سمارت دو

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

SmartDO هو برنامج متعدد التخصصات لتحسين التصميم ، يعتمد على تقنية البحث العالمي المباشر التي طورتها وسوقتها شركة FEA-Opt Technology. يتخصص SmartDO في التحسين القائم على الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE)، مثل CAE ( الهندسة بمساعدة الحاسوب )، وFEA ( تحليل العناصر المحدودة )، وCAD ( التصميم بمساعدة الحاسوب )، وCFD ( ديناميكا الموائع الحسابية ) ، والتحكم الآلي ، مع تطبيقات على ظواهر فيزيائية متنوعة. يتميز البرنامج بواجهة مستخدم رسومية (GUI) وإمكانية البرمجة النصية، مما يسمح بدمجه مع أي نوع تقريبًا من برامج CAD/CAE والبرامج الداخلية.

يركز برنامج SmartDO على حلّ التحسين العالمي المباشر ، الذي لا يتطلب دراسةً أو تعديلاً مكثفاً لمعاملات الحلّ. ولهذا السبب، تمّ تخصيص SmartDO بشكل متكرر ليصبح نظام خبير سهل الاستخدام .

تاريخ

طُوِّر برنامج SmartDO عام 1995 على يد مؤسسه (الدكتور شين-يه تشين) خلال دراسته للدكتوراه في قسم الهندسة المدنية بجامعة ولاية أريزونا . وخلال الفترة من 1998 إلى 2004، جرى تطوير SmartDO وتطبيقه باستمرار في صناعة الطيران والفضاء، بالإضافة إلى استخدامه في استشارات الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE) كبرنامج داخلي. وفي عام 2005، أسس الدكتور تشين شركة FEA-Opt Technology كشركة استشارية متخصصة في الهندسة بمساعدة الحاسوب ومزود برامج. وفي عام 2006، نشرت FEA-Opt Technology النسخة التجارية الأولى (1.0). وفي عام 2012، وقّعت FEA-Opt Technology اتفاقية شراكة مع كلٍ من ANSYS و MSC Software استنادًا إلى برنامج SmartDO.

تكامل العمليات

يستخدم برنامج SmartDO واجهة رسومية وواجهة برمجة نصية للتكامل مع برامج الطرف الثالث. تتضمن الواجهة الرسومية التشغيل العام لبرنامج SmartDO وواجهة ربط خاصة بالبرنامج تُسمى SmartLink. يمكن لـ SmartLink الربط مع برامج CAE التابعة لجهات خارجية، مثل ANSYS Workbench. يستطيع المستخدم ربط أي معلمات في ANSYS Workbench بأي معلمات تصميم في SmartDO، مثل متغيرات التصميم ودالة الهدف والقيود، وعادةً ما يحل SmartDO المشكلة بكفاءة باستخدام الإعدادات الافتراضية.

تعتمد واجهة البرمجة النصية في SmartDO على لغة Tcl / Tk shell، مما يُمكّن SmartDO من الربط مع معظم برامج الطرف الثالث والبرامج الداخلية. يأتي SmartDO مزودًا بواجهة المستخدم الرسومية SmartScripting، لإنشاء نصوص Tcl / Tk تلقائيًا. يستطيع المستخدم إنشاء النصوص البرمجية بالإجابة على أسئلة في واجهة SmartScripting، ليقوم SmartScripting بإنشاء نصوص Tcl / Tk نيابةً عنه. تتيح واجهة البرمجة النصية المرنة تخصيص SmartDO ليصبح نظام تصميم آليًا سهل الاستخدام.

تحسين التصميم

يستخدم برنامج SmartDO منهجية البحث العالمي المباشر لتحقيق التحسين الأمثل الشامل ، بما في ذلك البرمجة غير الخطية القائمة على التدرج والبرمجة العشوائية القائمة على الخوارزمية الجينية . ويمكن أيضًا دمج هذين النهجين أو مزجهما لحل مشكلات محددة.

بالنسبة لجميع أدوات الحل في SmartDO، لا توجد قيود نظرية أو برمجية على عدد متغيرات التصميم أو القيود. يمكن لـ SmartDO البدء من نقطة تصميم غير قابلة للتنفيذ، ودفع التصميم إلى نطاق التصميمات القابلة للتنفيذ أولاً، ثم المتابعة بعملية التحسين.

البرمجة غير الخطية القائمة على التدرج

تعتمد خوارزمية SmartDO على طريقة التدرج المختزل المعمم وطريقة الاتجاهات الممكنة كأساس لحل مسائل البرمجة غير الخطية المقيدة . ولتحقيق إمكانية البحث الشامل، تستخدم SmartDO أيضًا تقنيتي النفق والتسلق التلي لتجنب الحد الأدنى المحلي. كما تُمكّن هذه التقنية SmartDO من التخلص من التشويش العددي الناتج عن التجزئة والتقسيم إلى أجزاء صغيرة وغيرها من الظواهر أثناء التحليل العددي. وتشمل التقنيات الفريدة الأخرى ما يلي:
  • التعرف التلقائي على القيود النشطة.
  • البحث الديناميكي الذكي لضبط اتجاه البحث وحجم الخطوة تلقائيًا.

الخوارزمية الجينية

كانت الخوارزمية الجينية في برنامج SmartDO جزءًا من أطروحة الدكتوراه للمؤسس، والتي تحمل عنوان "الخوارزميات الجينية القوية". وهي تتضمن بعض الأساليب الخاصة لتحقيق الاستقرار والكفاءة، على سبيل المثال،
  • دالة الجزاء التكيفية.
  • التمثيل التلقائي للمخطط.
  • حساب تلقائي لعدد السكان وعدد الأجيال.
  • حساب احتمالية التقاطع التكيفي والتلقائي.
  • هبوط مطلق.

نظرًا لوجود أنواع مختلفة من متغيرات التصميم المتاحة في الخوارزميات الجينية القوية، يمكن للمستخدمين إجراء عمليات التحجيم والتشكيل وتحسين الطوبولوجيا المتزامنة باستخدام SmartDO.

التطبيقات

يُستخدم برنامج SmartDO على نطاق واسع في تصميم ومراقبة الصناعة منذ عام 1995. وتشمل التخصصات والظواهر الفيزيائية التي يتناولها البرنامج ما يلي:

  • بناء
  • ديناميكا الموائع الحسابية
  • تدفق الحرارة
  • انتقال الحرارة
  • مقاومة الصدمات
  • اقتران هيكلي/حراري/إلكتروني
  • التحكم التلقائي

ويتضمن التطبيق

  • إطالة عمر مكونات أشباه الموصلات.
  • عمليات استئصال القرنية.
  • تحسين الهيكل المدني وأسطح المنازل (الحجم والشكل والطوبولوجيا).
  • إطالة عمر مكونات محركات التوربينات الغازية وتقليل وزنها.
  • تحسين أداء نظام الطاقة الهيدروليكية.
  • تخفيض الوزن وزيادة القوة لخطاف الرفع النووي الثقيل.
  • تحسين أداء آلية امتصاص الصدمات.
  • تخفيض وزن سطح الشحن الجوي.
  • تحسين أداء المولد الكهروحراري.
  • تخفيض وزن الذراع السفلي للدبابة المدرعة.
  • تحسين منحنى الأداء لغطاء المطاط الخاص بلوحة المفاتيح.
  • تحسين منحنى الأداء للموصلات.
  • تحسين الهيكل المركب.
  • تحسين قوة مضخة تدوير المياه في محطة توليد الطاقة.
  • تحسين الهيكل لمحول طاقة الأمواج.
  • تحسين أداء فوهة النفث.
  • تحسين إحكام الحلقة المطاطية لشاحن الصلب.
  • تحسين أداء رأس مضرب الجولف.
  • تحسين مقاومة الصدمات لصندوق الصدمات.
  • تحسين الهيكل الهيكلي لقرص الدوار في محركات التوربينات الغازية الخزفية.

مراجع

ملحوظات
  • CY Tsai، 2010، "تحسين إحكام الحلقة O لشاحن 8 جرام عن طريق تحليل العناصر المحدودة وتحسين الشكل"، رسالة ماجستير، قسم الهندسة الميكانيكية، جامعة تشياو تونغ الوطنية، تايوان.
  • HC Tseng, ZC. Wu, C Hung, MH. Lee, CC. Huang, 2009, "دراسة معلمات العملية المثلى لتشكيل الصفائح المعدنية المغطاة بالتيتانيوم/الألومنيوم لهياكل البطاريات"، المؤتمر الدولي الرابع لتشكيل الأنابيب بالضغط الهيدروليكي (TUBEHYDRO 2009)، 6-9 سبتمبر، كاوهسيونغ، تايوان.
  • تشين، إس واي، 2007، التحسين الهيكلي والتحسين العالمي للشكل باستخدام ديناميكيات الموائع الحسابية القائم على التدرج مع برنامج SmartDO وتقنية تنعيم الاستجابة، وقائع المؤتمر العالمي السابع للتحسين الهيكلي ومتعدد التخصصات (WCSMO7)، مركز COEX سيول، 21-25 مايو 2007، كوريا
  • SY. Chen, JWC Liao and V. Tsai, 2007 “تحسين موثوقية وسهولة استخدام تحسين تشكيل الهياكل - دالة الشكل الطبيعي للمحيط”، مجلة المعهد الصيني للمهندسين، المجلد 30 (سيتم نشره).
  • SY. Chen، نوفمبر 2002، "دمج ANSYS مع تقنيات التحسين العددي الحديثة - الجزء الأول  : طريقة الاتجاه الممكن المترافق، مؤتمر مستخدمي ANSYS في منطقة تايوان لعام 2002".
  • SY. Chen، نوفمبر 2002، "دمج ANSYS مع تقنيات التحسين العددي الحديثة - الجزء الثاني  : نهج النمذجة البارامترية العكسية لتحسين تشكيل الهياكل، مؤتمر مستخدمي ANSYS في منطقة تايوان لعام 2002".
  • SY. Chen، مارس 2001، "نهج لتحسين هيكل التأثير باستخدام الخوارزمية الجينية القوية"، العناصر المحدودة في التحليل والتصميم، المجلد 37، العدد 5، الصفحات 431-446.
  • SY. Chen و SD Rajan، أكتوبر 2000، "خوارزمية جينية قوية لتحسين الهياكل"، مجلة الهندسة الهيكلية والميكانيكا، المجلد 10، العدد 4، الصفحات 313-336.
  • SY. Chen، أكتوبر 2000، "دمج ANSYS مع تقنيات التحسين العددي الحديثة"، مجلة حلول ANSYS، عدد الربيع، 2003.
  • SY. Chen و SD Rajan، مايو 1999، "استخدام الخوارزمية الجينية كأداة تصميم هيكلية آلية"، ورقة قصيرة وقائع المؤتمر العالمي الثالث للتحسين الهيكلي ومتعدد التخصصات، المجلد 1، ص 263-265، بوفالو، نيويورك.
  • ب. موباشر، إس واي تشين، سي يونغ وإس دي راجان، أكتوبر 1998، "نهج قائم على التكلفة لتصميم أنظمة الأسقف الفولاذية السكنية"، المؤتمر الدولي المتخصص الرابع عشر، الأبحاث والتطورات الحديثة في تصميم وبناء الفولاذ المشكل على البارد، جامعة ميسوري-رولا، حرره وي-وين يو و ر. لابوب، ص 613-625.
  • SY. Chen و SD Rajan، 1998، "تحسين كفاءة الخوارزميات الجينية لتصميمات الإطارات"، تحسين الهندسة، المجلد 30، ص 281-307.
  • SY. Chen، ديسمبر 1997، "استخدام الخوارزميات الجينية للتصميم الأمثل للنظام الهيكلي"، أطروحة دكتوراه الفلسفة، قسم الهندسة المدنية، جامعة ولاية أريزونا.