Implementing Computational Optimization Methods in Engineering Design Education at Northwestern University

技术

自动化与控制 - 人机界面 (HMI)
功能应用 - 制造执行系统 (MES)

适用行业

汽车
教育

适用功能

产品研发

用例

制造过程模拟
智慧校园

服务

硬件设计与工程服务
系统集成

挑战

西北大学集成设计自动化实验室（IDEAL）的任务是实施一系列工程设计课程。面临的挑战是整合建模、仿真和优化等计算设计方法，这些方法在工程设计决策中变得越来越重要。创建和评估设计备选方案的过程通常涉及从许多备选方案中选择首选设计，如果没有计算方法的帮助，这项任务可能会很困难甚至不可能。因此，对于工程设计学生来说，接触计算工具至关重要，这将使他们在完成设计项目时做出合理的设计判断。这些课程还需要将设计决策方法应用于工业问题，为工程专业的学生提供在其职业生涯后期处理现实世界设计问题所需的经验。

关于客户

位于美国伊利诺伊州埃文斯顿的西北大学是一所一流的研究型大学，为学生和教师提供智力、个人和专业发展的绝佳机会。机械工程系集成设计自动化实验室（IDEAL）在陈伟博士的指导下，专注于开发基于数学优化技术和统计方法的合理设计方法，用于复杂的工程设计和产品实现问题。复杂性是从多个方面考虑的，例如大量的物理相互关联的元素、设计模拟的复杂性和计算成本、不同抽象层次的信息的异质性、不确定性的各种来源、目标相互冲突的多学科组织、以及理解社会技术界面的困难。

解决方案

解决方案是在西北大学的多个工程设计课程中使用 HyperWorks OptiStruct 和 HyperStudy 优化程序。作为 IDEAL 的一部分，机械工程系开发了四门计算设计课程。这些课程包括工程设计的计算方法、产品设计和制造的工程优化、工程设计以及工程的高级计算和统计方法。在引入这些课程之前，计算设计并未包含在西北大学工程课程中。随着这些课程的推出，建立了使用行业资助的设计项目的计算设计教程存储库。这些教程的两个示例包括汽车冲压模具系统的压铸粘合剂组件的优化设计以及部分卡车车架前部结构的评估。

运营影响

Since 2008, Altair has conducted a university fellowship program to establish regional centers of expertise in HyperWorks CAE software instruction and research applications at select Altair client universities in the United States. The fellowship program supports the educational development of outstanding students and increases the integration of HyperWorks software in academic curricula. As part of the program, Altair co-sponsors a semi-annual symposium at each of the fellowship universities to highlight HyperWorks case studies completed by students, faculty, and regional industrial companies. At Northwestern, Altair’s first fellowship university, the focus has been to support graduate students studying computational optimization at IDEAL. A design competition has been utilized to highlight the success of student projects. Each student must profile the design problem addressed, methods used, results, and visuals in a large poster-sized format. The competition has been highly rewarding for the students, providing them with valuable experience in presenting their work to a panel of judges with significant depth of experience in design optimization.