基于统一信息模型的多学科优化软件构架研究

Multidisciplinary design optimization (MDO) technology is widely used in academia and industry, and it is considered as an effective method to solve the problem of interdisciplinary coupling and shorten the development cycle. The keys are optimize algorithms and commercial software tools. In order to make up for the shortcomings of engineering software in MDO field in China, this project develops a web-based multidisciplinary optimization cloud platform based on the unified information model theory proposed in the previous work, researches software architecture, builds software entity tools, and solves the key scientific issues of knowledge engineering theory and software applications. This project is the first to propose a web-based cloud optimization design concept, which not only supports the technique of collaborative design and parallel computing for MDO, but also conforms to the development trend of 5G, big data, artificial intelligence and other fields, and has an industry leading effect. The MDO cloud platform can not only provide domestic MDO software platform solutions for the design and development of large-scale equipment in China, but also stimulate the enthusiasm of mass entrepreneurship and innovation, which is in line with the national medium- and long-term development strategy.

多学科优化技术在学术界和工业界被广泛采用，被认为是解决学科耦合交叉、缩短研发周期的有效方法，其关键在于优化算法和商用软件工具。现有商用多学科优化软件被欧美公司垄断，急需国产多学科优化软件。为了弥补我国在多学科优化领域工程软件的短板，基于前期工作提出的统一信息模型理论，本课题研发基于网页的多学科优化云平台，研究软件构架，搭建软件实体工具，解决知识工程理论和软件应用相结合的关键科学问题。本课题率先提出基于网页的多学科优化云平台理念，不仅支持支持分布式计算、并行计算的多学科优化框架，更符合5G、大数据、人工智能等领域的发展趋势，具有行业引领效应。多学科优化云平台不仅可以为我国大型装备的设计研发提供国产的多学科优化软件平台解决方案，更可以激发大众创业、万众创新的积极性，符合国家中长期发展战略需求。

多学科优化技术是一种针对大型装备设计研发的有效方法，涉及到多个学科交叉，其核心是是建立大型装备在各学科领域中的仿真模型。国内外研究人员提出了多种建模方法与策略，大多数方法距离商业产品仍有一段距离。.为了弥补我国在多学科优化领域工程软件的短板，基于前期工作提出的统一信息模型理论，本课题研发基于网页的多学科优化云平台，研究软件构架，搭建软件实体工具，解决知识工程理论和软件应用相结合的关键科学问题。.本课题的研究内容涉及以下三个方面。首先，研究统一信息模型的逻辑组成、功能组成、仿真模型实例化策略。采用类定义的方式存储大型装备多物理场属性的方法，利用类的多态表达多物理场属性，并通过类的封装完成元件封装。非物理场信息则采用函数定义的方式采集设计流程信息、建模流程信息、设计约束的方法。其次，制定统一信息模型的实例化方法。搭建统一信息模型与建模内核（OpenCASCADE）的数据通信方式（编译环境）。将信息模型实例化为多物理场模型。结合知识工程理论，标准化信息模型的构成方式、语句表达方式和实例化流程，将设计知识嵌入模型实例化过程，实现自动化的仿真模型生成。最后，完成基于统一信息模型理论的多学科优化软件构架。实现基于云的几何建模（概念设计层）和基于云的多学科仿真环境（多学科仿真层）功能。.为了验证该平台的各项功能，本课题以飞行汽车为实验对象，在多学科优化云平台内完成了概念设计全过程。在华中科技大学航空航天学院搭建本地服务器，本课题已在线运行超过2000机时，同时在线人数超过100人。.本课题的研究意义主要体现在以下几个方面：第一，为我国大型装备的设计研发提供国产的多学科优化软件平台解决方案，为解决“掐脖子”的工程软件缺失问题迈出重要一步。第二，独辟蹊径，站在巨人肩膀上，不走欧美软件公司走过的路，研发多学科优化的集成软件平台。第三，创新提出基于网页的多学科优化云平台构架，符合5G、人工智能、大数据的发展趋势，引领工程软件发展趋势。