SmartDOは 、FEA-Opt Technology社が開発・販売するDirect Global Search テクノロジーをベースとした、多分野にわたる設計最適化 ソフトウェア です。SmartDOは、CAE（コンピュータ支援エンジニアリング ）、FEA（有限要素解析 ）、CAD（コンピュータ支援設計 ）、CFD（計算流体力学 ）、自動制御 といったCAEベースの最適化に特化しており、様々な物理現象への応用が可能です。GUIとスクリプトの両方に対応しており、ほぼすべての種類のCAD/CAEソフトウェアや社内開発コードとの統合が可能です。
SmartDOは、 直接的なグローバル最適化 ソルバーに重点を置いており、パラメータの詳細な検討や調整をほとんど必要としません。そのため、SmartDOは ボタン一つで操作できるエキスパートシステム として頻繁にカスタマイズされています。
歴史 SmartDOは、1995年に創設者であるシェン・イェ・チェン博士がアリゾナ州立大学 土木工学科で博士課程在学中に開発しました。1998年から2004年にかけて、SmartDOは社内コードとして航空宇宙産業およびCAEコンサルティング用途で継続的に開発・応用されました。2005年、チェン博士はCAEコンサルティング会社兼ソフトウェアベンダーとしてFEA-Opt Technologyを設立しました。最初の商用版であるバージョン1.0は、2006年にFEA-Opt Technologyによってリリースされました。2012年、FEA-Opt TechnologyはSmartDOを基盤としてANSYS およびMSC Softwareの 両社とパートナーシップ契約を締結しました。
プロセス統合 SmartDOは、サードパーティ製ソフトウェアとの連携にGUIとスクリプトベースのインターフェースの両方を使用します。GUIには、SmartDOの一般的な操作と、パッケージ固有のリンクインターフェースであるSmartLinkが含まれています。SmartLinkは、ANSYS Workbenchなどのサードパーティ製CAEソフトウェアと連携できます。ユーザーは、ANSYS Workbenchの任意のパラメータを、SmartDOの設計変数、目的関数、制約などの任意の設計パラメータに相互リンクさせることができ、SmartDOは通常、デフォルト設定で問題を適切に解決します。
SmartDOのスクリプトインターフェースはTcl / Tk シェルをベースとしています。これにより、SmartDOはほぼあらゆる種類のサードパーティ製ソフトウェアや自社開発コードと連携できます。SmartDOには、Tcl /Tkスクリプトを自動生成するためのSmartScripting GUIが付属しています。ユーザーはSmartScripting GUIの質問に答えることでスクリプトを作成でき、SmartScriptingがユーザー向けにTcl/ Tk スクリプトを生成します。この 柔軟な スクリプトインターフェースにより、SmartDOはボタン一つで操作できる自動設計システムとしてカスタマイズ可能です。
設計最適化 SmartDOは、勾配ベースの非線形計画法 と遺伝的アルゴリズム に基づく確率計画法の両方を含む、 直接グローバル探索 手法を用いてグローバル最適化を 実現します。これらの2つのアプローチは、特定の課題を解決するために組み合わせたり、混合したりすることも可能です。
SmartDOのすべてのソルバーにおいて、設計変数や制約の数に関する理論的および／またはコーディング上の制限はありません。SmartDOは、実現不可能な設計点から開始し、まず設計を実現可能な領域に押し込み、その後最適化を進めることができます。
勾配ベース非線形計画法 SmartDOは、制約付き非線形計画 問題を解くために、一般化縮小勾配法と実行可能方向法を基盤としています。グローバル探索機能を実現するために、SmartDOは トンネル法 とヒルクライミング 法も使用して局所最適解から脱出します。これにより、SmartDOは数値解析中のメッシュ生成、離散化、その他の現象によって発生する数値ノイズを除去することも可能になります。その他の独自の技術には、有効な制約を自動的に認識します。 スマートダイナミックサーチにより、検索方向とステップサイズを自動的に調整します。
遺伝的アルゴリズム SmartDOの遺伝的アルゴリズムは、創設者の博士論文「ロバスト遺伝的アルゴリズム」の一部でした。これには、安定性と効率性を実現するための特別なアプローチが含まれています。 適応型ペナルティ関数。 自動スキーマ表現。 人口および世代数の自動計算。 適応型自動クロスオーバー確率計算。 絶対降下。 堅牢な遺伝的アルゴリズムには様々な種類の設計変数が用意されているため、ユーザーはSmartDOを使用して同時並行的なサイズ最適化、形状最適化、トポロジー最適化を 実行できます。
アプリケーション SmartDOは1995年以来、産業設計および制御に広く応用されてきました。その分野と物理現象には以下が含まれます。
構造 CFD 熱流 熱伝達 衝突安全性 構造・熱・電子連成 自動制御 また、アプリケーションには以下が含まれます
半導体部品の寿命延長。 角膜切開手術。 土木構造物および居住用屋根の最適化（サイズ、形状、トポロジー）。 ガスタービンエンジンの構成部品の寿命延長と軽量化。 流体動力システムの性能向上。 原子力発電所向け高荷重吊り上げフックの軽量化と強度向上。 衝撃吸収機構の性能最適化。 航空貨物デッキの軽量化。 熱電発電機の性能最適化。 装甲戦車の下部Aアームの軽量化。 キーボードのラバードームにおけるパフォーマンス曲線の最適化。 コネクタの性能曲線最適化。 複合構造の最適化。 発電所における循環水ポンプの性能最適化。 波力発電装置の構造最適化。 ジェットノズルの性能最適化。 鋼製充電器のOリングシールの最適化。 ゴルフクラブヘッドの性能向上。 クラッシュボックスの耐衝撃性最適化。 セラミックガスタービンエンジンのローターディスク構造最適化。
参考文献
注記 CY Tsai、2010、「有限要素解析と形状最適化による8グラム充電器のOリングシールの改善」、修士論文、国立交通大学機械工学科、台湾。 HC Tseng、ZC. Wu、C Hung、MH. Lee、CC. Huang、「バッテリーハウジング用チタン/アルミニウムクラッド金属のシートハイドロフォーミングにおける最適プロセスパラメータの調査」、第4回チューブハイドロフォーミング国際会議（TUBEHYDRO 2009）、9月6日～9日、台湾高雄。 SY. Chen、2007、「SmartDOと応答平滑化技術を用いた勾配ベースの構造およびCFDグローバル形状最適化」、第7回構造および多分野最適化世界会議（WCSMO7）議事録、COEXソウル、2007年5月21～25日、韓国 SY. Chen、JWC Liao、V. Tsai、2007「構造形状最適化の信頼性と使いやすさの向上 - 輪郭自然形状関数」、中国工程学会誌、第30巻（掲載予定）。 SY. Chen、2002年11月、「ANSYSと最新の数値最適化技術の統合 - パートI ：共役実行可能方向法」、2002年台湾地域ANSYSユーザー会議。 SY. Chen、2002年11月、「ANSYSと最新の数値最適化技術の統合 - パートII ：構造形状最適化のための逆パラメトリックモデリングアプローチ」、2002年台湾エリアANSYSユーザー会議。 SY. Chen、2001年3月、「ロバスト遺伝的アルゴリズムを用いた衝撃構造最適化のアプローチ」、Finite Elements in Analysis and Design、第37巻、第5号、pp431–446。 SY. Chen および SD Rajan、2000 年 10 月、「構造最適化のための堅牢な遺伝的アルゴリズム」、Structural Engineering & Mechanics Journal、第 10 巻、第 4 号、pp313–336。 SY. Chen、2000年10月、「ANSYSと最新の数値最適化技術の統合」、ANSYS Solutions Magazine、2003年春号。 SY. Chen および SD Rajan、1999 年 5 月、「自動構造設計ツールとしての遺伝的アルゴリズムの使用」、第 3 回世界構造および多分野最適化会議のショート ペーパー議事録、第 1 巻、pp263–265、バッファロー、ニューヨーク。 B. Mobasher、SY.Chen、C. Young、SD Rajan、「住宅用鋼製屋根システムの設計に対するコストベースのアプローチ」、第14回国際専門会議、冷間成形鋼の設計と建設における最近の研究と開発、ミズーリ大学ローラ校、Wei-Wen YuとR. LaBoube編集、pp613–625。 SY. Chen および SD Rajan、1998、「フレーム設計のための遺伝的アルゴリズムの効率向上」、Engineering Optimization、第 30 巻、pp281–307。 SY. Chen、1997年12月、「構造システムの最適設計のための遺伝的アルゴリズムの使用」、博士論文、土木工学科、アリゾナ州立大学。
外部リンク FEA-Opt Technology社の企業ページ。 SmartDO専用ウェブページ 
