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向光伟, 王杰, 史玉杰, 易国庆. 基于iSIGHT的风洞应变天平优化设计方法研究[J]. 实验流体力学, ): 45-49,59
Xiang Guangwei, Wang Jie, Shi Yujie, Yi Guoqing. Research on optimal design method for wind tunnel strain gauge balance based on iSIGHT[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, ): 45-49,59.
基于iSIGHT的风洞应变天平优化设计方法研究
向光伟1,2,
易国庆1&&&&
1. 中国空气动力研究与发展中心 高速空气动力研究所, 四川 绵阳 621000;
2. 四川大学 制造科学与工程学院, 成都 610065
通讯作者: 向光伟(1982-),男,陕西岚皋县人,硕士。研究方向:风洞应变天平研制与应用。通信地址:四川省绵阳市中国空气动力研究与发展中心(621000)。E-mail:
摘要：天平设计的关键在于天平结构的优化,在满足设计要求的前提下,尽量提高天平刚度,避免应力集中,减小各测量分量之间的相互干扰,以提高设计质量。天平优化设计是一个多目标问题,无论利用解析方法还是有限元仿真方法,设计分析过程通常需要丰富的经验,即使耗费大量时间也很难获得全局最优解。以6分量杆式应变天平为研究对象,提出了分级和分步优化策略,介绍了基于iSIGHT平台的实现方法。通过试验设计(DOE)筛选出对优化目标影响较大的设计变量,然后建立天平优化设计近似参数化模型。在iSIGHT中通过集成UG、ANSYS和EXCEL等软件建立自动优化流程。以参数化三维结构有限元仿真分析方法为基础,利用iSIGHT提供的优化算法,实现优化设计自动化,大大节省了设计成本,提高了天平设计质量和效率。
应变天平&&&&
优化策略&&&&
试验设计&&&&
参数化建模&&&&
iSIGHT&&&&
Research on optimal design method for wind tunnel strain gauge balance based on iSIGHT
Xiang Guangwei1,2 ,
Wang Jie2,
Shi Yujie1,
Yi Guoqing1 &&&&
1. High Speed Aerodynamics Research Institute, China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang Sichuan 621000, C
2. School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China
Abstract:The main point of strain gauge balance design is to optimize the configuration of the balance. With the design requirements fulfilled, it is optimal to increase the stiffness, reduce the stress concentration and diminish the interactions among the components in order to improve the quality of the balance. The current trend of balance optimal design is to utilize methods such as perpendicular calculation design method, sequence quadratic optimization method, genetic algorithm optimization method, etc, and conduct simulation via MathCAD, Matlab, VC++, ANSYS, etc. Balance optimal design is a multi-objective optimization design problem. Abundant empirical experiences are required in utilizing both the analytical method and the finite element method (FEM), but still the global optimal solution is hard to obtain. Considering the relations between the dimensions and geometries of various balance configurations, layered and parallel optimal strategies are proposed. An optimal design method for the wind tunnel strain gauge rear-sting balance with six components based on iSIGHT is introduced. The significant effects of balance design variables to the optimal objective are studied by design of experiment (DOE) so that a set of important variables are selected to set up an approximate 3D parameterized model. The parametric modeling method and the finite element method are applied. An optimization flow is automatically running in iSIGHT by integrating many design tools such as UG, ANSYS, EXCEL, etc. General optimal algorithms are provided by iSIGHT and a lot of commercial software can be integrated to support the automatic running. This method offers an economical and easy way to improve the balance design quality.
Key words:
strain gauge balance&&&&
optimization strategy&&&&
design of experiment&&&&
parametric modeling&&&&
iSIGHT&&&&
天平设计的实质是根据设计要求对天平结构不断优化，直至得到满意的结果。为了提高天平性能，优化的主要工作是在设计条件下，使各测量分量在满足强度要求的前提下获得理想的信号输出，并且各分量相互干扰最小而刚度最大。天平设计问题是一个多目标优化问题。在初步设计阶段，具体的元件结构并不确定，因此设计变量、约束条件和目标函数很难确定。通常的做法是根据经验尝试不同弹性元件的几何结构是否满足设计要求，但有时候很难抉择最优方案。
传统结构优化设计方法和计算机仿真方法是天平设计的常用方法[, ]，利用生物进化算法[]、有限元方法[]和正交试验法[]等现代优化设计方法，在MathCAD、Matlab、VC++或ANSYS等软件平台上可以获得天平优化设计方案。由于天平各设计参数并不完全独立，无论利用解析方法还是有限元仿真，甚至利用工具软件编写优化程序，天平优化设计都需要在完成所有设计方案的计算和综合评估后，再决定天平的结构方案。计算和参数调整是一个漫长的过程，需要丰富的设计经验，且耗费时间长，很难获得全局最优解。
本文介绍了1种基于iSIGHT优化平台的六分量杆式应变天平优化设计方法，采用分级和分步优化策略，通过在iSIGHT中集成UG、ANSYS和EXCEL等软件进行试验设计(DOE)和自动优化。该方法也可推广应用到其它应变天平优化设计中。iSIGHT提供了全面的优化算法，能自动评估优化结果，并且可以集成流行的商业软件和工程软件，实现优化的自动化，大大节省了设计成本，提高了天平设计的质量和效率。
1 天平优化策略与优化流程
应变天平的结构布局一般为常用弹性敏感元件的组合(见图 1)。其中常见的5分量(除阻力元外)敏感元件有矩形梁、3片梁、4柱梁、“十”字梁和8棱柱等，常见的阻力敏感元件有“I”型梁、“T”型梁、“门”字梁等。阻力系统弹片数量及每片厚度与阻力敏感元件灵敏度相关，并且会影响阻力系统应力分布。这种组合与设计载荷密切相关，因此灵活多变，设计初期很难用确定的参数直接进行描述。设计变量类型包括连续变量和离散变量(阻力系统弹片的数量)，在给定的初始设计条件下，很难确定设计变量、约束条件和目标函数。结构布局优化的同时要考虑尺寸优化，使得多目标优化计算量非常大，并且使优化问题变得更加复杂。要解决上述问题，需要探索新的优化策略。
图 1 六分量天平结构布局
Fig 1 Strain-gauge balance configuration
1.1 分级与分步优化策略
考虑到尺寸与结构的依赖关系以及天平结构的复杂性，天平总体优化可以采用分级优化和分步优化策略。分级优化策略的核心思想是将天平布局优化(第1级)与尺寸优化(第2级)分为2级，流程如图 2所示。第2级优化的任务是在第1级给定的结构布局条件下，在满足应力约束和灵敏度约束等前提下，寻找各弹性敏感元件的最佳尺寸，使该结构布局方案刚度最大、各元相互干扰最小。第2级优化中目标函数一般是连续可微的，可采用iSIGHT提供的直接搜索法(Hooke-Jeeves Direct Search)或序列二次规划法(NLPQL)，将优化结果返回给第1级。第1级优化的任务是根据第2级的优化结果，寻找最佳结构布局方案，使得天平布局刚度最大、各元相互干扰最小。第1级优化的设计变量既包括连续变量也包括离散变量，所以采用遗传算法(GA)寻找全局最优解。通过第1级布局优化与第2级尺寸优化之间的多次迭代，最终获得按可行性排序的结构布局和结构尺寸的可行设计方案集合。
图 2 分级优化策略
Fig 2 Layered strategy
尺寸优化的困难在于写出各结构对应的目标函数。特别是对于阻力弹性系统，其刚度目标函数通常是近似的，其它5个分量对阻力的干扰解析式非常复杂。文献[]详细描述了典型六分量天平各单元目标函数和约束条件的解析表达式。实践证明，与有限元方法相比，解析方法存在通用性不强和误差较大的缺点。因此考虑充分利用iSIGHT软件的集成与优化功能[]，以及UG的参数化建模[]和ANSYS软件的有限元模拟仿真[]功能，通过直接提取优化目标的数值仿真结果并评估其可行性，实现六分量天平的高效精确仿真优化。
分步优化策略是指按照由简入繁的顺序分2步来实施优化(见图 3)，以降低优化难度。第1步将六分量天平除去阻力简化为五分量天平，获得最佳的五分量天平结构。由于阻力在5分量元件贴片处产生的应变很小，并且可以通过桥路抵消，因此对这5个分量干扰很小，可忽略不计。第2步是单独优化阻力弹性系统，即阻力系统弹片和阻力敏感元件。此时要充分考虑其它5个分量对阻力元的干扰和弹性系统的应力集中问题。实施这2步优化都要运用分级优化策略以分别获得设计条件下最佳的五分量敏感元件结构和阻力弹性系统结构。分步优化策略不仅可以简化iSIGHT集成标准的优化流程，减小自动优化过程中的出错概率，而且还可以在每一步优化中重点关注设计难点，例如在第2步优化中重点考虑干扰问题或应力集中问题。
图 3 分步优化策略
Fig 3 Parallel strategy
1.2 自动优化流程集成
在iSIGHT软件中所有方法以组件的形式提供，这些组件提供不同的参数输入/输出接口，并且可以很方便的修改和替换。天平自动优化流程如图 4所示，其中DOE模块与优化模块一般采用相同的计算流程，DOE分析完成后，将DOE组件替换为Optimization组件，进一步进行自动优化，优化结果存放在数据库中供决策参考。具体步骤和方法如下：
图 4 天平优化设计流程
Fig 4 Automatic balance optimization flow
(1) 建立参数化敏感元件库。参数化敏感元件库是参数化自动建模和布局自动优化的前提。UG提供了用户自定义特征、电子表格和二次开发工具UG/Open等方法建立参数化三维模型库[]，与敏感元件对应的参数文件也保存在数据库中，以便优化过程中iSIGHT提取和更新参数。敏感元件库是可扩展的包括5分量结构和阻力系统(弹片、分割槽和敏感元件等)。主要参数包括几何参数(直径、角度、宽和高等)、位置参数(元件参考平面与设计中心的距离和贴片处应变提取坐标等)和自定义参数(元件编号和参数数量等)。这些参数存储在参数文件中，UG根据这些参数自动装配和干涉检查，iSIGHT根据优化算法改变其中的某些参数，驱动模型更新，有限元计算结果提取坐标也随之更新。
(2)自动生成和导出基于装配的模型。天平实际结构通常是整体材料切割的，但是考虑到敏感元件需要自由组合，因此通过UG二次开发自动生成天平三维模型。模型干涉检验是必要的，主要解决元件间的相互尺寸和位置协调，例如梁截面的最大尺寸是否超过天平直径，元件是否接触良好，是否存在重叠和偏移等。模型导出为*.x_t格式和对应的*.exp参数文件，作为有限元分析的输入文件。
(3) 基于DOE(试验设计方法)进行参数分析。描述弹性敏感元件的参数对优化目标的影响程度通常是不一样的，优化设计时应该选取主要参数作为优化变量。iSIGHT的DOE模块采用拉丁方法和全因子法等探索设计空间，得到各参数的PARETO图[]，作为优化模块选取主要设计变量的依据。
(4) 建立基于APDL的有限元分析流程。ANSYS参数化设计语言APDL(ANSYS Parametric Design Language)是一种解释性语言，为自动优化提供了方便的有限元仿真条件[]。在APDL编写的命令流中，需要定义天平设计载荷、材料属性和输入的三维实体模型(*.x_t)、网格划分方法、结果提取坐标和结果输出文件等。实施过程中，可以在ANSYS中通过交互界面(GUI)完成一次仿真分析，ANSYS会将命令流自动记录(*.log)并保存在工作目录下，经过简单修改保存为(*.lgw)作为iSIGHT中ANSYS进行分析的输入文件，便可快速建立自动分析流程。
(5) 建立iSIGHT自动优化流程。iSIGHT通过命令行调用批处理文件(*.bat)来集成调用市场上大部分流行的商业工程软件，同时读取数据文件解析为输入或输出参数[]。这样，iSIGHT就可以将优化参数在不同工程软件中传递，通过优化算法在设计空间中不断改变这些参数，使得分析结果不断向目标靠近。根据天平优化策略和流程，iSIGHT主要集成UG和ANSYS软件(文献[]详细描述了常见商业工程软件的集成过程)，EXCEL组件将每次迭代优化结果暂存在EXCEL表格中方便统计和查看，优化过程和结果都存放在iSIGHT自动管理的数据库中。
2 天平优化算例
2.1 优化设计问题的描述
六分量天平设计直径为64mm，天平长度小于300mm，各分量载荷如表 1所示。根据风洞使用环境要求，天平各分量灵敏度控制在0.5～2.0mV/V，目标值为1.0mV/V。
表 1 天平设计载荷
Table 1 Design load ranges of each component
该优化问题可描述为:
(1)各分量力作用下天平结构自由端相对于固定端位移(扭转角)最小;
(2)各分量对阻力元干扰最小。
在参数化敏感元件库的参数文件中定义,UG自动装配完成后导出参数列表文件。
(1)几何参数约束:LB=0mm,UB=300mm,逻辑约束已在参数元件库中定义;
(2)强度约束:σmax≤[σ],常量[σ]为许用应力,根据材料与安全要求确定;
(3)灵敏度约束:LB=0.5mV/V,UB=2.0mV/V,Target=1.0mV/V。
其中,LB和UB分别表示取值下限和上限,Tar-get表示约束的最佳取值。
2.2 优化流程调试与运行
根据天平优化策略和流程,在iSIGHT中集成的自动优化流程如图 5所示。集成过程是一次完整的参数化建模、有限元分析和结果评估的设计过程,其中涉及简单的程序代码编写、参数文件解析和各组件参数设置。iSIGHT提供运行的日志文件和监视器模块为自动优化流程调试提供了便利,调试时间与流程的复杂程度有关。调试完成后,该流程可以保存为?.zmf文件重复利用或改进。开始新的天平设计任务时,只需要更改设计条件所对应的参数,重新运行自动流程就可以获得与设计条件对应的天平结构方案。
图 5 iSIGHT中自动优化流程集成
Fig 5 Integration automatic optimization flow in iSIGHT
2.3 优化结果分析
DOE分析采用拉丁超立方方法(Latin Hypercube)，计算点数(Number of Points)为20。分析结果表明关键几何尺寸对优化目标影响很大，如“T”型梁依次为厚(ht)、宽(bt)、高(lt)，而“门”字梁为长(ls)、高(hs)、宽(bm)。“T”型梁和“门”字梁各设计变量PARETO图如图 6所示。
图 6 敏感元件设计参数PARETO图
Fig 6 PARETO of main variables of drag components
优化算法采用遗传算法(GA)和序列二次规划法(NLPQL)，其中“门”字梁各设计变量收敛曲线如图 7所示，优化目标收敛曲线如图 8所示。不难发现，各参数收敛速度各不相同，最优方案产生于迭代过程的某一步，而不是迭代的最后一步。经过仔细分析优化数据库中排在前列的可行方案，确定优化设计最终结果为：5分量敏感元件为矩形梁，前后中心距离为240mm。阻力敏感元件为“门”字梁，阻力系统弹片为20片。在各分量均满载条件下，最大位移为0.99mm，容易利用经验公式验证该方案结构刚度是最大的。优化后的天平结构和部分关键参数值如图 9所示。天平各分量灵敏度如表 2所示。
图 7 设计变量收敛曲线
Fig 7 History of main variables
图 8 优化目标收敛曲线
Fig 8 History of objective function
图 9 天平主要结构和部分关键参数值
Fig 9 Final optimized balance configuration
表 2 天平各分量灵敏度
Table 2 Sensitivity of each component (Unit：mV/V)
(1) 天平设计时要获得设计条件下最大刚度和 最小干扰是很困难的。基于iSIGHT的风洞应变天平优化设计提供了一个平台，以帮助设计者寻求最优方案，减少重复类似的计算和分析。设计者可以把更多的精力投入到方案决策，而不是具 体的重复性劳动。因此可以显著提高设计质量，克服经验设计缺点。
(2) 利用DOE参数分析，可有效探索设计空间、确定关键设计参数、掌握各参数的相互影响情况，结构优化时针对性更强。利用iSIGHT优化设计平台，能进一步提高设计效率，探索各类敏感元件的物理特性。
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中国空气动力学会主办。
向光伟, 王杰, 史玉杰, 易国庆
Xiang Guangwei, Wang Jie, Shi Yujie, Yi Guoqing
基于iSIGHT的风洞应变天平优化设计方法研究
Research on optimal design method for wind tunnel strain gauge balance based on iSIGHT
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& 综合 & 正文
iSIGHT: 第一章
认识iSIGHT
1.1 软件简介
iSIGHT是美国Engineous公司出品的过程集成、优化设计和稳健性设计的软件，可以将数字技术、推理技术和设计探索技术有效融合，并把大量的需要人工完成的工作由软件实现自动化处理，在多学科优化类软件中市场知名度和占有率均居第一位，占有55％的市场份额。iSIGHT软件可以集成仿真并提供设计智能支持，从而对多个设计可选方案进行评估，研究，大大缩短了产品的设计周期，显著提高。
iSIGHT软件由Siu S.Tong博士首创，做为Engineous公司创始人和董事长他于1979-1983年在MIT攻读博士期间，首次提出了"软件机器人"概念。1982年Tong博士加入通用电气公司进一步实现这个构想。他组织并领导一个小组，致力于开发第一代"软件机器人"技术，并获得通用电气和美国政府1200万美元投资。经过十余年时间发展，"软件机器人"工程化、实用化不断加强。　　 当意识到工业界对iSIGHT设计开发环境的普遍认同和巨大需求后，1994年Siu S.Tong成立Engious公司开始将iSIGHT软件商业化。目标是为大量使用计算机仿真模型的工业界提供先进工程设计和管理软件，并同时提供相关服务。1995年iSIGHT第一个商业版本发布。该版本拓展了早期iSIGHT软件的许多功能。1996年和1997年iSIGHT新版本相继发布，在集成各类仿真软件的灵活性和易用性方面获得极大提高。经过最初三个版本的发布，iSIGHT软件商业化达到了很高程度，这意味着更好的用户界面、更强的可用性、更直观的求解监视、以及对多学科综合设计更有力的支持。2004年初，Engineous
Synaps， 一家地处亚特兰大的基于过程集成和设计优化（PIDO）的软件供应商。这次收购行为提供了一个非常好的契机，Engineous 将Synaps产品的先进技术融合到iSIGHT软件当中。<span style="color:#04年秋，iSIGHT 9.0 发布，除了从Synaps产品中提取出的几个特别著名的功能外(如， Pointer优化器，仿真云图，自动生成EXCEL格式报表等 )，最新版本中包含的最主要的先进技术还有：selectable terms for response surface methods,径向基函数（RBF）神经网络近似模型，动态稳健设计方法。
iSIGHT在缩短产品设计周期、降低产品成本、提高产品质量等方面，每天都在取得令人瞩目的突破。据美国权威市场调查公司Daratech统计，iSIGHT在过程集成和设计优化领域的全球市场占有率超过一半，已成为航空、航天、汽车、兵器、船舶、电子、动力、机械、教育研究等领域首选的过程集成、设计优化和可靠性稳健设计的综合解决方案。
总的来说，iSIGHT软件有集成自动化、结果数据综合分析以及网络运算三大优势。
1.1.1集成自动化
一个典型的工程需要不断进行"设计－评估－改进"的循环。CAD/CAE的引入提高了这一过程的效率。CAD加快了造型、装配、出图的设计过程，而CAE则减少了大量的试验，提供了有效的分析和评估工具。但是在这种设计过程中，<span style="color:#%的工作量是没有创造性的重复性工作，中间环节繁杂易错。iSIGHT通过一种搭积木的方式快速继承和耦合各种仿真软件，将所有设计流程组织到一个统一、有机和逻辑的框架中，自动运行仿真软件，并自动重启设计流程，从而消除了传统设计流程中的"瓶颈"，使整个设计流程实现全数字化和全自动化。
一个典型的集成过程主要包括以下四个步骤：
软件集成（集成一个或多个仿真软件）
问题定义（定义设计变量、约束和目标函数，也称建模）
设计自动化（选择优化设计方案）
数据分析和可视化（实时监控设计分析过程）
对于优化设计的研究不断证实，没有任何单一的优化技术可以适用于所有设计问题。iSIGHT就此问题提供了两种解决方案：其一，iSIGHT提供完备优化工具集，用户可交互式选用并可针对特定问题进行定制；其二， iSIGHT提供一种多学科优化操作，以便把所有的优化有机组合起来，解决复杂的优化设计问题。iSIGHT包含的设计方法可以分为优化设计、试验设计、逼近计算和质量工程四大类，如图1.1.1所示。
1．优化设计
优化的目的是通过设计搜索，寻找满足约束条件和目标函数的最佳设计方案。iSIGHT提供了多种优化算法，主要有如下几种：
● 数值方法
● 全局探索法
● 启发式搜索
● 多目标多准则优化算法
2、试验设计
在进行设计的时候，对于设计目标影响的因素有时候比较多，可是由于计算资源或时间的因素不可能考虑所有的因素，所以iSIGHT提供了试验设计功能。通过试验设计分析，发现对目标函数影响较大的关键参数，而对于那些影响轻微的参数在后续的设计就可以忽略，在资源有限的情况下提高了计算效率，又保证结果的可靠性。iSIGHT软件中常用的试验设计有：
● 正交试验
● 中心复合试验
● 数据文件
● 全因子/单因子组合实验
● 超拉丁方抽样实验
● 优化的超拉丁方抽样实验
3、近似模拟
近似模型就是用近似模型代替原来运行时间较长的分析模型，以快速获得解答。iSIGHT所提供的近似模型与方法主要有如下几种：
● 高阶响应面模型● 泰勒级数近似法● 变复杂度模型● Kriging近似模型
● 径向基数函数神经网络模型（RBF）
● 面向西格玛的可靠性、稳健性设计（DFSS）
图<span style="color:#.1.1 iSIGHT优化设计结构框图
4．质量工程
考虑设计中的不确定性因素，寻找成功概率高并且对非确定因素不敏感的设计方案，从而保证了设计的稳健性和可靠性。iSIGHT的质量工程分析主要包括如下几个方面：
● 蒙特卡罗模型● 可靠性分析和优化●（动态、静态）稳健设计
1.1.2结果数据分析
对于大多数设计软件，算法开始执行后需要等待算法结束后用户才可以查看计算结果数据，用户面对的好像一个"黑匣子"，缺乏可视化的方法来实时监控设计过程的运行状态。而iSIGHT软件不但提供了多种程序结束后分析查看数据的方法，还做到了实时监控运行过程，主要体现在以下几个方面：
1. 在设计分析过程中，提供了以图或表的形式直观、实时地展现优化计算过程的探索状况。
2. 从各个角度把握进程结束后的设计参数和目标函数的变化及相关关系，使问题的特性明确化。
3. 高级数据分析技术可以对响应面模型以三维和散布图显示。
4. EDM（Engineering Data Mining）提供了对多目标设计问题提供专门的后处理能力，以便有效地查看Pareto数据，使复杂数据的分析工作变得更加简单。
1.1.3网络功能
iSIGHT网络功能主要包括分布式处理、并行处理及网络发布三种。
1．分布式处理
iSIGHT分布处理是指在多台可能具有完全不同的系统的计算机上运行设计开发作业组件的能力。iSIGHT提供一个方便的图形用户界面，用户可通过该界面总揽当前网络环境，并根据计算机类型或工作组特性进行任务分派。
2．并行处理
设计开发过程的代价有时可能会因仿真软件的时间开销而变得非常高昂。然而在许多系统中，仿真软件可以相互独立地执行，并且在许多设计开发技术中，大量设计点可以同时进行分析。因此，如果计算机资源足够，并且具备同时协调多个仿真软件或设计点运行的能力，就可以节省大量的时间开销。iSIGHT支持两种类型的并行处理模式：任务并行模式和算法并行模式。
3．网络发布
2003年iSIGHT v7.1发布，新增功能允许iSIGHT创建的应用程序通过网络被发布，并被远程用户共享。iSIGHT-Net 允许iSIGHT 应用程序发布到网络服务器，客户端即使未完全安装iSIGHT也可通过一个简单易用的界面进行远程访问和执行，从而将预制的iSIGHT应用程序有效地散发给工作组成员。
1.2 工作原理简介
1.2.1 常用数值分析软件的结构
任何一个与数学有关的工程问题的解决过程，总可以分为数学建模、求解与结果分析三个过程。而相应的用来进行数值分析计算的各种软件按其功能也都可以划分为三个模块即前处理模块（建立分析模型）、模拟计算与后处理模块，每个模块之间通过数据文件进行连接。比如，有限元分析软件ABAQUS/Stand或ABAQUS/Eplicit的一个完整的分析过程，通常由三个明确的步骤组成：前处理、求解计算和后处理。这三个步骤通过文件之间建立的联系如下：
在前处理阶段，需要定义物理问题的模型，并生成一个ABAQUS输入文件（job.inp）。通常的做法是使用ABAQUS//CAE或其他前处理程序，以图形方式生成模型；但对于一个简单的分析，可以直接用文本编辑器生成ABAQUS输入文件。
2.模拟计算（ABAQUS/Stand或ABAQUS/Eplici）
模拟计算阶段使用ABAQUS/Stand或ABAQUS/Eplici求解输入文件中所定义的数值模型。它通常以后台的方式运行，输出数据被保存在二进制文件中（job.odb，job.dat 等）以便于后处理。
3.后处理（ABAQUS//CAE）
完成了模拟计算后，用户就可以在ABAQUS//CAE的可视化模块或其他后处理软件的图形环境下读入计算结果数据，对计算结果进行评估。可视化模块可以将读入的结果文件以多种方式显示，包括彩色等值线图、变形图、动画等。
1.2.2 工作原理
传统的设计通常是采用试算法,即在设计时根据要求,参考一些同类产品设计的成功经验,凭借一定的理论判断来选定设计参数, 然后进行校核计算,检验其是否符合要求,不满意则调整设计参数再校核,如此反复多次直到满足设计要求为止。传统的算法已经不能满足高效、优质的设计生产任务要求,需要一种新的方法来适应现代化的高速发展。
基于上述数值分析软件的结构和工作过程，在进行数值分析的时候，可以通过修改模拟计算模块的输入文件来完成模型的修改，iSIGHT正是基于这种原理工作的。iSIGHT通过一种搭积木的方式快速集成和耦合各种仿真软件，将所有设计流程组织到一个统一、有机和逻辑的框架中，自动运行仿真软件，并自动重启设计流程，从而消除了传统设计流程中的"瓶颈"，使整个设计流程实现全数字化和全自动化。
在实际操作中，按照指定的优化算法iSIGHT对所集成软件的输入文件进行修改，在调用软件进行求解计算后读取目标函数的值，然后判别目标函数值是否达到最优，如果最优则优化结束，否则对输入文件再次进行修改计算，如此循环直至取得理想的目标函数值。其典型过程如图<span style="color:#.2.1所示。
图<span style="color:#.2.1
iSIGHT集成优化的一般过程
iSIGHT软件由多学科优化语言、编译引擎、用户图形界面三部分组成。
1.3.1 多学科优化语言
iSIGHT不同各模块之间（仿真程序、设计探索工具、数据库、监控等）是通过多学科优化语言连接为一个整体的。
多学科优化语言支持用标准命令来进行各项操作，如数据传输、仿真程序评估以及调用设计探索工具等。虽然看不见，但是用户可以编辑*.desc文件。
1.3.2 编译引擎
多学科优化语言需要编译引擎驱动。另外当iSIGHT集成其它仿真程序时，作为一个独立的部件可以接受来自其它引擎的命令，或者是向其引擎发送。这就保证了在运行的时候，用户可以使用共同的表达式而无需专门的程序编译。
1.3.3 用户图形界面
用户图形界面由对话框、菜单及其子菜单组成。通过图形界面，用户可以方便地完成对任务进行管理、打开、编辑、监控以及分析等工作。
图1.3.1 典型用户图形界面
图形界面还有利于用户获取设计探索的各方面的信息，如任务定义、求解监控与过程集成是独立的模块，并且各自拥有自己的编译引擎。程序的这种结构便于运行过程用户根据需要对界面进行连接或断开。图1.3.1为典型的图形用户截面。
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