在本例中，我們將使用 Speos 和 optiSLang 實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)日行燈、內(nèi)飾氛圍燈等的光導(dǎo)設(shè)計(jì)，并改善光導(dǎo)亮度的均勻性，以自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式實(shí)現(xiàn)更好的照明外觀。
在汽車(chē)照明應(yīng)用中，日行燈是一個(gè)獨(dú)特的照明標(biāo)志。這些光導(dǎo)幾乎是一直照明狀態(tài)，因此光導(dǎo)的設(shè)計(jì)需要符合照明均勻性的標(biāo)準(zhǔn)和政府提出的規(guī)則。為了實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，我們使用 Ansys Speos 光學(xué)部分設(shè)計(jì)創(chuàng)建光導(dǎo)，利用 Ansys optiSLang 驅(qū)動(dòng)光導(dǎo)設(shè)計(jì)參數(shù)變化，進(jìn)而找到理想設(shè)計(jì)。
1. Speos 和 optiSLang 的數(shù)據(jù)傳輸
Speos和opitSLang的數(shù)據(jù)傳輸可以有三種方式：第 一種是在Workbench中鏈接Speos和optiSLang進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化，第二種是在optiSLang中鏈接workbench，workbench中含有Speos的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)傳輸，第三種是直接使用scripts完成Speos和optiSLang的數(shù)據(jù)鏈接。
2. Speos 軟件中完成 light guide 完成初步光導(dǎo)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行光導(dǎo)的亮度和強(qiáng)度模擬與法規(guī)檢查。
在 Speos 的仿真模擬中，有幾項(xiàng)相關(guān)鍵的仿真重要參數(shù)設(shè)置：
Lightguide Meshing：精確的meshing對(duì)于光導(dǎo)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很重要的，使用Speos的用戶(hù)都知道m(xù)eshing的重要性，如果不考慮meshing的參數(shù)設(shè)置，光導(dǎo)設(shè)計(jì)中的出光效果將會(huì)受到影響。通常會(huì)使用local meshing來(lái)設(shè)置特殊幾何體的meshing劃分。
Maximum number of Surface interaction：光導(dǎo)依靠全內(nèi)反射來(lái)引導(dǎo)光線走向，這導(dǎo)致光和表面相互作用次數(shù)增多，特別是光線和光導(dǎo)棱鏡之間的相互做用，默認(rèn)值100通常過(guò)低，可以適當(dāng)提高此數(shù)值設(shè)置。光導(dǎo)依靠全內(nèi)反射來(lái)引導(dǎo)光線走向，這導(dǎo)致光和表面相互作用次數(shù)增多，特別是光線和光導(dǎo)棱鏡之間的相互做用，默認(rèn)值100通常過(guò)低，可以適當(dāng)提高此數(shù)值設(shè)置。
XML Template：XML文件中包含了Sensor 中對(duì)關(guān)鍵數(shù)值的定義和數(shù)值驗(yàn)證，使用XML文件可以直接得到仿真結(jié)果的數(shù)值情況，并且使得每個(gè)參考數(shù)值都可以作為輸出結(jié)果在optiSLang中使用。關(guān)于XML可以在Ansys customer Portal官方網(wǎng)站得到XML標(biāo)準(zhǔn)模板。
設(shè)置以上Speos的參數(shù)，運(yùn)算仿真得到強(qiáng)度圖和亮度圖兩個(gè)結(jié)果，從法規(guī)和均勻性?xún)蓚€(gè)方面對(duì)光學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)量。強(qiáng)度圖的網(wǎng)格視圖強(qiáng)調(diào)了法規(guī)遵從性，每個(gè)表格代表一個(gè)強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)的值受法規(guī)約束。中間值代表模擬結(jié)果，左下值代表通過(guò)規(guī)定的極小限度，左上值代表通過(guò)規(guī)定的極大限度，右邊代表個(gè)人設(shè)置的安全限度。如果法規(guī)沒(méi)有通過(guò)，則用紅色標(biāo)出，如果沒(méi)有達(dá)到安全限度，則用黃色標(biāo)出，如果通過(guò)，則用綠色標(biāo)出。
在亮度圖中定義均勻性性能的測(cè)量值。測(cè)量是基于18點(diǎn)折線，甚至更多點(diǎn)折線，沿著這條線的亮度均勻性可以被評(píng)估，測(cè)量平均和均方根對(duì)比。同時(shí)亮度結(jié)果也將用做于優(yōu)化的輸出，優(yōu)化目標(biāo)是在保持ECE規(guī)定滿(mǎn)足要求的同時(shí)，獲取均勻的外觀照明，降低RMS對(duì)比度和極大化折線平均值。
3. optiSLang靈敏度分析，通過(guò)敏感性研究來(lái)確定重要的光導(dǎo)輸入?yún)?shù)，并通過(guò)創(chuàng)建元模型顯示輸入和輸出參數(shù)之間關(guān)系，從而展示參數(shù)分析能力。
建立參數(shù)化系統(tǒng)后，進(jìn)行參數(shù)敏感性分析。在敏感性分析中，通過(guò)COP矩陣預(yù)測(cè)輸出變化，COP的數(shù)值告訴我們模型質(zhì)量，此外可以看到參數(shù)對(duì)輸出的影響。所以我們會(huì)得到在light guide設(shè)計(jì)參數(shù)中有有哪幾項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)是影響設(shè)計(jì)目標(biāo)光導(dǎo)的亮度均勻性、均方根、光強(qiáng)度的關(guān)鍵，可以直接了解光學(xué)行為。
4. optiSLang優(yōu)化，通過(guò)執(zhí)行基于模型的多目標(biāo)優(yōu)化，然后進(jìn)行局部和單目標(biāo)直接優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)可能的理想設(shè)計(jì)，展示優(yōu)化能力。
優(yōu)化算法在MOP上采樣了10000種設(shè)計(jì)，以找到輸入?yún)?shù)值的理想組合，實(shí)現(xiàn)理想設(shè)計(jì)。多目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果顯示在“帕累托面”(參見(jiàn)下圖)。該圖顯示了兩個(gè)目標(biāo)之間的權(quán)衡，在理想設(shè)計(jì)的集合用紅點(diǎn)標(biāo)記(定義為帕累托前沿)。工作流通過(guò)一個(gè)真正的求解器調(diào)用(如綠點(diǎn)所示)自動(dòng)驗(yàn)證20個(gè)理想的設(shè)計(jì)。由于COP值較好，預(yù)測(cè)值與驗(yàn)證值之間的差異較小。通過(guò)選擇其中一種設(shè)計(jì)，相應(yīng)的參數(shù)值和響應(yīng)顯示在optiSLang的后處理其他圖中。圖片顯示的是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的7574設(shè)計(jì)，為了進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)，可以通過(guò)將其中一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束來(lái)進(jìn)行局部和單一目標(biāo)的優(yōu)化。
單目標(biāo)優(yōu)化采用靈敏度研究(黑色)和基于響應(yīng)面的理想設(shè)計(jì)區(qū)域的樣本迭代附加設(shè)計(jì)(彩色)。
