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??先进航空动力系统设计面临各学科间耦合关系复杂、指标冲突严重等难题，多学科设计优化工作离不开通用的优化平台。在去年第十五届中国航展现场，中国航发发布“智周”软件。日前，科技日报记者走进中国航发商发、动研所，聚焦我国航空领域首个具有完全自主知识产权的多学科多目标形状拓扑设计优化软件“智周”，刊发文章报道“智周”软件应用，助力装备研发提速的故事。
??破解多目标优化难题，算法通过率达95%以上
??国产工业设计软件让研发“跑起来”
??科技日报记者 孙 瑜
“智周”软件开发负责人邵卫东正在高性能平台上测试软件分布式计算能力。 宛德威摄
??近日，在一款名为“智周”的软件帮助下，我国一型涡轴发动机整机耗油率降低1.8%、功率提高2.6%，整体性能得到提升。
??“智周”是我国航空领域首个具有完全自主知识产权的多学科多目标形状拓扑设计优化软件，名字来源于《周易·系辞传》“知周乎万物，而道济天下”。它由中国航发商用航空发动机有限责任公司（以下简称“中国航发商发”）牵头，与中国航发湖南动力机械研究所（以下简称“中国航发动研所”）、厦门大学共同研发。
??目前，“智周”已在60多家高端工业装备企业和高校院所得到应用。中国工程院院士尹泽勇日前接受科技日报记者采访时说，“智周”是高端工业装备设计的有力工具，可有效提高产品性能，取得显著效益。
??寻求设计最优解
??航空发动机设计涉及热力气动、结构强度、燃烧传热、机械传输、自动控制等众多学科，各学科间耦合关系复杂、指标冲突尖锐。如何平衡协调各类冲突指标，是摆在设计人员面前的一道大难题。
??“比如，我们希望航空发动机同时拥有高推重比和长寿命，但高推重比通常意味着发动机转速和燃气温度提高，这就会导致零件应力提高、材料性能降低，从而减少发动机寿命。”中国航发商发工程软件开发团队主任、“智周”软件开发负责人邵卫东说，“早期，这项工作只能由设计人员凭借经验，手动计算本学科相关局部最优解，再通过学科间的交流进行不同指标的折中。这样一来，既难以保证设计质量，又拖延了研制进度。”
??20世纪70年代，计算机的快速发展催生了有限元等工业仿真软件，使得复杂工业品设计计算速度和效率大大提高。“比起手算，计算机软件算得准多了，效率也更高。”中国航发动研所总师办主任米栋告诉记者，作为工业软件的重要一类，多学科优化软件可在各种限定条件下求得最优解。它如同一位“军师”，可打破各专业间的壁垒，辅助设计人员进行指标统筹规划。
??2000年起，在尹泽勇指导下，中国航发动研所开始了航空发动机多学科设计优化软件理论和应用方面的研究，明确了以优化方法为基础“自动”设计航空发动机的目标。2022年3月，“智周”软件项目由中国航发商发牵头正式开始研发，核心团队共60余人，成员多毕业于清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学等知名高校。
??“通用电气、普惠、罗罗等国际标杆航空企业都有自己的多学科设计优化系统，而我国多学科设计优化软件市场长期被国外巨头垄断。”邵卫东说，为了提升我国航空发动机自主研制水平、实现高端制造产业安全可控，他们下决心研制出一款达到国际先进水平的多学科设计优化软件。
??确保“算得快”“算得准”
??“智周”团队向记者演示了软件使用过程：在初始界面输入模型指标要求，软件立即开启自动计算，不久后，计算界面即显示出理想结果。
??对工业软件来说，算法是核心竞争力，决定了计算是否“算得快”“算得准”。与业内同类软件相比，“智周”算法数量超同类软件3倍。同时，每个算法经过近400个算例的测试，通过率都在95%以上。
??“1个算例可以理解为1种工作场景。为确保算法的可靠性，有些算例场景极为复杂，难度好比优化领域的‘奥林匹克’竞赛题。”邵卫东介绍，有研究显示，常规软件开展测试的算例一般在100—200个，通过率通常不到90%。而“智周”瞄准95%的算法通过率，意味着其能应对更多复杂场景的计算难题。
??这个目标一度让团队成员觉得“不可能完成”。“那段时间，算法组和负责找算例的总体组可以说是‘相爱相杀’。在不断磨合的过程中，我们发现即使是权威论文里关于评价指标的‘标准答案’也不一定准确。因此我们逐渐建立了自己的一套算例标准。”“智周”项目开发组成员张越说。
??最终，在多年技术储备基础上，“智周”团队用不到2年的时间完成了产品开发测试，并于2024年11月在第十五届中国国际航空航天博览会上正式发布产品。
??“‘智周’集成了71种优化算法、10种试验设计方法和10种代理模型，兼具多学科设计优化与拓扑设计优化功能。”邵卫东介绍，“智周”适配国内外主流操作系统和处理器，突破智能化、可扩展、分布式平台设计技术，实现跨系统多学科联合仿真设计优化，整体精度比肩、局部精度超过国外同类先进软件水平。
??迈向智能化产业化
??长期以来，工业软件是我国发展基础较薄弱的领域，国产大型多学科设计优化软件的发展也面临挑战。“智周”的诞生和应用，使国产多学科设计优化软件迈出了重要一步。截至目前，“智周”已与中国航天科技集团有限公司第六研究院、上海电气集团股份有限公司、赛力斯汽车等60余家单位、超过80个机构初步达成合作意向，助力航空、航天、汽车、通讯等产业研发加速。
??“很多企业的产品需要进一步优化，比如减轻重量、提升效率等，这正是‘智周’应用的好机会。”米栋介绍，通过平台优化，“智周”使一型飞机起落架舱门重量降低18.2%，强度提升38.5%，实现舱门“瘦身”成功，还更“扛造”；帮助一款通讯设备散热风扇压升提高1.13%、效率提升0.32%，让散热风扇转起来更有劲……
??近年来，人工智能产业爆发式增长，通过新一代人工智能技术赋能工业软件发展成为趋势。“智周”正通过人工智能进一步提高软件应用能力，实现从辅助智能、增强智能到自主智能的递进应用。
??“‘智周’已接入DeepSeek等，实现了优化算法检索、软件智能帮助、辅助二次开发与编码等功能。”尹泽勇介绍，“‘智周’接入DeepSeek等后，相当于每个用户身边都有一个‘算法专家’，帮助用户有效决策，选择更适宜的算法。同时，‘智周’还能利用人工智能写用户文本，让用户和‘智周’对话更容易。”
??未来，“智周”还要进一步融入人工智能技术，升级为“智周2.0”智能版本。“具体来说，包括利用人工智能实现更多原创算法和服务，如算法智能推荐功能、代码或报告智能生成功能、基于大模型框架的拓扑优化功能等。我们还将搭建开放创新平台，支持高校、科研院所和企业在‘智周’平台上二次开发。”邵卫东说。（科技日报）
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