isight优化基本问题

1、4.1iSIGHT优化基本问题4.1.1iSIGHT集成软件的条件从一般意义上来说，只要是可执行文件（*.exe、*.bat）iSIGHT都可以进行驱动。但是为了实现优化过程的自动化，要求所集成的数值分析软件能进行后台求解计算，且要有明确包含优化变量的输入、输出文件。常用的输入文件的类型就目前市面上的数值分析软件而言，有以下两类文件可以作为输入文件：模型信息文件如上所述，数值分析软件一般分为三个模块，在数值建模结束后前处理程序便生成一个模型信息文件做为求解模块的输入文件，该模型文件包含了数值模型的各种信息，因此在优化的时候该文件便可以当作输入文件。如，MSC.MARC的*.dat文件，LSDY

2、NA的的*.K文件等。命令流或过程记录文件为了实现参数话建模与分析，好多数值分析软件中在提供菜单操作的同时也提供了相应地命令操作，并且可以把命令编程文件进行读入建模和分析，该文件常称为命令流文件。另外，一些软件可以自动记录用户的每一步操作，并能输出相应地命令流文件，软件也可以读入该文件实现建模和分析，该命令流文件习惯称之为过程记录文件。在使用模型信息文件当作输入文件的优化过程中，优化中在每次迭代过程中没有了建立模型的环节，因此其效率相对较高！而在用命令流或过程记录文件当作输入文件的优化中，在每次迭代分析时都从建模开始，故其计算所需要的时间相对较长。然而，正是由于其每次迭代分析时都是从头开始建模

3、分析，所以在相关变量的优化设计中，由于对模型信息文件的修改往往不能正确地反映模型的变化，故这时候就需要过程记录文件做为输入文件。iSIGHT集成优化的一般步骤在工程上利用iSIGHT进行集成优化一般包括前期工作准备、过程集成、变量与算法设置以及过程监控与结果分析等步骤。前期准备工作在集成优化之前的准备工作主要包括数值分析软件选择、初始计算以及熟悉相关文件等。根据优化问题所要求的分析与求解任务，选择合适的数值分析软件进行优化设计计算。在选择集成软件时应该考虑以下几个原则:（1）软件的功能。这是首要的问题，应透彻了解所选软件是否具备所需要的功能，并满足iSIGHT集成软件的要求。（2）前、后处理功

4、能。这是很重要的，关系到是够易于操作，一定程度上也是计算成功与否的重要决定因素。（3）软件所要求的环境及计算机配置。这也是软件正常运行所必需的，当然，软件的价格也要加以考虑和比较。在选择好数值分析软件后，往往需要在所要集成的数值分析软件里边进行一次初始模型计算，以便生成下步软件集成所需要的输入、输出文件。在进行下一步软件集成之前，要熟悉所集成软件求解的驱动命令，输入、输出文件的格式，要明确设计变量参数、目标函数值在输入、输出文件中的位置及其数据格式等。iSIGHT软件集成这部分工作就是要设置iSIGHT集成软件代码，指定所集成软件的输入、输出文件，并指定iSIGHT修改或读取输入、输出文件的位

5、置与格式。设计变量与算法设置又称数学建模，其主要内容有优化变量设置、优化方法与策略选择。该部分是优化设计中的核心工作，尤其是优化方法的选择，它关系到优化计算的效率的高低甚至成败，所以在分析的时候一定要根据工程实际问题具体特点合理设置优化算法。4.2.4求解与结果分析在集成优化过程中，iSIGHT软件提供了让用户实时监控优化过程的功能，它可以图表、曲线等形式形象地给出目标函数随设计变量的变化图形，并给出软件集成日值文件。以上仅对iSIGHT集成过程进行了简单地解释与阐释，更详细的描述可参考以后章节。4.3iSIGHT优化入门水杯优化以下通过一个水杯优化的具体实例，详细地讲述了集成优化的各个过程的

6、操作步骤，希望通过这个例子读者能够iSIGHT集成优化能够有个初步认识与掌握。4.3.1问题描述注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径=水杯高度。为什么是这样呢？原因很简单因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。可不是，在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。问题假设与模型简化根据经验，在材料一定的情况下我们可以认为水杯的成本与其表面积成正比，为了控制成本我们对其进行限值。所以我们

7、的设计问题就是，在成本一定的情况下如何合理设置水杯的几何尺寸以获得最大容积。上述问题用优化语言描述为：MaximizeV=nR2HS.tS=2nRH+2nR2l00集成软件的选择由于在本问题的优化过程中，只需要进行体积V与表面积S的简单计算，我们采用FORTTRAN编程生成可执行文件（cup.exe）来完成该工作。在建立自己的优化任务之前，首先需要了解所要集成的数值分析软件，主要内容包括文件所在位置，驱动命令格式，输入、输出文件的格式及优化变量在其中的位置等。在本次的练习中，由于所需要的计算比较简单我们采用FORTAN程序变成的可执行程序（Cup.exe）来完成所需要的计算，其内容如下：pro

8、gramCupimplicitnonerealR,H,Area,Vcharacter（len=20）:filenamein=InPut.txt,filenameout=OutPut.txtlogicalalivein,aliveoutinquire(file=filenamein,exist=alivein)inquire(file=filenameout,exist=aliveout)if(alivein.and.aliveout)thenwrite(*,*)所需的文件存在！elsewrite(*,*)所需要的文件不存在！endifopen(unit=10,file=InPut.txt)re

9、ad(10,(15X,F12.9,/,15X,F12.9)R,HArea=2*3.14*R*H+2*3.14*R*RV=3.14*R*R*Hopen(unit=10,file=OutPut.txt)write(10,(TheAreais:,F17.9,/,Thevolumeis:,F12.9)Area,Vstopend本例中，所集成的文件为位于D:CupCupProgame下的Cup.exe。可执行文件从输入文件为Input.txt中读入茶杯的几何尺寸值，计算茶杯的表面积与容积，然后把计算结果写道输出文件Out.txt中，其执行过程如下图1所示。匚I,l|JL.iluIfuI-jcii.sis

10、:：.；：Theheighti：1.0可执行文件S=27T+R=H+27T=+=R+R匚i,I：Cl.-ijl.idHieareais：12S60000420Ihevolumeis；31S4.7133789O6图4.3.2Cup.exe执行流程图4.3.4iSIGHT集成优化在建立集成优化工程问题之前,我们在D盘下建立了一个文件夹Cup用以存放优化过程中的数据文件。文件夹建好后把分析所需要的各种文件（对本问题而言，有lnput.txt、Output.exe、Cup.exe及其相关文件）移到该文件夹下，复制Input.txt文件，并重命名为CupInTemp.dat。提示：iSIGHT同大多数英

11、文软件一样识别中文字符有困难，所以在文件命名的时候不能取中文名，也不能存放在中文路径下，否则编译时会出错！4.3.4.1添加集成代码启动iSIGHT软件后，便打开如图4.3.3所示的任务管理页面。由于我们还没有建立优化任务，所以该页面呈现空白状态。图4.3.3任务管理界面图4.3.4集成代码添加界面2、点击图4.3.3中的过程集成按钮，则进入添加集成代码界面，并自动建立任务Taskl，如图4.3.4所示。3、点击图4.3.4工具条上的集成代码按钮，添加集成代码。一个名为SimcodeO集成代码块出现在集成对话框右边的工作区内，如图4.3.5所示。|TM7lHd*lnliE)|搭|A*fTD|k

12、FnxMI*(D伽inGftsvii-&wO詞眄卿rpn#图4.3.5添加集成代码后的界面注释：为了便于叙述，以后我们用块来描述上图4.3.5右边的图标。4、双击图4.3.5中的任务块，则显示出集成代码的内容，如图4.3.6所示。图4.3.6集成代码内容在设计的过程中，我们需要设置所用软件的基本信息（位置与名称），制定iSIGHT软件调用该软件的规则，这样才能保证集成优化的顺利进行。a5、点击集成代码块左边的属性按钮，弹出代码属性设置对话框，如图4.3.7所示。曬的4吧匹rimlriEl昭朋!1Bamlimit悒Homl劉：|5dcOfiUofi11ar-gumenrfs:CancelTwit

13、ElCUl3l古i|PrOgr?niOSinmlaboncode-jaUMiMDmam丘刊啣311图4.3.7集成代码属性设置对话框D/Oupi/CupProgameDayouwish価placeyourFteprectu-nderthisdirectcirv?Hessageoccurredin:SetMewProjectDirectorySetRevProj&ctDirectQEyThefliesneededbyaniSI&HTprojectareusuallyplacedunderihesamedirectoryasthedestriplionfile.Yojhaveselectedafi

14、leneededbyaproject.Thissuggeststhatyouwis-htoplaceyourprojectunderthisdirectory:口口凶图4.3.8路径设置对话框在图4.3.7中，simulationcode（pathand）name文本框用来输入集成代码信息的，它包括集成代码名称与所处的位置；Optionalargument选项是用来输入驱动集成代码辅助命令，这是因为有些数值分析软件在调用求解器的时候还需要辅助的命令来指定一些信息，如输入、输出文件名称等；Elapsedtimelimit（seconds）选项用以设置溢出时间，当软件调用的集成代码在该时间内没有求

15、解结束时，则它认为系统出错，并结束任务。FileIEl平申鬭Irtirt（丰忙知（BfwEDKlIlalHQ|QfrbCi*1$nt!$SHmmun亡闭片(ptih*n曲nmoI沖U凶VCflEEtHiUP阿仙曲电I图4.3.9添加集成代码后的属性对话框6、点击图437中文件菜单，在随后弹出文件选择对话框中选择位于D:CupCupProgame下的Cup.exe文件。7、点击确认后弹出设置新任务路径对话框，如图4.3.8所示。为了便于管理，我们在优化的时候往往单独建立一个与所集成代码位置不同的文件来存放优化数据，所以这时候软件就询问用户是不是把优化数据放在集成代码所在的文件夹下。如果，用户确认

16、是的话就点击yes，若要放在另外的位置的话点击No燃后制定该位置。&点击No，然后制定D:Cup为本问题工作路径，则返回图4.3.9所示界面。9、点击439图中的OK按钮，返回过程集成界面，如图5.5.10所示。从图5.5.10可以看到，集成代码块的名称改为Cup.exe4.3.4.2定义输入文件在集成优化中，仅仅定义集成代码信息往往是不不够的，这是因为iSIGHT软件需要按照优化算法以不同的R和H值多次调用集成代码，因此我们需要告诉iSIGHT如何对这些文件进行操作。a|1、点击输入块InputO的属性按钮，则弹出输入属性对话框，如图4.3.11所示。在制定iSIGHT软件修改输入文件规则之

17、前，我们首先需要给它明确工作对象，即定义输入文件信息，主要包括输入文件名与存放位置等。4ElimEdit5sawbnteniawa-HelplatmiCQdffaimcQdHiasjFEfieetryJnt!.!monsCUlHIITLEDnTarfiki3imC4dDTk|KIQtm图4.3.24过程集成界面a)b)TO：(WdtlH-IIVQlurr#JFromCirtFvtMJTe:-OUTRUT-1QlunragDdC)d)InflireiPJbi-cn:UVTITLEB,EJS6ElEMIW|Mf1ItlIMXs3冯u*a-ecsi4.3.25数据流窗口4.3.4.4优化变量与算法设

18、置我们以完成软件集成与数据流定义，下面将通过变量对话框、任务方安设置和数据库对话框来进行优化变、量算法及其一些辅助选项设置。1点击任务管理界面工作条上的Parameters按钮，变量对话框，如图4.3.26所示。图4.326中，Obj为目标函数选项，用来设定目标函数及其性质；type用来设置优化变量的类型，包括整数型、离散型和离散型；Upper(Lower)bound用来定义变量的上(下)限值；而CurrentValue用以设置变量的初值。5宣虫MfrLHWVWLnHrcsjntl割*4uWfef卓r口iSiffruiPlDti闻DKiyi厂1bJUCHMKlDEwL瓮腳筍如啊轉#晋圍打时打r

19、I?iMiFnJEPi|rtAih(”-W吟丄葩阿仙SKHTrdajFrvS-4JHN?*|E$t|Cm图4.3.28任务方案对话框4.3.4.5数据库选项定义在设计探索计划执行过程中，设计问题的分析过程会产生大量数据。这些数据可以保存在iSIGHT数据库文件中，而数据库文件可以自动产生也可以由用户指定路径，这样就大大增强了操作和管理灵活性，极大的降低了获得较优的可行设计方案所需的时间。41呂比W：DBiEBih-AEH-VheLhDafBdbHSM34广DWBiria购邓*JKIHurftf广口4444心.彌|厂QvfcuRumh*fFtf|D.rfCupJtupt*ie*r|bh蓟呻机如珊

20、呦fiRy专图4.3.29数据库设置对话框可以通过以下步骤进行数据库设置：B1点击任务管理界面工作条上的Database按钮*，则弹出图4.3.29所示的数据库设置对话框。图4.3.29中，DatabaseMode选项用来设置迭代中数据库保存格式，其中Append为延续模式，而Overwrite为覆盖模式。DatabaseStorageOption选项用以设置数据存储内容与格式。2、在SelectDatabaseFileName文本框里输入数据库名：Cup.db。3、点击图4.3.29下方的OK按钮，则返回任务管理界面。4.3.4.6过程监控设置图4.3.30监控设置对话框我们想了解在设计搜索

21、的过程中各设计变量的变化情况，因此只需要用表格的形式列出各变量的值即可。=图4.3.31插入表对话框1.点击图4.3.30工具条中的Table表，则弹出图4.3.31所示的插入表对话框。3、选择TableType选项下边的Custom，并点击OK确认后返回监控设置对话框，如图4.3.32所示。图4.3.32插入表后的监控设置对话框4、用鼠标右键点击表Customtable，在随后弹出菜单中选择FittoWindow1选项，则最终的监控界面如图4.3.33所示,(1)图4.3.33过程监控界面4.3.4.7执行计算在执行计算之前，我们需要先对文件进行一下保存。1设任务管理界面为当前界面，点击Fi

22、le菜单下的Save按钮进行保存。2、点击任务管理界面工具条上的Execute执行按钮，则任务开始执行。3、重设任务监控界面为当前工作界面，就可以实时观看设计搜索的过程了。经过76次调用Cup.exe后，分析结束，最终的监控界面如图4.3.34所示。在求解结束的同时，系统弹出执行结果报告，如图4.3.35所示。图4.3.34求解结束时监控界面注：图4.3.35中的最有一次求解结果并不一定是最优结果。rEcvtiuHiKwaitp!Sia&qrv口冋闔3EziXU.C.undraLd.cT-x-aflE-asnE-i-9TLStepli阳强也工皿电*匚Ofeiair-L-oaROSTEE.哄FPFVV工#3UE.tVr1QbjecckvwAndfv-MBLcy-J.Miw*-re.,估丹*-J.