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Product製品情報

modeFRONTIER多目的ロバスト設計最適化支援ツール

概要

modeFRONTIER®は、イタリアの最適化技術の専門企業ESTECO S.p.Aにより開発された汎用の設計者支援ツールです。商用としては世界で初めて多目的最適化に対応し、2001年の販売開始以来、各大学との連携を中心に、最新の手法・アルゴリズム・結果処理機能を搭載しつづけています。

modeFRONTIER

最適化とは

一般的には対象物を目的とする望ましい状態にすることをいい、人が何かを上手くやり遂げたいと願うときに必ず直面する問題です。特に“ものづくり”の設計開発現場においては、製品の形状や特性に関する最適化を実施します。形状の最適化の中には、大別して、寸法や特性値を最適化する「数値最適化」と、トポロジを最適化する「位相最適化」の2種類があります。

多目的最適化とは

目的関数が「1つ」だけの最適化問題を単目的最適化問題、目的関数が複数ある最適化を多目的最適化問題と呼びます。
単目的最適化問題(左)における最適解は1つですが、多目的最適化問題(右)の場合には、最適解は1つとは限りません。実際には、目的関数の選び方によって、このようにならないことがありますが、一般的には右のように複数の目的関数がトレードオフする、つまりある性能を改善しようとすると、ほかの性能が悪化するような関係にある場合が多く存在します。その場合には、右の赤い線の部分に最適解の集合が存在します。

 単目的最適化の図(左)、多目的最適化の図(右)

この赤い線上に存在する最適解の集合のことを「パレート最適解」、もしくは単に「パレート解」と呼びますが、多目的最適化では、一般にこのパレート最適解を探索することを意味しています。
多目的最適化では、解を探索した後に、このパレート最適解の中から目的に適った解を選択します。その選択した解のことを、選好解(せんこうかい)と呼びます。 多目的最適化を実施すると選択可能な最適解が多数存在するため、その中から選択した最適解、すなわち選好解が何らかの事情で採用できない場合でも、速やかに代替案を提示することが可能になるからです。

 パレート最適解の図

自動化とは

慢性的な人員不足や設計の高度化に伴う工数増加など、作業の効率化がその一つのソリューションとなり得る課題に対して、「自動化」技術は有効なアプローチです。

CAE業務において、定型化した作業、パターン化したプロセスなどの単純作業を自動化することで、その工数を本来、設計者がなすべき、設計業務に振り向けることできれば、業務の質の向上につながります。
また、経験豊富なベテランエンジニアのノウハウをシステム化することで、技術レベルや経験の多寡を問わず、誰でも信頼性の高い解析業務を実行することができます。

コンピュータによる自動化や最適化を実現させるためには、modeFRONTIERとソフトウェアとを連成させますが、連成させるための条件はいたってシンプルです。

  • 入出力ファイルがテキストファイルであること
  • バッチ実行できること

この2つの条件を満たせば、市販されているソフトウェアであるか否かに関わらず、あらゆるソフトウェアと連成させて、自動化することができます。

ソフトウェアとの連成による自動化・最適化

メッシュの変更を伴わない場合には、テキストファイルの入力変数や出力変数を書き換える設定を行うだけですので、割と簡単に自動化・最適化のしくみをつくることができます。
機構解析ソフトウェア、光学解析ソフトウェア、1次元系ソフトウェア、さらにEXCELマクロやMATLAB/Simulink、LabVIEW、Pythonなどで作成されたモデルベースシミュレータなどがこれに当たります。
構造解析や熱流体解析、電磁場解析などでも物性値や境界条件などが入力パラメータとなる場合には、メッシュモデルを最初に1つだけ作ればよいので、簡単な部類に入れることができます。

また、メッシュ変更を伴う自動化・最適化には、いくつかの方法がありますが、次の3つがよく用いられます。
(1)CADデータで形状作成し、自動メッシャやソルバーと連携させる方法
あらかじめCAD上でパラメトリックモデルを作成しておく必要がありますが、最も汎用性が高い方法です。
(2)メッシュデータを最初に1つだけ準備しておいて、メッシュモーフィングと呼ばれる技術を用いて、メッシュを伸び縮みさせることで形状を変更させ、ソルバーへと受け渡す方法
大きな形状変更を伴う場合にはメッシュが粗くなりすぎるなどの問題がありますが、比較的取り組みやすい方法です。
(3)プリポストプロセッサで、マクロプログラムを用いてパラメトリックモデルを作成しておくことで自動化・最適化システムを構築する方法

お客様のソフトウェアのご利用環境や、変更させる入力パラメータの振り幅などによって、どの手法を選択するかが変わります。

 メッシュ変更を伴う自動化・最適化でよく用いられる3つの方法の図
ESTECO S.p.AmodeFRONTIERは、ESTECO S.p.A により開発されました。
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