Суррогатная модель упрощает сложные физические задачи

У физического моделирования есть проблема: у инженеров, которым нужны результаты этого моделирования, часто нет времени ждать. Добавьте реальные настройки с необходимыми многочисленными независимыми расчетами (например, отдельные тепловые, механические и электромагнитные элементы в системе) и «мультифизические» вычисления которые одновременно реалистичны и работают в реальном времени, может показаться выбором «или-или».

Программисты и моделисты, собравшиеся на этой неделе в Берлингтоне, штат Массачусетс, будут изучать новые пути развития мультифизика на ходу в Программная среда моделирования COMSOL. Более трех дней выступлений, семинаров и демонстраций. КОМСОЛ пользователи будут рассматривать новые подходы к решению проблемы нехватки времени при моделировании.

«Суррогатные модели — это интересная новая технология, в которой вы берете свою полноценную мультифизическую модель и сжимаете ее в компактный формат, который можно быстро оценить с помощью машинного обучения», — говорит Бьорн Сьодин, старший вице-президент по управлению продуктами материнской компании в Стокгольме, также называемой КОМСОЛ.

Эта проблема более распространена, чем просто COMSOL. Согласно обзор опубликовано ранее в этом году в журнале Процедия Информатикаряд отраслей сталкивается с узкими местами в моделировании, когда, по словам авторов, «выполнение высокоточного моделирования может занять даже несколько недель на проект».

Суррогатные модели, Пришел как отмечают авторы, предполагают сведение уравнений к упрощенным версиям более крупных сред моделирования. Другими словами, суррогаты отражают существенное поведение конкретных моделируемых систем, но без особого внимания. вычислительные затраты. Часто этот процесс урезания может включать стратегическую выборку исходной сложной модели в ключевых точках, а затем обучение более быстрому приближению, которое может прогнозировать результаты для новых сценариев.

«Вы можете мгновенно оценить эти модели», — говорит Шёдин о системе суррогатного моделирования COMSOL. “А если вы решите полную модель с неизвестными входными данными, это может занять у вас 15 минут. А люди очень нетерпеливы”.

По словам Шёдина, европейские производители автомобилей теперь используют суррогатные модели COMSOL для быстрого моделирования целых процессов. электромобиль аккумуляторные блоки, позволяющие принимать решения в режиме реального времени, для которых менеджерам и инженерам когда-то приходилось ждать перерыва на кофе или дольше. Тем временем, добавляет Сьодин, швейцарский институт внедрил суррогатную систему COMSOL в качестве приложения для индийских фермеров, позволяющего прогнозировать порчу продуктов при хранении в холодильнике. Институт обнаружил, что суррогатное моделирование позволило фермерам снизить порчу продуктов на 20 процентов.

Полное численное моделирование COMSOL предсказывает характеристики поверхности антенны (правая сфера), в то время как ее оптимизированная суррогатная модель (левая сфера) дает почти те же результаты за существенно меньшее время работы.КОМСОЛ

Превращение мультифизики в приложение

Шёдин говорит, что COMSOL намерен превратить пользователей системы моделирования в нечто более близкое к разработчики программного обеспечения по-своему.

«Вы можете скомпилировать эти приложения в отдельные исполняемые файлы, которые можно будет распространять по всему миру без какой-либо лицензионной оплаты», — говорит Сьодин.

По его словам, суррогатные модели компании могут работать как автономные приложения, которые могут работать на ноутбуки или смартфоны.

«Если вы хотите передать это кому-то на заводе, эти суррогатные модели действительно полезны, поскольку позволяют сразу оценить и получить результаты», — говорит Сьодин. Модели работают быстрее по сравнению с полноценными. мультифизическое моделирование потому что версия приложения, скажем, о тепловых характеристиках и химическом составе конкретного аккумуляторного блока, предварительно загружена. Моделирование выполняется быстро, поскольку уже имеются предварительно рассчитанные параметры, специфичные для моделируемой физической среды, и только для моделируемой среды.

Помимо интеллектуальных возможностей искусственного интеллекта, которые ускоряют время вычислений при каждом запуске, COMSOL использует и другие приемы. Что называют моделисты модели «уменьшенного заказа» (ПЗУ) включают такие оптимизации, как математические распознавание образов и сокращение некоторых более сложных уравнений в расчетах. «Нейронные сети Здесь вступают в игру, но также и другие технологии, более традиционные технологии моделирования уменьшенного порядка», — говорит он.

Например, в 2024 г. Общеотраслевой обзор ПЗУисследователи из Триеста, Италия Международная школа перспективных исследований описал ряд методов ПЗУ, которые основаны не только на искусственном интеллекте или нейронных сетях.

«ПЗУ делятся на два больших семейства: интрузивные методы, в которых можно напрямую манипулировать управляющими уравнениями, и неинтрузивные методы, в которых учитываются только данные моделирования», — пишут исследователи. В документе показано, что сочетание нейронных сетей и более традиционных математических инструментов ПЗУ может обеспечить ускорение вычислений до 100 000 раз быстрее, чем модели без добавленных интеллектуальных ПЗУ.