人工智能导航的动力学设计类技术

1. 痛点问题

在航空发动机、光刻机、数控机床、汽车底盘等先进机电系统设计制造领域，振动、噪音、精度等与系统动力学特性有关的性能至关重要，而国内产品在正向动力学设计阶段往往面临经验不足、迭代周期长、试验成本高等难题。基于刚柔耦合多体动力学的仿真是在设计阶段评估产品的动力学性能的重要手段，但传统的建模仿真工作需要由专业人员进行大量单独的处理工作，难以与产品设计协同迭代。现阶段基于动力学仿真的正向设计还没有在国内普及。

2. 解决方案

人工智能导航的动力学设计类技术提供了一种利用全自动动力学性能仿真流程对机电系统设计参数智能寻优的方法。该技术包括动力学设计类与人工智能优化器两大核心。前者以参数化建模CAD软件与自主知识产权的INSIDES刚柔耦合多体动力学软件为基础，具有将参数化CAD装配体作为设计模板，自动建立多体动力学模型并定制性能仿真计算的功能；后者利用其接口自动调整设计参数，在高维设计空间中智能寻优，快速迭代出具有鲁棒高性能的设计点。

该技术将多体动力学仿真从设计流程中对某个具体产品具体工况下的仿真，推广到对一类产品多种工况的仿真框架，并具有可推广、可扩展的能力。经过有针对性的开发和定义，特定领域的动力学设计类可以提供专家式的动力学仿真能力，降低对使用人员的专业要求，让动力学仿真自然融入设计迭代流程。具体能够提供的服务形式为：课题组已经具有通用动力学仿真及动力学设计类核心功能的软件代码。针对合作方的产品和设计需求，可以协助合作方开发相应的定义设计类和优化算法。具体交付形式可以是单机软件或云服务平台。

图1. 可倾转传动机构设计类界面

图2. 人工智能导航的动力学设计类带来的设计流程变革

国内多体动力学仿真市场规模大约为100亿，而动力学优化设计能够服务的机电系统设计行业市场规模更大，例如近年来国内整车设计业务市场规模已突破百亿，预计到2025年达到约300亿元。随着先进半导体制造、低空经济等领域的发展，光刻机、航空发动机等领域的市场规模也持续扩大。

目前已经可以提供通用多体动力学建模和仿真服务，未来希望能与合作企业共同开发特定领域的动力学设计类，提供软件或云服务平台，预期经济效益10亿/年。

行业内广泛使用的商业多体动力学软件包括ADAMS、RecurDyn、Simpack等，本技术核心中使用的INSIDES刚柔耦合多体动力学软件具有完全自主知识产权，其功能基本覆盖以上商业软件，且在大变形柔性体仿真、ALE单元仿真能力等方面具有优势，已经在包括长征系列运载火箭、空间站对接机构、海上石油钻井等项目中实际应用。技术团队有能力针对国内用户的需求进行定制化服务。

本技术不仅限于提供类似于仿真分析软件，而更重视与合作方共同开发专用于某一特定领域的设计优化工具，为合作方提供更加便捷、专业化、定制化的软件服务平台，协助合作方将动力学纳入设计迭代的闭环内，创造出更好的产品。