JMatPro主题演讲 - 基于高通量计算与多目标优化的材料性能优化设计

       中仿智能科技（上海）股份有限公司的软件工程师林峤岳带来了以“基于高通量计算与多目标优化的材料性能优化设计”为题的报告。报告首先介绍了针对材料性能优化设计开展开发工作的背景情况，随后从API模块设计与封装、高通量计算框架搭建、多目标优化算法接入三个方面，对基于高通量计算和多目标优化算法进行材料性能优化设计的方法进行了介绍，最后对未来的开发方向进行了展望。

一、材料性能优化设计开发背景
1、软件集成：仿真问题的多样性和复杂性导致数值模拟技术人员通常要面临种类繁多、功能各不相同的仿真软件，不同软件各自独立运行，使得仿真流程管理麻烦、模型数据难以统一。而通过将多种不同类别的仿真分析软件集成进统一的平台，为软件间的联合仿真以及仿真流程设计提供的必要的基础。同时针对不同的实际需求，可以设计不同的方式固化仿真流程，以提高仿真过程的规范性和稳定性。
2、数据管理：仿真分析在计算的过程中会产生大量的数据，而依赖手动后处理分析能够从大量数据中获取的有效信息相当有限，不利于获取更全面、更可靠的仿真结果来驱动创新设计，同时造成了很大的计算资源的浪费。而未经统一管理的仿真过程和结果也很难再次利用，导致了很多重复性工作的出现。仿真分析结果的规范性与统一的数据管理能够有效解决目前仿真结果过于零散的问题，有利于知识的积累以及仿真过程与其他过程的融合。
3、高通量计算：随着材料基因工程的不断发展，材料科学与工程领域正逐渐由依赖研究者科学直觉和大量试验的传统模式，向融合多学科、探究材料结构与性质变化关系的新模式变革。通过软件集成，将软件计算模式由图形界面模式转变为程序控制模式，可以快速实现上百万组材料成分的计算与分析。同时可以方便的与大数据、人工智能等学科领域结合，实现智能化设计研究。

一、API（应用程序接口）

       通过JMatPro API，用户可以基于热力学等软件基本计算结果自定义后续材料性能计算模型；可以与程序语言结合实现自动化批处理、参数化计算、优化设计等高级计算功能；可以与多个CAE等软件结合形成一体化数值模拟仿真平台；还可以与加工、检测等硬件仪器设备结合，拓展更多软件应用空间，将软件融合到实际生产流程中去。

二、MPO（材料性能优化设计软件）

      JMatPro MPO（Material Property Optimiser）是一款功能强大的多组分合金性能优化设计工具。软件以JMatPro本身经过广泛验证的热力学与材料性能计算模型为基础，融合先进的多目标优化算法，为用户提供了能够实现逆过程计算的材料设计工具，用以快速确定影响材料性能的决策变量最佳值。

       MPO以元素成分为设计空间，用户可以自由设定各元素的含量变化及范围。软件的目标空间则是不同的热力学与物理性能计算结果，包括各相含量与相边界、密度、摩尔体积、热导、电导、电阻、杨氏模量、体积模量、剪切模量、泊松比，以及铝、镁、镍合金模块下的热处理窗口和镍单晶模块下的刚度系数等。

       未来，JMatPro软件将继续完善API和MPO的功能覆盖，提供针对工艺过程参数的优化，并尝试更为高效的优化算法，包括与AI结合等，使软件功能更加强大。

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