Chương 1 Giới thiệu

1. Chương 1Giới thiệu Design Exploration

2. Design Xploration là gì? • DesignXploration (DX) là một công cụ thiết kế và nghiên cứu các đáp ứng phân tích của chi tiết hoặc cụm chi tiết, cho phép người dùng tính toán các trường hợp không mong muốn trong quá trình thiết kế và sử dụng sản phẩm, và xác định làm sao để cải thiện được tốt nhất độ tin cậy trên mỗi sản phẩm. Các nhiệm vụ này được thực hiện thông qua việc sử dụng các bề mặt đáp ứng. • Các tham số đầu vào, đầu ra…là một phần quan trọng không thể thiếu trong DesignExploration. Dữ liệu về các thông số được lấy từ các ứng dụng Mechanical, DesignModeler (DM) và một số các hệ thống CAD khác để khai thác một loạt các đáp ứng dựa trên một số phương pháp giải trên thực tế.

3. Định nghĩa tham số. . . • DX sử dụng 3 loại tham số: • Tham số đầu vào. • Tham số đáp ứng (hay Tham số đầu ra). • Tham số dẫn xuất. • Các tham số đầu vào: • Các thông số này được định nghĩa từ mô hình hình học, tải trọng và các thuộc tính của vật liệu. • Khoảng giá trị của các tham số đầu vào được định nghĩa trước và có thể thay đổi. Các thông số đó bao gồm các thông số CAD, các thông số Simulation, và các thông số DesignModeler. • Ví dụ về tham số CAD và DM: • Bề dày, chiều dài, v.v... • Ví dụ về các tham số Simulation: • Áp suất, thuộc tính vật liệu, lực, v.v…

4. Định nghĩa tham số. . . • Các tham số đáp ứng: • Các tâmm số này thể hiện các thông số đầu ra (đáp ứng). • Ví dụ điển hình: • Thể tích • Khối lượng • Tần số • Ứng suất • Dòng Nhiệt • Tải giới hạn mất ổn định • Vận tốc • Lưu lượng dòng • V.v…

5. Định nghĩa tham số. . . • Các thông số dẫn xuất: • Các thông số được tạo ra từ các biểu thức phân tích chứa các thông số đầu vào và các thông số đầu ra. • Không thể tham chiếu một thông số dẫn xuất từ một thông số dẫn xuất khác. • Các thông số dẫn xuất có thể được định nghĩa sử dụng các cách xây dựng khác nhau trong toán học, lượng giác và các hàm thống kê. • Một số ví dụ: • Hàm chi phí (i.e., the product of mass and cost per mass) • Giá trị trung bình (e.g., the average of the first three frequencies)

6. Các định nghĩa phương pháp… • Phương pháp mặt đáp ứng (Response Surface)cho phép chúng ta thực hiện nghiên cứu tối ưu hóa và xác xuất một cách hiệu quả. • Phương pháp DOE: • Dựa trên một số các thông số đầu vào (Mechanical, CAD, v.v..),yêu cầu đưa ra một số nghiệm cho trước để xây dựng mặt đáp ứng, (DX sử dụng phương pháp giai thừa để tính toán các nghiệm cần thiết). • Phương pháp DOE, xác định có bao nhiêu và những điểm thiết kế nào cần được giải quyết cho các phương pháp tiếp cận hiệu quả nhất để tối ưu hóa (có rất nhiều phương pháp DOE đã được phát triển). • Mặc định, phương pháp phân tích DOE sử dụng tiếp cận “Central compsite” để xác định đâu là các giá trị của thông số đầu cần được giải. Các phương pháp tiếp cận khác được mô tả trong phần sau. • Khi một lời giải yêu cầu được hoàn thành sẽ xây dựng được một đường cong đáp ứng phù hợp. Đường cong đáp ứng Điểm thiết kế

7. Các nghiên cứu … • Các tính năng của DX cho phép thực hiện các nghiên cứu sau: • Phân tích điểm thiết kế, (mặc định) – kiểm tra các thông số đầu vào có tác động như thế nào đến các thông số đầu ra bằng cách tạo ra các thiết kế như trên hình vẽ. • Mặt đáp ứng - Goal-Driven Optimization hoặc GDO thay đổi tự động các điểm thiết kế để tìm ra các điểm thiết kế tối ưu. - Six Sigma – kết hợp độ bất định của các thông số đầu vào. • Tương quan tham số – đưa ra dữ liệu tương quan được sử dụng để xác định độ nhạy dẫn xuất và xác định nếu độ nhạy gives correlation data that has been used to derive sensitivities and decide if individual sensitivity values are significant or not.

8. Tối ưu điều khiển mục tiêu (GDO) • Tối ưu điều khiển mục tiêu (GDO) là một kỹ thuật đa đối tượng mà trong đó các thiết kế có khả năng tốt nhất thu được từ tập hợp mẫu tạo ra bởi các mục tiêu mà ta thiết lập cho các tham số. • Các trạng thái của một loạt các mục tiêu thiết kế sẽ được sử dụng để tạo ra các điểm thiết kế tối ưu. • Giá trị mong muốn cho các thông số đầu vào và thông số đáp ứng được quy định trước. • Các tham số được chỉ rõ cấp độ quan trọng. • Một tập các mẫu thiết kế được tạo ra. • Đưa ra các điểm thiết kế thích hợp nhất dựa vào các tham số đã được thiết lập.

9. Thiết kế Six Sigma • Như phương pháp GDO đã được mô tả ở phần trước, lời giải tối ưu được tính toán đến mà không cần phải tính toán sự phân tán của các số lượng đầu vào, For the previously discussed GDO method, an optimal solution is considered without accounting for scatter in input quantities, so that is why it is also referred to as a Deterministic study. To account for these variations traditional methods typically include a safety factor. • Thiết kế Six Sigma tính toán sự thay đổi của các tham số đầu vào để dự đoán các đáp ứng tự nhiên ngẫu nhiên. • Trong phân tích Six Sigma Analysis, phân phối xác xuất (Gaussian, Weibull, v.v…) mô tả các tham số không xác định.

10. Những khả năng của DesignExploration • DesignXploration: • Bất kỳ một kiểu phân tích nào đều có thể thực hiện (tuyến tính, dao động riêng, phi tuyến, nhiệt, multiphysics…) • Hỗ trợ các tham số CAD từ một loạt các hệ thống. • Hỗ trợ các tham số phân tích từ Mechanical (mass, volume, results…) • Sử dụng phương pháp tối ưu điều khiển mục tiêu để tạo ra tập hợp các điểm thiết kế thỏa mãn nhất dựa trên các đáp ứng tương đương. • Cho phép khai thác các đường cong hoặc bề mặt đáp ứng. • Phân tích Six Sigma cho phép xác định mức độ ảnh hưởng của các thông số không mong muốn trong mô hình lên kết quả của các phân tích.

11. Giao diện người dùng DX • DesignXplorer quản lý ứng dụng của các gói phần mềm khác (Mechanical, CAD, v.v…) và thể hiện các kết quả dựa trên việc thiết lập lại những biến đổi của các tham số. • Mặc dù mỗi phần ứng dụng đều thực hiện những công việc phức tạp nên có giao diện phức tạp nhưng DX thì chỉ cần quản lý thông tin của các tham số. Vì vậy mà giao diện người dùng của DX rất là đơn giản. • Trong một vài trang tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu giao diện người dùng của DX. Khóa học sẽ đưa ra một số các bài tập workshop để các học viên có thể làm quen hơn với các phần giao diện của DX.

12. Giao diện người dùng DX • DesignXploration có thể bắt đầu từ Trang Project. • Bằng cách mở rộng phần Design Exploration trong hộp công cụ trên Trang Project, ta sẽ có các lựa chọn để thực hiện các phương pháp phân tích GDO, DOE, bằng cách chọn Response Surface, Parameter Correlation và Six Sigma Analysis. • Nghiên cứu DX cần phải có trước tập hợp các tham số, từ đó ta có thể xác định ra đâu là các tham số đầu vào và đâu là các tham số đầu ra.

13. Hộp công cụ Sơ đồ Project Giao diện WB • Với hầu hết các trường hợp giao diện đồ họa của Workbench được chia thành 2 phần chính:

14. Hộp công cụ được chia làm 4 nhóm nhỏ: Analysis systems: Định nghĩa ra trước các ứng dụng có thể được đặt trong phần sơ đồ Project. Component systems: Một loạt các ứng dụng khác nhau để có thể xây dựng, mở rộng và phân tích các hệ thống. Custom Systems: tiền định nghĩa ra các hệ thống phân tích cho cặp ứng dụng: FSI, thermal-stress, v.v...). Người dùng cũng có thể tạo ra các ứng dụng hệ thống tiền định nghĩa của riêng họ. Design Exploration: Quản lý tham số và các công cụ tối ưu. Hộp công cụ

15. Sơ đồ dự án • Sơ đồ dự án Workbench là phần đồ họa hiển thị các tiến trình công việc định nghĩa ra một hệ thống trong các hệ thống phân tích. • Các tiến trình công việc thực hiện trong sơ đồ Project luôn từ trái sang phải. • Dưới đây là một số ứng dụng cơ bản trong Workbench, có nghĩa là chúng xuất hiện trong toàn bộ các cửa sổ ứng dụng của Workbench. • Sơ đồ Project, Engineering Data và Design Exploration • Các ứng dụng không hoàn toàn thực hiện trong tất cả các cửa sổ Workbench: • Mechanical, Mechanical APDL , ANSYS Fluent, ANSYS CFX, v.v. . . • Các phần trong sơ đồ Project có thể bị xóa bằng cách click chuột phải trên menu lựa chọn.

16. Trong ví dụ này, kiểu phân tích cấu trúc tĩnh đang được chọn trong phần sơ đồ Project. Từ hộp công cụ, ta có thể lựa chọn các kiểu phân tích hoặc các hệ thống bằng cách kéo thả vào sơ đồ Project hoặc double click. Giao diện người dùng DX. . . • Kéo thả hoặc double click vào phần Response surface sẽ thêm phần nghiên cứu DX sử dụng tập hợp các tham số có sẵn trong phần Sơ đồ Project.

17. Giao diện người dùng DX • Nếu ta đọc vào một file APDL, điều đầu tiên ta cần là khởi động phần Mechanical APDL, sau đó đọc file và gắn phần nghiên cứu DX vào tập hợp các tham số. Thanh trạng thái đưa ra một số thông tin trong suốt quá trình giải.

18. Giao diện người dùng DX. . . Nếu ta click đúp vào phần Design of Experiments thì phần DX Design Space sẽ xuất hiện. Project Page Trong phần DX Design Space ta sẽ có thể thấy chi tiết về phần DX đang thực hiện như bảng các điểm thiết kế, các thuộc tính của tham số, v.v…

19. Giao diện người dùng DX. . . Trong phần DX Design Space ta có thể thấy các thuộc tính, phần Outline, bảng và các biểu đồ.

20. Phần quản lý file Workbench • Workbench tạo ra file project và một loạt các thư mục con để quản lý tất cả các file kết hợp tạo nên 1 dự án. • Người dung nên để cho Workbench quản lý nội dung của các thư mục đó. Không nên sửa nội dung hoặc cấu trúc của các thư mục dự án bằng tay. • Khi một dự án được lưu trữ, 1 file dự án được tạo ra (.wbpj), sử dụng tên do người dùng định nghĩa (ví dụ: MyFile.wbpj). • Một thư mục dự án được tạo ra có tên giống như tên của file dự án. Trong ví dụ trên, thư mục dự án sẽ có tên là MyFile_files. • Một số các thư mục con sẽ được tạo ra bên trong thư mục của dự án.

21. . . . Quản lý file Workbench • Cấu trúc thư mục: • dpn: đây là thư mục các điểm thiết kế. This essentially is the state of all parameters for a particular analysis. In the case of a single analysis there will be only one “dp0” directory. • global: chứa các thư mục con cho mỗi ứng dụng trong phân tích. Trong ví dụ bên phải, thư mục “Mech” sẽ chứa cơ sở dữ liệu, và các file kết hợp khác từ ứng dụng Mechanical. • SYS: Thư mục “SYS” sẽ chứa các thư mục con của từng kiểu hệ thống trong dự án (ví dụ: Mechanical, Fluent, CFX, v.v...). Mỗi một thư mục con hệ thống chứa các file giải xác định. Ví dụ, thư mục con Mech chứa các file kết quả, các file ds.dat, solve.out v.v… • user_files: chứa các file đầu vào, các file macro người dùng v.v… mà có thể kết hợp với dự án.