在OpenMDAO中重用具有不同参数名称的外部函数

基础概念

OpenMDAO是一个用于多学科设计优化（MDO）的开源框架，它允许用户构建复杂的计算模型，并通过自动微分和优化算法来求解这些模型。在OpenMDAO中，重用外部函数可以通过多种方式实现，特别是当这些函数具有不同的参数名称时。

相关优势

1. 代码复用：通过重用外部函数，可以减少代码重复，提高开发效率。
2. 模块化设计：将功能封装在独立的函数中，便于维护和测试。
3. 灵活性：允许使用不同参数名称的外部函数，增加了系统的灵活性和适应性。

类型

在OpenMDAO中，可以通过以下几种方式重用外部函数：

1. Python函数：直接使用Python编写的函数。
2. Numpy函数：利用Numpy库中的函数进行数值计算。
3. Scipy函数：使用Scipy库中的科学计算函数。

应用场景

在多学科设计优化过程中，经常需要调用外部函数来计算某些复杂的物理或数学模型。例如，在航空航天领域，可能需要调用外部的气动阻力计算函数；在结构工程中，可能需要调用有限元分析的结果。

遇到的问题及解决方法

问题：如何在OpenMDAO中重用具有不同参数名称的外部函数？

原因

外部函数的参数名称可能与OpenMDAO组件的输入输出名称不一致，导致无法直接连接。

解决方法

可以通过创建一个中间组件（通常称为“Python组件”或“Script组件”）来桥接外部函数和OpenMDAO模型。这个中间组件可以接受OpenMDAO组件的输入，调用外部函数，并将结果传递给OpenMDAO模型的下一个组件。

以下是一个简单的示例代码，展示了如何在OpenMDAO中重用具有不同参数名称的外部函数：

import numpy as np
from openmdao.api import Problem, Group, IndepVarComp, ExecComp

# 假设这是一个外部函数，参数名称与OpenMDAO组件不一致
def external_function(x, y):
    return x**2 + y**3

class IntermediateComponent(ExecComp):
    def setup(self):
        self.add_input('input_x', val=0.0)
        self.add_input('input_y', val=0.0)
        self.add_output('output_z', val=0.0)

    def compute(self, inputs, outputs):
        x = inputs['input_x']
        y = inputs['input_y']
        outputs['output_z'] = external_function(x, y)

prob = Problem()
model = Group()

model.add_subsystem('indeps', IndepVarComp(), promotes=['*'])
model.add_subsystem('intermediate', IntermediateComponent(), promotes=['*'])

prob.model = model

prob.setup()
prob.run_model()

print(prob['output_z'])

在这个示例中，IntermediateComponent作为一个中间组件，接收OpenMDAO组件的输入（input_x和input_y），调用外部函数external_function，并将结果输出为output_z。

参考链接

• OpenMDAO官方文档

通过这种方式，可以灵活地重用具有不同参数名称的外部函数，并将其集成到OpenMDAO模型中。