Maxwell参数化建模和优化设计
1前言
随着产业升级，各领域工业产品的性能指标需求逐步提高，设计工程师们发现仅依靠理论
和经验难以完成设计任务，在这种情况下借助高性能计算机和专业的仿真设计软件，让“电脑”代替“人脑”从海量的解集中搜寻最优设计方案成为必然趋势，设计工程师正逐渐转变为优化
算法策略的设计者。
以电机设计为例，电机的设计参数众多，同时涉及到多物理场的强耦合，电机工程师面对
的是大规模、高难度的优化设计问题。解决如此复杂的工程问题有两个重要的基础工作：即建
立复杂的参数化几何模型和制定合理的多目标优化策略并高效实施。ANSYS Maxwell作为业界最佳低频电磁场仿真设计软件，提供了多种几何参数化建模的方法，适用于不同复杂程度的工
程问题；同时，借助于ANSYS Workbench平台电磁、结构、流体以及优化模块，可进行电机
多物理场耦合的多变量多目标优化设计，另外借助于ANSYS平台强大的并行、分布式计算能力，工程师可在最短的时间内对复杂优化策略进行分析和验证，快速实现产品迭代创新。本文
将从参数化建模、优化设计两个方面介绍Maxwell的相关功能。
2参数化建模
通常可以将模型的几何参数、材料属性、温度、激励等设计参数设置成变量，当改变变量
的时候，模型会自动更新，以达到参数化模型的目的。参数化模型的优点：对设计参数进行更
改后模型会自动更新，可以快速方便的调整模型；轻松定义和自动创建同一系列的模型；便于
参数分析和优化分析；便于灵敏度分析、统计分析、公差分析等。参数化模型的目的：对于在
校学生可以快速搞清设计参数与性能指标的关系，加深对理论的理解；对于仿真工程师而言缩
短了建模时间、提高工作效率；对于研发工程师是产品优化设计、创新设计的重要基础工作。
Maxwell可以实现的参数化设置如下：
①几何模型参数化；
②激励源/外电路参数化；
③材料属性参数化；
④温度参数化；
⑤网格参数化；
⑥求解设置参数化。
对于ANSYS Maxwell平台的仿真分析，我们可用的几何参数化建模方法大致分为以下八种，
其中前4种是目前大多数工程师都在采用的，比较直观简单，容易操作，第5种用户自定义UDP 建模使用起来稍有难度，但是对于复杂几何模型来说其建模效率很高，用户只要具有一定的C 或Python编程基础，读懂软件自带模板的代码，参考帮助文件，稍加练习，都可以掌握，这种方法结合Maxwell的脚本功能可以更方便的实现完整仿真模型的参数化建模；第6/7种方法需要利用到Workbench平台中的几何建模工具，最后一种是借助第三方建模工具进行参数化设计。总之，用户可以利用的方法很多，适合不同复杂程度的工程问题。
①Maxwell直接参数化建模；
②Maxwell导入CAD图纸生成建模历史并参数化；
③RMxprt导入Maxwell参数化建模；
④Maxwell内置UDP模型参数化建模；
⑤用户自定义UDP参数化建模；
⑥导入ANSYS DesignModeler绘制的参数化模型；
⑦导入ANSYS SpaceClaim绘制的参数化模型；
⑧导入Solidworks等第三方几何建模工具绘制的参数化模型。
2.1Maxwell直接参数化建模
Maxwell自带一个几何建模框架，这个框架与某些专业CAD工具不同，它是基于点、线、面、体、布尔运算、平移、旋转、阵列等功能绘制几何模型，虽然对于初学者来说略显繁琐，但是这种建模方法可以非常直观、精确的实现几何的参数化，因为Maxwell建模过程基于历史树，每个建模步骤的参数都可以随时进行再编辑，用户可直接将数字量改为变量或表达式，即可实现参数化建模，同时软件内部有一些内置的变量可以直接使用。
新建变量时，如下几点规则需要注意。
①Maxwell定义的变量要以字母、数字和下划线组成；
②变量不能以数字开头；
③不要用系统的预留变量名、单位、常量名来定义变量；
④Project变量要以$开头；
⑤尽量使用可读性比较强的变量名；
⑥不区分大小写。
预留变量名、单位名、常量名都可以直接使用，如常用的Time、position、speed、pi变量等。
表达式在运算过程中会带单位运行，如果变量不带单位，则会使用软件默认的单位。另外，需要注意的是，表达式中的变量是带单位运行的，例如，当定义了gamma变量，其单位为deg，则表达式gamma/180结果的单位还是deg，如用户需要得到无单位的结果，可将表达式写成gamma/180/1deg。
下面为使用Maxwell自带建模框架进行直接几何参数化建模的例子，在这个过程中，所有坐标点、平移的距离、旋转的角度、sweep的角度或距离、圆弧半径、矩形的长宽、阵列的数量等等都可以通过变量来驱动。
在Maxwell中绘制一个圆形面域Circle1，并将半径定义为变量rad。
绘制一条直线Polyline1，修改直线起始坐标点为与变量a、b有关的量。
选中Polyline1，执行sweep along vector操作，生成一个长宽为a、b的矩形，我们可以通过控制Vector变量来控制矩形的面积。
如果需要对两个模型进行相减运算，我们可以通过窗口上方的工具栏找到布尔运算命令快速实现模型间的布尔运算，如Subtract等。
我们可以很方便的对倒角命令进行参数化。首先切换到Vertices选择模式，选中需要倒角的顶点，如选中矩形四个顶点执行fillet操作，将fillet半径设置为变量Rf。
设置拉伸长度为变量thick。
变量h。
置阵列角度为360deg/num，num为阵列个数，需勾选Attach to original object。
