Программа многокритериальной многомерной оптимизации IOSO - Платформа оптимизации инженерных систем

Программа многокритериальной многомерной оптимизации IOSO (Indirect Optimization on the base of Self-Organization) — это средство подготовки исполняемого кода, разработанное компанией "СИГМА Технология" (автор д.т.н., проф. И.Егоров), предназначенное для решения сложных задач многопараметрической и многокритериальной оптимизации с высокой эффективностью.

История разработки и статус:

• Компания разработчик - ООО "СИГМА Технология"
• Автор методологии - д.т.н. проф. И.Егоров (разработка началась более 20 лет назад)
• Разработка - собственная разработка оригинальной методологии
• Государственная регистрация - свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613223 и №10582 от 27.05.2021
• Статус реестра - включено в Единый реестр российских программ для ЭВМ и БД (реестровая запись № 10582 от 27.05.2021)
• Тип ПО - средства подготовки исполняемого кода
• Альтернативные названия - IOSO-k (для КОМПАС-3D), IOSO NM
• Версии - IOSO 4, IOSO для Python, IOSO-K для КОМПАС-3D

Основное назначение:

• Многокритериальная оптимизация - решение задач с несколькими целевыми функциями
• Многопараметрическая оптимизация - варьирование большого количества параметров
• Автоматизация проектирования - ускорение и упрощение процесса поиска оптимальных решений
• Многодисциплинарная оптимизация - интеграция различных расчетных моделей
• Параметрические исследования - анализ влияния параметров на результаты

Функциональные возможности:

• Решение многокритериальных задач оптимизации - поиск оптимального решения по нескольким критериям
  - До 20 критериев одновременно
  - Метод Парето для анализа решений
  - Определение множества неулучшаемых решений
  - Множество альтернативных вариантов для выбора
• Решение многопараметрических задач оптимизации - оптимизация по многим переменным
  - До 100 независимых переменных
  - До 100 ограничений
  - Работа с дискретными параметрами
  - Учет зон невычисляемости
• Адаптивные алгоритмы оптимизации - автоматическая настройка
  - Не требуют предварительной настройки параметров
  - Самообучение по ходу решения
  - Быстрая сходимость
  - Устойчивость к многоэкстремальности целевой функции
• Интеграция с расчетными моделями - объединение различных программ
  - Интеграция текстовых файлов ввода/вывода произвольного формата
  - XML-файлы
  - Автоматизация связей между моделями
  - Создание многоуровневых расчетных цепочек
• Интеграция с CAD системами - подключение к 3D-моделям
  - КОМПАС-3D (встроенный модуль IOSO-K)
  - SolidWorks
  - T-FLEX
  - NX
  - Параметризация геометрии
  - Оптимизация геометрических параметров
• Интеграция с CAE системами - подключение к расчетным программам
  - ANSYS
  - FlowVision (гидродинамические расчеты)
  - APM WinMachine (механизмы)
  - Универсальный механизм
  - Pradis
  - CADFlo
  - SimInTech
• Интеграция с инженерными пакетами - подключение программ расчета
  - Python (встроенный редактор и транслятор)
  - Mathcad
  - MatLab
  - Excel
  - Другое ПО через стандартные интерфейсы
• Параллельные вычисления - распределение нагрузки
  - Запуск моделей на локальной сети
  - Запуск на многопроцессорных кластерах
  - Поддержка Linux через SSH
  - Распараллеливание вычислений (до 64 потоков)
  - Многопользовательский режим
• Аппроксимация и построение поверхностей отклика - создание суррогатных моделей
  - Аппроксимация сложных многопараметрических зависимостей
  - Метод обратных взвешенных расстояний (IDW)
  - Радиально-базисная функция
  - До 50 независимых переменных
  - До 50 000 точек аппроксимации
  - Использование для интерполяции и экстраполяции
• Валидация модели по экспериментальным данным - проверка точности
  - Сравнение расчетов с экспериментом
  - Настройка параметров модели
  - Итеративное уточнение
• Параметрические исследования - анализ влияния
  - Исследование зависимостей выходных от входных параметров
  - Выявление закономерностей
  - Анализ чувствительности
• Управление проектом оптимизации - организация работы
  - Создание и сохранение проектов
  - Сохранение истории решений
  - Возможность изменения постановки по ходу оптимизации
  - Интерактивное управление процессом

Отличительные особенности IOSO алгоритмов оптимизации:

• Высокая скорость решения - 50-70% быстрее традиционных методов
  - Сравнимо с генетическими алгоритмами (или быстрее в 7 раз)
  - Низкое количество обращений к целевой функции
  - Снижение времени вычислений
• Устойчивость к сложной топологии - работа с проблемными функциями
  - Наличие ограничений
  - Зоны невычисляемости
  - Недифференцируемость функции
  - Многоэкстремальность
• Простота в использовании - не требуются специальные знания
  - Нет необходимости в предварительной настройке
  - Адаптивные алгоритмы сами выбирают оптимальные параметры
  - Интуитивный интерфейс
• Масштабируемость - решение задач растущей размерности
  - До 100 переменных
  - До 20 критериев
  - Сложные многодисциплинарные проекты

Версии IOSO:

• IOSO 4 - полнофункциональная платформа
  - Интеграция с различными CAD/CAE системами
  - Работает на Windows и Linux
  - Многопользовательский режим
• IOSO для Python - интеграция с Python
  - Встроенный редактор и транслятор Python
  - Python 2.7 встроенный (без зависимостей)
  - Python 3.8 с поддержкой библиотек (NumPy, SciPy, Matplotlib)
  - Подключение без необходимости настройки файлов
• IOSO-K - приложение для КОМПАС-3D
  - Встроено в КОМПАС-3D
  - Оптимизация геометрии деталей и сборок
  - До 5 параметров
  - До 2 критериев
  - Учет результатов расчета в APM FEM и KompasFlow

Примеры задач, решаемых IOSO:

• Оптимальное проектирование изделий:
  - Газотурбинные двигатели
  - Летательные аппараты
  - Автомобили
  - Лопатки компрессоров
  - Крыла самолетов
• Определение оптимальных законов управления:
  - Многоцелевое оптимальное управление
  - Законы регулирования на разных режимах
  - Системы контроля
• Многодисциплинарная оптимизация:
  - Одновременная оптимизация по аэродинамике, прочности, теплопередаче и т.д.
• Оптимизация технологических процессов:
  - Параметры производства
  - Режимы обработки
  - Параметры сборки

Применение в промышленности:

• Аэрокосмическая промышленность:
  - ОКБ Сухого
  - КОМРП
  - Проектирование летательных аппаратов
• Авиационные двигатели:
  - ОДК (объединенная двигателестроительная корпорация)
  - Проектирование газотурбинных двигателей
  - Snecma (Франция) - международный опыт
• Энергетика:
  - Проектирование энергетического оборудования
  - Оптимизация КПД
• Машиностроение:
  - Проектирование механизмов
  - Оптимизация конструкций
  - Снижение стоимости
• Образование:
  - ВУЗы
  - Научные учреждения
  - Обучение студентов

Результаты использования:

• Скорость решения - 50-70% (или в 7 раз) быстрее традиционных методов
• Сокращение затрат - на проектирование и доводку
• Улучшение качества - получение уникальных решений, не имеющих аналогов
• Сокращение сроков - значительное снижение времени на исследование
• Экономия ресурсов - минимизация числа определений целевой функции

"Трех-шаговый" алгоритм работы:

1. Определение переменных и критериев - что нужно найти и по каким критериям
2. Постановка ограничений - какие ограничения нужно учитывать
3. Запуск оптимизации - автоматическое решение

Преимущества IOSO:

• Российское решение - отечественная разработка
• Уникальные алгоритмы - разработаны в России, не имеют аналогов
• Импортозамещение - альтернатива иностранным системам оптимизации
• Универсальность - работает с любым ПО через стандартные интерфейсы
• Простота использования - не требуются специальные знания
• Высокая эффективность - лучше традиционных методов
• Масштабируемость - решение задач растущей сложности

Лицензирование:

• Коммерческие лицензии - для промышленного использования
• Бесплатные лицензии - для некоммерческого использования
• Образовательные лицензии - для ВУЗов и научных организаций

Компания разработчик - ООО "СИГМА Технология":

• История - разработка технологии оптимизации более 20 лет
• Специализация - инженерная оптимизация и автоматизация проектирования
• Опыт - успешное применение в аэрокосмической и авиационной промышленности
• Услуги:
  - Разработка методик оптимального проектирования
  - Методическая помощь в постановке задач
  - Обучение специалистов
  - Разработка специализированных приложений
• Партнеры - АСКОН (КОМПАС-3D), международные компании

Альтернативные названия:

• IOSO (Indirect Optimization on the base of Self-Organization)
• IOSO-k (для КОМПАС-3D)
• Оптимизация IOSO-K
• IOSO NM
• Программа оптимизации IOSO
• Платформа управления инженерными расчетами