パラメトリック解析か最適化か

エンジニアは、様々なパラメータ設定でデバイスの性能を解析するパラメトリックスタディに頼ることが多いですが、それ以上に最適なソリューションを直接見つけることができないかと考えることもあります。最適化手法は、設計空間を効率的に探索し、最適なソリューションを自動的に見つけることができます。

まず、パラメトリック解析を定義し、次にこれらの研究と最適化の違いを探ってみましょう。

パラメトリック解析

パラメータとは、システムやその動作条件を定義する一連の要素のうち、数値またはその他の測定可能な要素と定義されます。パラメータは、システムを特定したり、システムの性能や状態を評価したりする上で有用であり重要なシステムの要素です。例えば、数式モデルの動作に関するパラメータには、システム内の流体の力学、質量、寸法、形状、密度、粘性などがあります。

パラメトリック解析は、感度解析とも呼ばれ、異なる幾何学的または物理的パラメータ、あるいはその両方が問題解決に及ぼす影響を調べるものです。パラメトリック解析は、例えば、接触器の磁力に対するエアギャップ長の影響を調べる際など、設計を検討する際の重要なツールとなります。

Altairのシミュレーション製品群は、エンジニアや設計者にさまざまなユースケースに対応した幅広いパラメトリック解析ツールを提供します。解析シナリオは、時間、幾何学的または物理的パラメータを含むシングル / マルチパラメータとすることができ、流体や熱性能電磁気学運動振動音響構造などに基づいたパラメトリックスタディを行うことができます。

パラメトリック解析は、ユーザーが定義した解決シナリオに基づいて行われるため、「洗練されていない」ソリューションを生み出します。これらの結果は、デザイン全体の中で最適なソリューションや妥協点を見つけるために、後処理が必要になります。

最適化

最適化とは、逆に、最適なソリューションや、競合するパラメータ間の最適な妥協点を生み出すことを目的としています。パラメトリック解析では、初期設計の検討が必要ですが、最適化では白紙の状態から設計空間を探索し、ユーザーが定義した制約条件に基づいて最適な設計を行うことができます。

最適化ソフトウェアには、不確実性を考慮しない決定論的アルゴリズムと、確率分布を用いてモデルの不確実性を考慮する確率論的アルゴリズムがあります。

パラメトリック解析と最適化は密接に関連しており、製品の設計・開発のワークフローの一部として使用されることがよくあります。設計エンジニアは、トポロジー最適化などの構造最適化手法を用いて初期形状を作成した後、パラメトリック解析を用いてターゲットネゴシエーションやトレードオフスタディを行い、「もしも」のシナリオを検討します。これらの解析結果を最適化アルゴリズムに投入し、システムレベルの検討でパラメータの最適なバランスを見つけます。

以下のビデオでは、高性能電気モーターの設計と性能向上のために、複合領域的な最適化が行われています。電磁気、温度、応力、振動、騒音などのパラメータを個別に検討した後、最適化主導のマルチフィジックスアプローチで結び付け、相反する制約を解決しています。このソリューションは、複合領域に渡るチームワークをサポートし、設計期間の短縮に貢献しています。

解析と最適化を迅速に行うための自動化されたマルチフィジックスワークフローを提供するAltair SimLabTMと、複雑な設計の詳細なモデリングを行うAltair HyperWorksTMの2つのツールは、パラメトリックモデルの最適化スタディを促進するロバストなアプリケーションワークフローを提供します。

複数の物理現象を伴う問題を解決する場合、特に複雑なアセンブリの場合には、事前・事後処理に時間がかかることがよくあります。SimLabでは、解析の専任者でなくても、分野に特化した広範なトレーニングを受けることなく、パラメトリック最適化を簡単に設定できます。SimLabの高度に自動化されたモデリングツールは、面倒な形状のクリーンアップを行うのではなく、形状を直接取り扱います。編集した形状を双方向のCADカップリングによって更新も可能です。さらに、CATIA、Pro/E Siemens NX、SolidWorksなどの一般的なパラメトリックCADシステムとライブで同期することで、設計変更を即座に検討、評価できます。

複雑な形状を忠実にモデリングするために、解析者はHyperWorksを使って、形状の作成と編集、中立面の抽出、サーフェスおよび中立面のメッシング、メッシュ品質の改善などのダイレクトモデリングを直感的に実行し、効率的なアセンブリ管理とプロセスガイダンスを組み合わせることができます。HyperWorks Design Explorerは、リアルタイムでの性能予測と評価を可能にするエンドツーエンドのワークフローです。

Design Explorerでは、以下のことが可能です。

  • 最小限のクリックによる設計変数の作成とGUI上での応答作成により設計探索の設定をする
  • 設計探査の経過をモニタリングする
  • Results Explorerを使用して、DOE探査結果を後処理し、解釈する
  • 探査結果を表示する、または、探査サマリーテーブルを使って個々の解析の結果を読み込む
  • ダッシュボードを作成し、調査や比較のために追加実行した結果をロードしたり、調査実行に関連するデータをプロットする
  • ソルバーを追加実行することなく、任意の設計変数に対して予測されたプロットを表示して結果を分析し、設計のトレードオフを評価する

製品設計のワークフローの中でパラメトリック解析と最適化を併用することで、エンジニアはより迅速に、より多くの情報に基づいて設計における意思決定を行うことができ、最終的には製品の高品質化、再設計サイクルの短縮、市場投入までの時間の短縮につながります。

*本ブログは、本社ブログ「Parametric Analysis vs. Optimization」を翻訳したものです。

5 1 vote
Article Rating

カテゴリー: Altair Global Blog

Subscribe
Notify of
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments