基于分布／并行计算框架求解多学科设计优化问题

基于分布／并行计算框架求解多学科设计优化问题

第4 O卷

第 2期

航空计算技术 Ae o a t a mp t g T c n q e rn ui l c Co u i e h i u n

Vo. 0 No 2 14 . Ma . r 201 0

21 0 0年 3月

基于分布/并行计算框架求解多学科设计优化问题胡添元,雄庆余 (南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,苏南京 2 0 1 )江 106

摘

要:计算框架是多学科设计优化研究的重要问题之一.首先,针对一种基于代理模型的二级优

化方法,出三种不同的分布/提并行策略,并对这三种策略的优缺点进行分析 .然后,选择其中一种分布/并行策略,以构造代理模型的过程为例,阐述该策略的实现过程.最后,以一个飞翼布局飞行器多学科设计优化问题为算例, i G T F/ IE C在 S H . D FP R A S平台上建立一个分布/ I并行的多学科设

计优化计算框架.应用算例表明,立的分布/建并行计算框架可以明显缩短多学科设计优化问题的求解时间.

关键词:分布/并行策略;算框架;计多学科设计优化中图分类号: 2 1 V 2文献标识码: A文章编号:6 1 6 4 ( 0 0 0— 0 1 0 17— 5 X 2 1 )2 02— 3

引言 M O计算框架 ( D也称 M O计算环境) D是指能支撑和实现 MD O计算流程的环境 .它可分为三个层次:第一

本文以一个飞翼布局飞行器多学科设计优化为

例, i G T F/ IE C 平台上建立了一个可在 S H . D FP RA S I 以实现分布/并行计算的 MD O计算框架 .

层次是通用 MD O计算框架,针对具体的 MD不 O方

法,也不针对特定的产品;二层次是针对某一特定第 MD O方法的计算框架,不针对特定的产品的计算框但架;三层次是基于某种 MD第 O方法,针对某类特定并产品优化问题的计算框架 .

1分布/ 并行求解策略本文采用的二级优化方法将优化设计流程分为两个层次,即系统级优化和子系统级优化 .为了减少优化的计算量,系统级采用基于代理模型的优化策略 J . 应用基于代理模型的二级优化方法求解多学科设计优化问题,中的关键环节就是构造代理模型 .构其造代理模型需要三个步骤 J首先用某种方法产生设:计变量的样本点;后用高精度分析模型对这些样本然点进行分析,获得一组输入/出的数据;后用某种输最

M O计算环境包括硬件和软件两个方面.在硬 D 件方面, O环境通常是一种分布式计算环境 .软件 MD 环境应具有以下基本功能: ) 1能集成各学科已有的计

算程序和常用的商用软件; )供优化算法库; ) 2提 3

能生成各种代理模型;)持高性能计算平台; )计 4支 5设过程和结果可视化; )有良好的人机界面¨ . 6具 j

拟合方法来拟合这些输人/输出的样本数据,构造出近似模型,并对该近似模型的可信度进行评估 .采用分布/行求解策略可以明显缩短构造代理模型的时间.并针对基于代理模型的二级优化方法,主要有以下几种分布/并行求解策略:

目前,对于 M O计算框架的研究主要有以下几个 D 方面: i .等以 M dlet Km H oe ne C r为软件平台,用采 B IS优化方法, LS以一个超音速公务机为算例,立了建一

个分布/并行的多学科设计优化平台 J .谷良贤和

龚春林开发了一种多学科设计优化环境一MD F MD O, .

1每个分析程序安装在不同计算节点进行分布计 ) 算,系统优化和试验设计在同一个计算节点上并行子

O F强调学科之间的耦合关系,在设计环境中可以规定

学科之间的继承关系和信息传递,支持并行计算和中央数据库管理 _ . WuXay 3 J i u等利用 iIH, rce n SG T Oal

计算.该策略的优点:分析程序可以分布在不同的操作系统 ( Widw, nx或 Lnx系统 )而且每个计如 no sU i iu,算节点只需安装指定的分析程序 .缺点:果 M O的如 D计算流程是串行的,不能充分利用每个计算节点的就计算能力 .因为每个计算节点计算完成指定分析程序 .

数据库和局域网技术,针对吸气式高超音速飞行器系统的设计优化,立了一个名为 H D T的多学科设计建 yO优化环境 . 收稿日期:0 9 0 - 5 2 0— 9 2