【喜讯】树优和清华联合研究成果荣登工信部《新型工业化》2024年首刊

2024-01-15 16:58:12

近日，树优公司与清华大学范文慧教授联合发表的最新论文《复杂工业产品多学科设计仿真优化平台（UniXDE）研究与应用》入选工信部《新型工业化》2024年第1期封面推荐文章。《新型工业化》为中华人民共和国工业和信息化部主管的国家重点学术期刊之一，本期主题是“仿真赋能创新、数字引领制造”。本文通过分析国内外已有的复杂工业产品多学科设计仿真优化框架与平台在多学科模型集成能力、计算能力、协同能力方面的不足，针对多学科仿真优化流程集成、多学科设计优化算法、分布式高性能优化计算引擎等核心功能，阐述了新一代国产自主多学科设计仿真优化通用框架与平台 UniXDE的研究进展。通过白车身轻量化、船型优化、飞行器起落架性能优化等工程应用案例，验证了UniXDE平台可显著提升产品综合性能和设计成功率。

论文引用：赖宇阳,董素贞,范文慧等.复杂工业产品多学科设计仿真优化平台（UniXDE）研究与应用[J].新型工业化,2024,14(01):75-86.

01 背景意义

多学科设计优化方法（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）作为一种面向复杂系统的优化方法，最初由20世纪80年代以美国Sobieszczanski-Sobieski为代表的航空领域科学家提出，并在航空、航天、汽车、船舶、能源、电子等行业和领域成为研究重点。美国航空航天学会MDO技术委员会对MDO的定义描述为：MDO是一种通过充分探索和利用系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法论。

多学科设计优化框架与平台作为MDO研究的关键技术之一，是支撑多学科设计优化工程应用的技术底座。多学科设计优化框架与平台的设计是一个系统工程，需要集成各领域专业分析软件和建模工具、打通各学科之间数据关联关系、高效率调用各类优化算法。但是，当前国内外已有的平台框架在模型集成能力、计算能力、协同能力等方面存在诸多不足。因此，设计和开发高系统集成度、高计算性能和通用化的多学科设计优化框架平台对MDO研究和应用具有重要意义。

02 研究内容

本研究提出了一种全新的通用多学科设计仿真优化平台框架UniXDE （英文全称：Unified Exploration and Design Environment）。UniXDE基于云服务架构，具有先进的多学科设计优化算法库、多学科设计仿真流程构建器、丰富的CAD/CAE/自编程序参数化集成接口、分布式计算框架、优化过程可视化监控、优化报告自动生成、数据安全存储管理、多租户和多用户协作等功能。本平台框架具有较高的自动化程度和良好的通用性，能结合实际研发流程支撑复杂产品的设计优化应用。

将多学科设计仿真优化通用平台UniXDE应用于汽车、船舶、航空等典型场景进行验证，结果表明UniXDE可显著提升研发设计效率，提高设计成功率，实现产品综合性能优化。

白车身结构轻量化：基于UniXDE搭建白车身刚度、模态、碰撞性能仿真优化框架。根据零部件对白车身刚度、模态、碰撞性能的影响，将白车身分成 A、B、C 三个区域，分区选择零件与变量，基于试验设计、代理模型、基于代理模型优化、基于灵敏度和工程经验优化等多种组合优化策略，完成下车身58个零件的敏感度分析与优化，减重5%~10%。

船舶性能多目标设计优化：基于UniXDE构建船型多目标优化设计框架，该框架可应用于 KVLCC、KCS 和 DTMB5512 等船型，解决船型复杂高维的多目标优化问题。以DTMB5512战斗舰阻力性能和耐波性能多目标优化为例，得到有效的Pareto解集。

基于UniXDE构建多体动力学和液压系统联合仿真多目标优化设计流程。以起落架为例，将包含轮毂、轮胎、减震器和主体支架的模型通过多目标优化获得8个Pareto 解，并对其中的代表性方案进行权衡，获得缓冲器轴向力和缓冲器行程分别下降 51%和2.5%的综合最优方案。

多学科设计仿真优化通用平台UniXDE在航空、航天、船舶、汽车、能源、电子等众多领域具备重要应用前景。随着工业产品复杂程度的不断提升，需要实现以模型为中心的系统需求与设计的双向确认、验证和优化，UniXDE未来有望进一步与基于MBSE的需求模型、学科模型、功能模型相结合，构建基于MBSE的复杂工业产品系统多学科设计仿真优化体系。

03 主要作者

赖宇阳，树优科技创始人，清华大学自动化系创新领军工程博士生，编写教材4部、授权专利7项、软著60余项。主要研究方向：复杂系统仿真和多学科设计优化技术。

范文慧，清华大学自动化系教授，博士生导师，中国仿真学会常务副理事长，中国仿真学会复杂系统建模与仿真专业委员会主任，《复杂系统建模与仿真》（英文）主编，长期从事复杂系统建模、仿真与控制研究工作。

04 论文下载

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赖宇阳,董素贞,范文慧等.复杂工业产品多学科设计仿真优化平台（UniXDE）研究与应用[J].新型工业化,2024,14(01):75-86.

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树优科技是国家高新技术企业，致力于打造国际一流的AI for Engineering智能仿真优化工业软件解决方案，赋能中国制造数智化转型升级，加速中国新型工业化进程。公司核心团队来自清华大学、鲁汶大学、苏黎世联邦理工、达索、西门子、楷登等国内外顶级名校和企业。树优自主研发的UniXDE多学科设计仿真优化平台，具有MDO多学科设计优化、SDM多专业仿真数据管理、MDA多物理场联合仿真等功能，斩获国资委熠星双创大赛优秀奖、中国仿真学会智能优化工业软件最佳创新奖、上海电气工业APP最佳产业应用奖、清华校友三创大赛总决赛二等奖等荣誉，被工信部《新型工业化》专刊、央视新闻、全国双创周主会场广泛报道。典型客户包括：中航工业、中船重工、中国航发、海装风电、中信戴卡、国创新能源汽车等行业头部企业。