版本还优化了一个不错的功能，它是可以定义连续变量的分辨率，可以为连续变量分配分辨率似乎是矛盾的，因为这实际上将连续变量转换为离散变量，我们通常将它们称为离散连续变量，以这种方式在优化搜索中表示变量有多个优点；需要的用户可以下载体验

新版特性

　　HEEDS ® MDO——多学科设计优化模块

　　①多学科

　　不论是结构问题（线性或非线性，静态或动态，散装材料或复合材料）、流体问题、热力学问题，或者声学问题、NVH问题、动力学问题以及同时存在以上几项问题，HEEDS MDO都可以帮助用户寻找最佳解决方案。

　　②易于使用的界面

　　虽然HEEDS MDO使用的技术很复杂，但是软件用户界面友好。它特有的选项卡界面可以使用户明确项目建立和执行的六个过程

　　HEEDS|NP——非参量形状优化软件

　　HEEDS NP可以调整2D或3D实体的表面形状从而达到体积最小化，同时满足应力和/或位移要求。

　　HEEDS NP是非参数化优化软件，因而用户不用设置任何设计变量，网格就是设计变量，HEEDS NP通过调节网格节点改变形状。

　　在高应力区，HEEDS NP会自动加入质量，在低应力区，HEEDS NP自动移除质量。

　　质量的加入也是通过移动已存在的节点来实现的，因此，HEEDS NP不存在提前参数化设置的形状。

　　HEEDS NP直接修改节点位置，因此，在大幅度调节形状的同时也很少出现问题。

　　模型的应力状态决定每个节点移动的方向和大小。HEEDS NP在调整形状的同时也会智能对其表面平滑处理。

软件特色

　　1、专注设计而非工具本身

　　HEEDS 可以自动执行设计流程，在各个不同的工具间自动分享数据。让您可以专注于设计选型而非虚拟测试过程本身。方便对性能权衡和设计稳健性等方面进行评估

　　2、利用硬件投资

　　HEEDS 可以实现本地、远程、集群和云计算等所有硬件资源的高效利用。例如，在本地计算机上运行 CAD change 命令，在服务器上运行结构分析以及在集群上并行运行 CFD

　　3、把繁重工作交给HEEDS

　　使用多种分析工具测试产品性能是常见的做法。通常情况下，由人工使用逐个工具获取信息。这样一来，通过评估设计变更来改善性能就变得非常耗时。了解需要变更的设计要点和变更程度也是一项挑战。HEEDS 提供易于操作的界面来自动执行工作流程，并使用 SHERPA 智能探索可行的设计以便快速确定满足您性能要求的最佳解决方案

　　4、无需专家操作

　　多数传统的设计开发工具需要具备高度专业化的优化技能方可正确使用，并且需要简化模型和调整评估。无论参数和约束的复杂度与数量如何，HEEDS 均可使用现有模型简化设计探索。用户只需要限定等待答复的时限， SHERPA 会自动调整研究策略并在规定时限内找到最佳解决方案

　　5、确保实际性能

　　仅依靠一项最优设计并非最佳解决方案。选择最优设计时，物料性质变化或制造公差等因素都至关重要。HEEDS 提供验证设计灵敏度和稳健性的工具，避免生产前的设计失败

　　6、最大化模拟投资收益

　　CAE 工具对生产前产品性能校验或现场排障无比重要。然而，模拟的最大益处来源于预先的设计探索。了解一流企业为何采用 HEEDS 实现对模拟投资的充分利用，从而更快发现更优设计

安装步骤

　　温馨提示：由于小编的电脑中已经安装了HEEDS MDO 2018版，所以在安装过程中会跳过设置，下面以2018为例进行演示，该系列应用的安装步骤以及方法一样，所以用户可以放心使用

　　1、用户可以点击本网站提供的下载路径下载得到对应的程序安装包

　　2、只需要使用解压功能将压缩包打开，双击主程序即可进行安装，弹出程序安装界面

　　3、可以根据自己的需要点击浏览按钮将应用程序的安装路径进行更改

　　4、安装类型，选择Custom自定义模式，如图中标注一致，点击第三个选项

　　5、勾选VCollab，取消License（提示：务必取消许可证，这非常重要！！！）

　　6、弹出以下界面，用户可以直接使用鼠标点击下一步按钮即可

　　6、现在准备安装主程序，点击安装按钮开始安装

　　7、弹出应用程序安装进度条加载界面，只需要等待加载完成即可

　　8、根据提示点击安装，弹出程序安装完成界面，点击完成按钮即可（安装过程中会弹出VCollab Suite，根据提示完成安装)

方法

　　1、安装完成后，打开“_SolidSQUAD_”目录，将文件夹“Ver2017.04”复制到安装目录下覆盖源文件，默认目录为C:\HEEDS\MDO\Ver2017.04

　　2、将“VCollab”文件夹复制到C:\Program Files

　　右键点击计算机选择属性，选择高级系统设置》高级》环境变量，新建变量

　　变量名：RCTECH_LICENSE_FILE

　　变量值：C:\HEEDS\MDO\Ver2018.04\rctech_SSQ.dat。

　　(这是默认安装目录，有修改的朋友需要根据情况修改目录)

　　3、运行“SolidSQUADLoaderEnabler.reg”，载入注册表信息

　　4、完成以上操作步骤后，重启计算机，就可以双击应用程序将其打开，此时您就可以得到对应程序

使用说明

　　探索设计性能关系

　　重点介绍一些新功能，可帮助您更快地发现更好的设计

　　通常，对最简单事物的改进可能会对您的日常任务产生很大影响。使用HEEDS时，我们会重复执行许多任务，并且简化这些任务可以节省时间并减少工作量。HEEDS 2015.11包含许多旨在简化工作流的增强功能，我想重点介绍一些有助于探索设计性能关系的功能。

　　要详细研究变量与响应之间的关系，通常需要使用多个相同类型的图，但要使用不同的变量才能更清楚地了解依存关系或影响。但是，有许多绘图功能经过了调整，以适合您要查看结果的特定方式，例如轴比例，数据符号，曲线样式，标题字体等。

　　为了避免从头开始创建新图并重新定义所有这些设置，现在可以右键单击并选择“ 复制图”选项。通过所有定制，这将精确复制现有图。然后，您只需要更改显示的变量或响应即可，从而节省了大量的设置时间。

　　当研究中有大量地块时，定位正确的地块以进行查看可能会很困难。在HEEDS 2015.11中，您现在可以通过简单地将树中的图拖到所需位置来调整图顺序。这使您可以按所需的顺序对图进行分组，从而简化导航和结构。

　　图2.将绘图拖放到树中以将其任意分组

　　最后，有时最容易理解关系的方法是在3D图中查看设计，这些图根据三个特征变量显示每个设计。在HEEDS中已经有一段时间了。但是最新版本增加了将鼠标悬停在3D图中描绘的任何设计上并覆盖有关该特定设计的图像和信息的功能（请参见图3）。这可以深入了解哪些变量在驱动最高性能。

　　图3.将鼠标悬停在3D图中的任何设计上，以查看不同的设计细节

　　HEEDS中有很多很棒的工具，可以帮助您深入了解寻找最佳设计的过程。HEEDS 2017中的一项增强功能集中在平行图上。在本文中，我们将重点介绍一些在HEEDS中使用平行绘图新功能的方法，以更快地发现更好的设计。

　　平行图背景

　　为了帮助在工程问题的背景下显示新功能，让我们看看探索人力车辆的形状选项。显然有许多尺寸可以调整以改善设计。

　　一项Pareto设计探索研究正在研究最小化下压力和阻力之间的权衡。

　　图2.下压力与阻力的帕累托图

　　乍一看，“并行图解”可能会让人感到困惑，但它们可以更好地理解变量，约束和性能目标之间的设计依赖性。

　　每个设计评估都生成一条线，该线链接用于该设计变体的特定变量和响应。为可行的解决方案覆盖这些行可以突出显示符合性能要求的常见路径或参数值。

　　深灰线 =基线设计

　　蓝线 =探索可行的设计

　　图3.与基准设计相比的前25个HEEDS结果

　　线条的条纹也可以指示结果的敏感性。例如，如果给定参数的线窄，则该参数会显着影响性能，因此应保持严格的公差以产生所需的性能。相反，如果有一个宽带，则可能影响很小。因此，在上图中，最终的阻力范围很小，但对于性能最高的设计，升力/下压力可能会发生很大变化。

　　当较窄的结果带处于可变范围的极端时，如果调整了可变范围，则表明存在更好的解决方案。测站4和测站0的偏移量表明，可能存在更好的解决方案，超出了测试范围。

　　将鼠标悬停在轴上时使用鼠标滚轮，可以通过放大和缩小来修改比例。现在，平移控制与其他图一致，因此按住Alt键可以平移特定轴。这极大地有助于重点关注关键参数的特定范围。

　　添加了轴滤波器范围，以为特定参数范围提供更大的对比度。只需拖动过滤器手柄，即可调整哪些绘图线变为灰色。在此示例中，我们可以将阻力过滤到15N以下。这样可以更清楚地了解生成最低阻力解决方案的参数。

　　图5.列过滤器范围

　　鼠标右键菜单可以很容易地根据需要重置轴。

　　比较不同的设计集是并行绘图的组成部分，无论是要发现错误设计的共同方面还是最佳设计。为了帮助识别这些趋势，填充图功能显示了特定设计集的变量范围可以提供什么性能范围。

　　图6.设计集填充控件

　　曲线拟合

　　我们通常需要设计或模型以指定的方式执行。例如，应选择非线性材料模型中的参数以最匹配实验应力-应变响应。橡胶衬套的几何参数应设计成使其力-挠度响应与所需的非线性刚度行为相匹配。

　　诸如此类的优化问题经常出现。我们将它们称为曲线拟合问题，因为目标是使

　　设计或模型的指定目标曲线与实际响应曲线之间的差异最小。

　　图1.在曲线拟合优化问题中，目标曲线和设计曲线之间的差异被最小化。

　　比较两条曲线时，有必要对这两条曲线的匹配程度进行单一的标量度量。常用的度量是均方根误差（RMSE）。对于简单函数，RMSE的计算如下：

　　比较曲线的点数，是实际（设计）曲线 上的点，也是目标曲线上的点。RMSE值越小，表明曲线之间的匹配越好。

　　HEEDS MDO具有内置功能，可以计算两条曲线之间的RMSE。因此，您只需要指定目标曲线上的点并定义与设计曲线上点的x和y值相对应的两个分析模型响应即可。优化语句中的目标则表示为：

　　最小化：RMSE

　　如果需要同时匹配多条曲线，则必须为每条曲线定义一个单独的RMSE值。例如，如果要匹配三个曲线，那么最终目标

　　函数可以写为和：

　　最小化：w 1 * RMSE 1 + w 2 * RMSE 2 + w 3 * RMSE 3

　　其中w i是可用于强调一个或多个更重要或更难以最小化的RMSE值的加权因子。例如，如果曲线2是精确匹配的最重要曲线，则我们可以设置：w 1 = 1，w 2 = 5，w 3 = 1。

　　具有多个目标曲线的问题的一个示例是应变率敏感的材料模型，其中该材料模型必须与几个应变率的实验应力-应变响应相匹配。

　　图2.必须

　　由相同设计或模型匹配的多个目标曲线。

　　类似地，如果单个曲线具有多个部分，则为曲线的每个部分定义一个单独的RMSE函数通常是有利的。如果曲线已分为两部分，则最终目标函数可以写为和：

　　最小化：w 1 * RMSE 1 + w 2 * RMSE 2

　　例如，在具有迟滞的材料中，应力-应变曲线的加载和卸载部分是不同的。对于这个问题，直接使用方程式（1）将很困难，但是将曲线分为两部分很简单，如图3所示。

　　图3.

　　必须匹配的单个目标曲线的多个部分。

　　曲线拟合问题最明显的例子似乎是使材料模型与实验数据匹配。但是，有许多设计研究的目标是使设计的响应与首选曲线或目标曲线相匹配。例如：

　　使管中流体的出口速度曲线与所需的出口速度分布相匹配。如果出口速度曲线是轴对称的或仅在一个方向上变化，则可以如上所述直接求解。如果出口速度分布在管子的整个横截面上在二维上变化，则可以编写脚本来计算表面拟合的RMSE。

　　使汽车破碎管的受力时间历史（碰撞脉冲）与理想的响应曲线匹配。

　　使汽车外倾角，脚轮和脚趾曲线与所需曲线相匹配，以进行车辆操纵

　　调整行驶质量模型以更好地匹配测得的道路振动数据

　　调整血液动力学模型的边界条件，以匹配测得的上游或下游血流特征

　　还有很多其他的。作为曲线拟合问题的一个小变形，有时优化研究的目标是使设计响应始终保持在指定目标曲线之上或之下。这两种情况也可以在HEEDS中直接轻松定义。

　　即使曲线拟合问题相对容易定义，但通常也不容易解决。实际上，某些曲线拟合问题是最具挑战性的优化搜索问题。因此，像SHERPA一样，使用强大的优化搜索技术来彻底探索设计空间，同时在本地优化解决方案，这一点很重要。

　　什么是可变分辨率？

　　分辨率确定变量允许值之间的增量大小。较高的分辨率对应较小的增量大小。

　　例如，如果连续设计变量

　　且分辨率为101，则可以采用的可能值为：（0，0.1，0.2…9.8，9.9，10.0）。换句话说，其增量大小为0.1。

　　要计算所需增量大小的分辨率，请使用以下公式：

　　是分别为可变范围的下限和上限。重新排列后，可以根据分辨率计算增量大小：

　　您可以指定分辨率或增量大小，但是分辨率值必须始终为整数。因此，如果您根据上面的公式指定增量大小以产生非整数分辨率，则HEEDS会将分辨率四舍五入为最接近的整数，并相应地调整相应的增量大小。

　　默认情况下，所有新创建的变量的解析度均设置为101，但该值并不特别好或不好。最佳解决方案取决于您的问题，如下所述。

　　使用离散连续变量为什么有优势？

　　我们可以控制或应该控制变量的值有一个限制。由于我们通常对可以控制变量的保真度水平有很好的了解，因此指定对当前问题有意义的增量大小（或变化量）并不困难。微调超出此限制的变量没有实际价值，并且可能会给优化搜索增加大量成本。

　　如果两个设计之间的差异太小而无所谓，那么就CPU资源和可用搜索时间而言，评估两个设计的性能都是浪费的。通过使用变量的离散形式，我们确保设计评估是有用的。此外，这自然会导致评估点的扩展更大，从而可以更有效地探索设计空间。

　　最后，在许多情况下，变量只能采用在给定范围内等距间隔的值。例如，片材的厚度可能仅以0.1mm的增量可用。在这些情况下，使用具有相等间隔值的离散变量可以轻松定义增量大小等于可用库存的变量。因此，可以减少设置时间和潜在的数据输入错误。

　　出于实际和计算方面的考虑，使用具有适当分辨率级别的离散变量是明智的做法。而且，如果您想使用几乎连续的变量，则可以将分辨率设置为非常大的值。