В строительных проектах и проектах промышленных установок число расчетных случаев гидродинамического анализа быстро растет. 5 вариантов размещения зданий, 4 условия проемов и 16 направлений ветра в сочетании дают 320 случаев. При 4 часах на случай это 53 дня по простому подсчету. Проектный график столько ждать не будет, поэтому на практике чаще всего рассчитывают несколько выбранных случаев, а остальные оценивают.
Вопрос в том, «какие случаи выбрать»
Опытные инженеры, как правило, выбирают удачно. Но обоснование такого выбора трудно объяснить третьей стороне, и когда экспертный совет спрашивает: «Почему рассмотрены только эти условия?» — ответ звучит неубедительно. Более серьезная проблема в том, что существуют сочетания, которые упускает интуиция. На практике часто обнаруживаются зоны, где каждый параметр по отдельности не вызывает проблем, но при определенном сочетании характеристики резко ухудшаются.
Роль суррогатной модели (Surrogate Model)
Суррогатная модель обучается на небольшом числе результатов детальных расчетов и приближенно прогнозирует результаты для остальных условий. Важно, что прогнозы суррогатной модели не используются как выводы. Суррогатная модель — это исключительно карта, показывающая, где нужен детальный анализ.
Порядок практического применения
- Этап 1 — Начальная выборка · Выберите 20–40 случаев, равномерно покрывающих пространство проектных параметров, и выполните для них детальный CFD-расчет. Используйте методы заполнения пространства, например латинский гиперкуб, а не случайный выбор.
- Этап 2 — Обучение суррогатной модели · Постройте поверхность отклика по начальным результатам и оцените ошибку прогноза перекрестной проверкой. Если ошибка превышает допуск, добавьте выборки.
- Этап 3 — Сканирование всей области · С помощью суррогатной модели за несколько секунд переберите все сочетания и выявите зоны риска и зоны-кандидаты на оптимум.
- Этап 4 — Выборочный детальный расчет · Пересчитайте детальным CFD только границы зон риска и 10–20 оптимальных кандидатов, чтобы подтвердить результаты.
- Этап 5 — Проверка и отчетность · Сопоставьте результаты детальных расчетов с прогнозами суррогатной модели и укажите доверительный интервал модели в отчете.
Реальный эффект и ограничения
В проекте DINETT по анализу планировки комплекса число детальных расчетов сократилось до 54 случаев против 320 при полном переборе. Срок анализа сократился примерно вдвое, а число рассмотренных условий даже увеличилось. В ходе работы были выявлены два опасных сочетания, которые не были бы выбраны интуитивно.
Однако ограничения также очевидны. В зонах, где физические процессы меняются скачкообразно, — например, при условиях внезапного отрыва потока, — прогнозы суррогатной модели могут сильно отклоняться. Поэтому области с низкой достоверностью суррогатной модели обязательно проверяются детальным расчетом, и важно не доверять это решение автоматизации.
ИИ используется для расширения охвата анализа, а не для формулирования выводов. Окончательные заключения должны основываться на результатах детальных расчетов и инженерном суждении, а в отчете необходимо четко указывать, какие случаи рассчитаны детально, а какие являются прогнозом.
С чего начать
Такой подход нужен не каждому проекту. Если случаев меньше 50, полный перебор проще и надежнее. Подход оправдан, когда параметров три и более, сочетаний больше 100, а проектный график сжат.
Кроме того, для внедрения этого рабочего процесса в организации необходимы скрипты автоматизации расчетов и система управления результатами. DINETT сопровождает заказчиков вплоть до передачи процедур и шаблонов, чтобы они могли применять процесс собственными силами.
Статья подготовлена на основе практического опыта подразделения инженерного моделирования DINETT. Для консультации по конкретному применению или проекту обратитесь к нам через форму запроса услуги.
