FR3039677A1 - METHOD FOR DESIGNING MECHANICAL PARTS, IN PARTICULAR TURBOMACHINE BLADES - Google Patents

METHOD FOR DESIGNING MECHANICAL PARTS, IN PARTICULAR TURBOMACHINE BLADES Download PDF

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Abdelkader Otsmane
Mohamed Bouhlel
Nathalie Bartoli
Joseph Francois Adrien Morlier
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Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Safran Aircraft Engines SAS
Institut Superieur de lAeronautique et de lEspace
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Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
SNECMA SAS
Institut Superieur de lAeronautique et de lEspace
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Abstract

L'invention concerne un procédé de conception d'une pièce mécanique définie par un ensemble de variables de définition prenant des valeurs dans un espace de conception, pour déterminer un dimensionnement de la pièce optimisé du point de vue d'un objectif à atteindre, tout en respectant un ensemble de contraintes, le procédé comprenant la mise en œuvre d'au moins une itération de la succession des étapes: a) à partir d'un plan d'expérience comprenant au moins un dimensionnement d'une pièce, chaque dimensionnement comprenant des valeurs pour l'ensemble des variables de définition, et, pour chaque dimensionnement, une valeur de fonction objectif correspondante, construire un méta-modèle de krigeage pour chaque contrainte et pour la fonction objectif, b) évaluer les méta-modèles de Krigeage sur l'espace de conception, et déterminer un dimensionnement de prédiction optimale d'atteinte de l'objectif et de respect des contraintes, c) évaluer le respect des contraintes et un degré d'atteinte de l'objectif par ledit dimensionnement, et enrichir le plan d'expérience précédent avec ledit dimensionnement et les valeurs obtenues par l'évaluation, le procédé étant caractérisé en ce que la construction des méta-modèles de Krigeage comprend la mise en œuvre d'une régression par moindres carrés partiels pour diminuer le nombre de paramètres dans la construction de chaque métamodèle .The invention relates to a method for designing a mechanical part defined by a set of definition variables taking values in a design space, to determine a dimensioning of the optimized part from the point of view of an objective to be achieved, while while respecting a set of constraints, the method comprising the implementation of at least one iteration of the succession of steps: a) from an experimental plane comprising at least one dimensioning of a part, each dimensioning comprising values for the set of definition variables, and, for each dimensioning, a corresponding objective function value, construct a kriging meta-model for each constraint and for the objective function, b) evaluate the Krigeage meta-models on the design space, and determine a sizing of optimal prediction of achievement of the objective and respect of the constraints, c) to evaluate the respect of the constraints and a degree of attainment of the objective by said sizing, and enriching the previous experimental plane with said sizing and the values obtained by the evaluation, the method being characterized in that the construction of the Krigeage meta-models includes the implementation of partial least squares regression to decrease the number of parameters in the construction of each metamodel.

Description

PROCEDE DE CONCEPTION DE PIECES MECANIQUES, NOTAMMENT D’AUBES DE TURBOMACHINEMETHOD FOR DESIGNING MECHANICAL PARTS, IN PARTICULAR TURBOMACHINE BLADES

DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEURGENERAL TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART

Dans le cadre de la conception de pièces mécaniques tels que des aubes de turbomachines, on utilise classiquement des techniques d’optimisation paramétrique afin d’identifier le meilleur des compromis entre d’une part un objectif, par exemple un objectif de performance aérodynamique des aubes et d’autre part d’autres contraintes métiers, telles que celles liées aux coûts de fabrication ou de certification (thermique, acoustique, mécanique, etc..), qui sont souvent contradictoires avec l’objectif à atteindre.In the context of the design of mechanical parts such as turbine engine blades, parametric optimization techniques are conventionally used to identify the best compromise between, on the one hand, an objective, for example an objective of aerodynamic performance of the vanes. and on the other hand other business constraints, such as those related to manufacturing or certification costs (thermal, acoustic, mechanical, etc.), which are often contradictory with the objective to be achieved.

Pour ce faire, des chaînes de calcul multi-métiers automatisées mettent en œuvre des modèles de calcul qui s’appuient sur des codes de simulation variés (aérodynamiques, acoustiques, mécaniques, ...) et permettent une optimisation multidisciplinaire.To do this, automated multi-business calculation chains implement calculation models that rely on various simulation codes (aerodynamic, acoustic, mechanical, ...) and allow multidisciplinary optimization.

En raison du nombre important de variables géométriques et de contraintes, le problème d’optimisation qui en découle est particulièrement complexe. Compte tenu du coût de calcul unitaire induit par les codes de simulations chargés du calcul des réponses des modèles, le nombre de calculs à réaliser pour explorer largement l’espace de conception rend illusoire l’emploi de stratégies d’optimisation paramétrique globale et directe dans un délai compatible des cycles de conception moteur (de type algorithme génétique par exemple). A titre illustratif sur un problème type de conception d’aubes de turbomachines, les coûts de calcul des simulations aérodynamiques et mécaniques, peuvent représenter 3 à 5h de calcul pour une géométrie donnée.Due to the large number of geometric variables and constraints, the resulting optimization problem is particularly complex. Given the unit calculation cost induced by the simulation codes responsible for calculating the responses of the models, the number of calculations to be performed in order to explore the design space in a large way renders the use of global and direct parametric optimization strategies illusory. a compatible delay of engine design cycles (genetic algorithm type for example). As an illustration of a typical turbomachine blade design problem, the calculation costs of aerodynamic and mechanical simulations can represent 3 to 5 hours of computation for a given geometry.

Pour résoudre cette problématique, il est classique, dans des stratégies d’optimisation globale indirecte automatisée, d’utiliser des surfaces de réponse (« estimateurs » ou « méta-modèles » dans la suite du présent texte) qui sont des représentations mathématiques simplifiées des réponses des calculs à réaliser (aussi appelées « sorties ») dont le coût unitaire d’évaluation est négligeable.To solve this problem, it is conventional, in automated indirect global optimization strategies, to use response surfaces ("estimators" or "meta-models" in the rest of this text) which are simplified mathematical representations of answers to calculations to be made (also called "outputs") whose unit cost of evaluation is negligible.

Des exemples en ce sens, utilisant des méta-modèles de Krigeage ou des méta-modèles de type RBF (« Radial Basis Function » selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée), sont par exemple décrits dans les publications suivantes : [1] M.J. Sasena. Flexibilty and efficiency enhancements for constrained global design optimization with Kriging approximations.PhD thesis, University of Michigan, 2002.Examples in this sense, using Kriging meta-models or RBF-type meta-models ("Radial Basis Function" according to the generally used English terminology), are for example described in the following publications: [1] MJ Sasena. Flexibility and efficiency enhancements for constrained global design optimization with Kriging approximations.PhD thesis, University of Michigan, 2002.

[2] Donald R. Jones, Matthias Schonlau and William J. Welch. Efficient Global Optimization of expensive black-box functions.Journal of Global Optimization, 13(4):455-492, December1998 [3] Rommel G. Regis. Constrained optimization by radial basis function interpolation for high-dimensional expensive black-box problems with infeasible initial points. Engineering Optimization, 00(0) : 1-28,2012.[2] Donald R. Jones, Matthias Schonlau and William J. Welch. [3] Rommel G. Regis. Constrained optimization by radial basis interpolation function for high-dimensional expensive black-box problems with infeasible initial points. Engineering Optimization, 00 (0): 1-28,2012.

[4] “Multidisciplinary Design Optimization with Minamo” :http://www.cenaero.be/Page_Generale.asp?DoclD=15336&la=1&langue=EN[4] "Multidisciplinary Design Optimization with Minamo": http://www.cenaero.be/Page_Generale.asp?DocID = 15336 & = 1 & language = EN

Les méta-modèles de réponse sont généralement construits de façon itérative par apprentissage en s’appuyant sur une sélection automatique et intelligente des points de l’espace de conception qui vont permettre de maximiser la connaissance des réponses des calculs et la qualité prédictive des méta-modèles. L’optimisation s’arrête lorsque l’algorithme a convergé vers un optimum jugé global.The response meta-models are generally built iteratively by learning based on automatic and intelligent selection of points in the design space that will maximize the knowledge of the computational responses and the predictive quality of the meta-models. models. Optimization stops when the algorithm has converged towards an optimum considered global.

Cette approche présente plusieurs inconvénients.This approach has several disadvantages.

Le coût de construction d’un méta-modèle peut ne pas être négligeable, notamment si la base de données d’apprentissage et le nombre de variables sont importants : le calcul des méta-modèles de dizaines d’objectifs et contraintes peut donc s’avérer très coûteux à chaque itération de l’optimisation ; c’est le cas en particulier des modèles de Krigeage qui peuvent présenter des limitations importantes lorsqu’il s’agit d’inverser des matrices de covariance de taille significative.The cost of constructing a meta-model may not be negligible, especially if the learning database and the number of variables are important: the meta-models of dozens of objectives and constraints can therefore be computed prove very costly at each iteration of optimization; this is particularly the case for Kriging models, which may have significant limitations when inverting covariance matrices of significant size.

Par ailleurs, la qualité des méta-modèles (c'est-à-dire leur capacité prédictive), pour être acceptable, peut nécessiter un grand nombre de calculs de simulation.In addition, the quality of the meta-models (ie their predictive ability), to be acceptable, may require a large number of simulation calculations.

En outre, cette approche est très mal adaptée au cas de problèmes très contraints présentant des domaines de solutions faisables de taille très restreinte par rapport à l’espace de recherche, entraînant un coût calcul excessif en phase exploratoire, parfois sans que cela ne débouche sur une solution - on entend par solution faisable une solution respectant toutes les contraintes métiers à respecter.In addition, this approach is very poorly adapted to the case of very constrained problems presenting areas of feasible solutions of very small size compared to the search space, leading to an excessive calculation cost in the exploratory phase, sometimes without this leading to a solution - a feasible solution means a solution that respects all the business constraints to be respected.

PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTIONGENERAL PRESENTATION OF THE INVENTION

Un but général de l’invention est de pallier ces inconvénients et de proposer une solution fiable, qui converge rapidement et qui soit particulièrement peu coûteuse en temps de calcul.A general object of the invention is to overcome these disadvantages and to propose a reliable solution that converges rapidly and is particularly inexpensive in computing time.

Un but de l’invention est en particulier de proposer un procédé de conception d’une pièce mécanique permettant de déterminer de manière rapide et peu coûteuse en temps de calcul un dimensionnement d’une pièce représentant un optimum par rapport à un objectif à atteindre, tout en respectant un ensemble de contraintes. A cet égard, l’invention a pour objet un procédé de conception d’une pièce mécanique définie par un ensemble de variables de définition prenant des valeurs dans un espace de conception, pour déterminer un dimensionnement de la pièce optimisé du point de vue d’un objectif à atteindre, tout en respectant un ensemble de contraintes, le procédé comprenant la mise en œuvre d’au moins une itération de la succession des étapes: a) à partir d’un plan d’expérience comprenant au moins un dimensionnement d’une pièce, chaque dimensionnement comprenant des valeurs pour l’ensemble des variables de définition, et, pour chaque dimensionnement, une valeur de fonction objectif correspondante, construire un méta-modèle de krigeage pour chaque contrainte et pour la fonction objectif, b) évaluer les méta-modèles de Krigeage sur l’espace de conception, et déterminer un dimensionnement de prédiction optimale d’atteinte de l’objectif et de respect des contraintes, c) évaluer le respect des contraintes et un degré d’atteinte de l’objectif par ledit dimensionnement, et enrichir le plan d’expérience précédent avec ledit dimensionnement et les valeurs obtenues par l’évaluation, le procédé étant caractérisé en ce que la construction des méta-modèles de Krigeage comprend la mise en œuvre d’une régression par moindres carrés partiels pour diminuer le nombre de paramètres dans la construction de chaque méta-modèle. - Avantageusement, mais facultativement, le procédé selon l’invention peut en outre comprendre au moins l’une des caractéristiques suivantes : l’étape de construction des méta-modèles de Krigeage peut comprendre l’utilisation, pour l’expression de prédicteurs de Krigeage, d’une matrice de corrélation calculée à partir d’un nombre de paramètres de pondération strictement inférieur au nombre de variables de définition. l’étape de construction des méta-modèles de Krigeage peut comprendre l’utilisation d’une matrice de corrélation calculée à partir d’une fonction de corrélation définie par :An object of the invention is in particular to propose a method of designing a mechanical part making it possible to quickly and inexpensively determine, in computing time, a dimensioning of a part representing an optimum with respect to a target objective, while respecting a set of constraints. In this regard, the invention relates to a method for designing a mechanical part defined by a set of definition variables taking values in a design space, to determine a dimensioning of the optimized part from the point of view of an objective to be achieved, while respecting a set of constraints, the method comprising the implementation of at least one iteration of the succession of steps: a) from an experimental design comprising at least one dimensioning of a part, each dimensioning comprising values for the set of definition variables, and, for each dimensioning, a corresponding objective function value, constructing a kriging meta-model for each constraint and for the objective function, b) evaluating the Krigeage meta-models on the design space, and determine a sizing of optimal prediction of goal attainment and respect constraints es, c) evaluating the respect of the constraints and a degree of attainment of the objective by said dimensioning, and enriching the previous plan of experience with said dimensioning and the values obtained by the evaluation, the method being characterized in that Kriging meta-model construction involves the implementation of partial least squares regression to reduce the number of parameters in the construction of each meta-model. Advantageously, but optionally, the method according to the invention may further comprise at least one of the following features: the step of constructing the Krigeage meta-models may comprise the use, for the expression of Krigeage predictors , a correlation matrix calculated from a number of weighting parameters strictly less than the number of definition variables. the step of constructing the Kriging metamodels may include the use of a correlation matrix calculated from a correlation function defined by:

où u et v sont deux vecteurs de coordonnées uh v„ avec / entier compris entre 1 et d, d est le nombre de variables de définition, W est une matrice contenant des coefficients de pondération des variables initiales dans la construction des variables latentes , 9j est un paramètre de pondération de la variable de définition y, et q est le nombre réduit de dimensions. le procédé peut en outre comprendre, lors de la première itération, avant la mise en œuvre de l’étape b), la mise en œuvre d’une étape de recherche d’au moins un dimensionnement satisfaisant à l’ensemble des contraintes, l’étape de recherche d’un dimensionnement satisfaisant aux contraintes peut comprendre : d) l’évaluation des méta-modèles de Krigeage sur l’espace de conception pour déterminer un dimensionnement présentant une probabilité maximale de respect des contraintes, e) l’évaluation du respect des contraintes et du degré d’atteinte de l’objectif par ledit dimensionnement, et l’enrichissement du plan d’expérience précédent avec ledit dimensionnements et les valeurs obtenues par l’évaluation, et f) la mise à jour des méta-modèles de Krigeage à partir du plan d’expérience enrichi. les étapes d) à f) peuvent être mises en œuvre de manière itérative jusqu’à déterminer un dimensionnement respectant l’ensemble des contraintes, ou jusqu’à un nombre maximal d’itérations pré-déterminé. l’étape b) peut être mise en œuvre en évaluant les méta-modèles dewhere u and v are two vectors of coordinates uh v "with / integer between 1 and d, d is the number of definition variables, W is a matrix containing weights of the initial variables in the construction of latent variables, 9j is a weighting parameter of the definition variable y, and q is the reduced number of dimensions. the method may further comprise, during the first iteration, before the implementation of step b), the implementation of a step of searching for at least one dimensioning satisfying all the constraints, A sizing step satisfying the constraints may include: d) the evaluation of Krigeage meta-models on the design space to determine sizing with maximum probability of compliance with constraints, e) evaluation of compliance with the constraints and the degree of attainment of the objective by said sizing, and the enrichment of the previous experimental plan with said sizing and the values obtained by the evaluation, and f) the updating of the meta-models Krigeage from the enriched experience plan. the steps d) to f) can be implemented iteratively until a dimensioning meeting all the constraints, or up to a predetermined maximum number of iterations. step b) can be implemented by evaluating the meta-models of

Krigeage générés sur la base du dernier plan d’expérience enrichi. lors de la première itération, le plan d’expérience initial peut être un plan d’expérience pré-calculé ou un plan de type Latin Hypercube. les étapes a) à c) peuvent être itérées jusqu’à atteindre un nombre d’itérations pré-déterminé, et un dimensionnement optimal de la pièce est le dernier dimensionnement ayant enrichi le plan d’expérience à l’étape c). L’invention a également pour objet un produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon la description qui précède, lorsqu’il est exécuté par un processeur. L’invention a enfin pour autre objet une unité de traitement, comprenant un processeur configuré pour la mise en œuvre du procédé selon la description qui précède.Kriging generated based on the latest enriched experience plan. during the first iteration, the initial experience plan can be a pre-calculated experiment plan or a Latin Hypercube type plan. steps a) to c) can be iterated until a pre-determined number of iterations is reached, and an optimal dimensioning of the part is the last dimensioning having enriched the experimental design in step c). The invention also relates to a computer program product, comprising code instructions for implementing the method according to the preceding description, when it is executed by a processor. The invention finally has for another object a processing unit, comprising a processor configured for implementing the method according to the foregoing description.

Le procédé de conception selon l’invention permet de réduire de façon importante le temps de calcul pour générer les méta-modèles de Krigeage. En effet, le couplage d’une méthode de Krigeage avec une méthode de régression par moindres carrés partiels permet de diminuer de façon importante le nombre de paramètres de réglage du méta-modèle de Krigeage.The design method according to the invention makes it possible to significantly reduce the calculation time to generate the Kriging meta-models. In fact, the coupling of a Kriging method with a partial least squares regression method makes it possible to significantly reduce the number of adjustment parameters of the Krigeage meta-model.

En particulier, une étape de recherche de dimensionnement satisfaisant à l’ensemble des contraintes peut être mise en œuvre, en recalculant à chaque nouveau dimensionnement candidat les méta-modèles de Krigeage, sans nécessiter un temps de calcul supplémentaire important. Cette étape est donc rapide à mettre en œuvre et accélère ensuite la convergence des étapes de recherche du dimensionnement optimal.In particular, a sizing search step satisfying all the constraints can be implemented, by recalculating the Kriging meta-models at each new candidate sizing, without requiring a significant additional computing time. This step is therefore quick to implement and then accelerates the convergence of the optimal sizing search steps.

Le gain de temps ainsi dégagé, sans pour autant dégrader la qualité des méta-modèles de Krigeage, permet de mieux respecter les cycles de conception et/ou d’affiner la recherche du concept optimal.The time saved thereby, without degrading the quality of the Kriging meta-models, makes it possible to better respect the design cycles and / or refine the search for the optimal concept.

La solution proposée permet en outre de lever les difficultés techniques liées à la construction d’un méta-modèle de Krigeage lorsque la base d’apprentissage et la dimension du problème sont de taille importante.The proposed solution also makes it possible to remove the technical difficulties associated with constructing a Krigeage meta-model when the learning base and the size of the problem are large.

PRÉSENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d’un profil d’aubage de turbomachine sur lequel on a porté différentes variables géométriques intervenant dans sa définition ; - la figure 2 est un organigramme illustrant différentes étapes d’un traitement d’optimisation paramétrique conforme à un mode de mise en œuvre de l’invention. - les figures 3a et 3b illustrent schématiquement la mise en œuvre d’une analyse par composantes principales.PRESENTATION OF THE FIGURES Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, which is purely illustrative and nonlimiting, and should be read with reference to the appended figures in which: FIG. 1 is a diagrammatic representation of FIG. a turbomachine blade profile on which various geometric variables involved in its definition have been worn; FIG. 2 is a flowchart illustrating various steps of a parametric optimization processing according to an implementation mode of the invention. FIGS. 3a and 3b schematically illustrate the implementation of a principal component analysis.

DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET DE RÉALISATIONDESCRIPTION OF ONE OR MORE MODES OF IMPLEMENTATION AND REALIZATION

En référence à la figure 1, on a représenté un exemple de section d’une pièce - en l’occurrence la pièce est une aube de turbomachine -susceptible d’être optimisée au moyen du procédé proposé. Sur la figure 1 sont également représentées différentes variables géométriques définissant le dimensionnement de la pièce, ci-après appelées variables de définition, caractéristiques du profil de cette pièce et destinées à constituer des paramètres de simulation pour celles-ci : positions du bord d’attaque BA et du bord de fuite BF, position du centre de gravité CG, épaisseur maximale EpMax, longueur de corde, angle γ de la ligne de corde, anglePï d’entrée d’air au niveau du bord d’attaque BA, angle β2 de sortie d’air au niveau du bord de fuite BF.Referring to Figure 1, there is shown an example of section of a part - in this case the part is a turbine engine blade - likely to be optimized by means of the proposed method. FIG. 1 also shows various geometrical variables defining the dimensioning of the part, hereinafter called defining variables, characteristics of the profile of this part and intended to constitute simulation parameters for them: leading edge positions BA and trailing edge BF, center of gravity position CG, maximum thickness EpMax, chord length, angle γ of the chord line, air inlet angle β at leading edge BA, angle β2 of air outlet at the trailing edge BF.

Le nombre de variables de définition peut être très important. Dans l’exemple qui précède, les variables de définition sont définies sur plusieurs niveaux de hauteur d’une aube par rapport au pied de l’aube. Le nombre de variables total augmente donc presque linéairement avec le nombre de sections d’aube considérées. L’optimisation d’une telle aube se fait par exemple avec un objectif général consistant par exemple à maximiser la performance aérodynamique de la pale, sous un certain nombre de contraintes aérodynamiques et mécaniques.The number of definition variables can be very important. In the example above, the definition variables are defined on several levels of height of a blade relative to the root of the blade. The total number of variables thus increases almost linearly with the number of blade sections considered. The optimization of such a blade is done for example with a general objective consisting for example in maximizing the aerodynamic performance of the blade under a number of aerodynamic and mechanical constraints.

Par exemple, l’objectif général peut consister à optimiser le rendement isentropique ηΟΡ des points DP de conception correspondant aux différentes variables entrant dans la définition de l’aubage dans l’espace de conception DS, sous différentes contraintes aérodynamiques (contraintes relatives par exemple aux débits massiques d’air mDP, au rendement isentropique à la marge de poussée η5Μ, à la pression USM à la marge de poussée, etc..), ainsi que sous différentes contraintes mécaniques (contraintes relatives aux déplacements de l’aubage au niveau de son épaulement de contact, aux déplacements de l’aubage au niveau de ses bords de fuite BF et d’attaque BA, aux valeurs de contraintes de Von Mises, aux différentiels entre les harmoniques du rotor et les fréquences propres des différentes aubages, etc.).For example, the general objective may be to optimize the isentropic efficiency ηΟΡ of the design DP points corresponding to the different variables used in the definition of the vane in the DS design space, under different aerodynamic constraints (constraints relating for example to mass flow rates of air mDP, at isentropic efficiency at the thrust margin η5Μ, the USM pressure at the thrust margin, etc.), as well as under different mechanical stresses (constraints relating to the displacements of the blade at the level of its shoulder of contact, the movements of the vane at its trailing edges BF and BA attack, the Von Mises stress values, the differences between the harmonics of the rotor and the eigenfrequencies of the different vanes, etc. ).

Pour une même aube, le nombre de variables de définition peut être de l’ordre d’une ou plusieurs dizaines, voire de l’ordre de la centaine. Par exemple, une aube peut comporter environ 30 variables de définition. Dans la suite, on note d le nombre de variables de définition.For the same dawn, the number of definition variables can be of the order of one or more tens, or even of the order of a hundred. For example, a blade may have about 30 definition variables. In the following, we write d the number of definition variables.

Le nombre de contraintes est également élevé : plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines. Dans la suite, on note m le nombre de contraintes.The number of constraints is also high: several tens or even hundreds. In the following, we denote m the number of constraints.

On note en outre mathématiquement x un dimensionnement donné pour une pièce mécanique, x étant donc un vecteur de taille d : (xi,...,xa), où les x, sont les valeurs de chacune des variables de définition.We also note mathematically x a given dimensioning for a mechanical part, where x is a vector of size d: (xi, ..., xa), where x, are the values of each of the definition variables.

On note également g, une fonction mathématique représentative du respect d’une contrainte / (i entre 1 et m). Le respect de chaque contrainte par un dimensionnement x donné peut être ramené à une expression d’inégalité du type 3i(.x) ^ 0.We also denote g, a mathematical function representative of the respect of a constraint / (i between 1 and m). The respect of each constraint by a given dimensioning x can be reduced to an inequality expression of the type 3i (.x) ^ 0.

En effet, pour illustrer, une contrainte g, peut être le respect d’une valeur de masse maximale de la pièce. La fonction contrainte correspondante est dans ce cas formulée comme « masse (x) - masse maximale ». On observe que la fonction évaluée en x est négative si la masse de la pièce pour le dimensionnement x est effectivement inférieure à la masse maximale.Indeed, to illustrate, a constraint g can be the respect of a maximum mass value of the part. The corresponding constraint function is in this case formulated as "mass (x) - maximum mass". It is observed that the function evaluated at x is negative if the mass of the workpiece for dimensioning x is actually less than the maximum mass.

Enfin, on note y une valeur correspondant à un degré d’atteinte de l’objectif, et fia fonction qui associe à un dimensionnement x donné la valeur y (un scalaire) représentative du degré d’atteinte d’un objectif, on note f(x)=y.Finally, there is a value corresponding to a degree of achievement of the objective, and a function which associates with a given dimensioning x the value y (a scalar) representative of the degree of attainment of an objective. (x) = y.

Pour reprendre l’exemple qui précède, y peut correspondre à une valeur rendement isentropique ηΟΡ pour un dimensionnement donné.To use the example above, y can correspond to an isentropic efficiency value ηΟΡ for a given dimensioning.

Le traitement d’optimisation illustré sur la figure 2 met en œuvre une stratégie d’optimisation adaptative automatisée assistée par méta-modèles de Krigeage.The optimization treatment illustrated in FIG. 2 implements an automated adaptive optimization strategy assisted by Krigeage meta-models.

En reprenant les notations qui précèdent, le problème à résoudre est un problème d’optimisation mono-objectif paramétrique continue et sous contrainte et il est formulé comme suit :By repeating the above notations, the problem to be solved is a problem of continuous and constrained parametric mono-objective optimization and it is formulated as follows:

Ce procédé est mis en œuvre au moyen d’un ou plusieurs ordinateurs, par exemple par un processeur (non représenté) configuré pour exécuter un programme approprié.This method is implemented by means of one or more computers, for example by a processor (not shown) configured to execute an appropriate program.

Dans une première étape (étape 1), on renseigne le processeur avec un plan d’expérience comprenant n dimensionnements x(i> d’une pièce, i=1..n, avec n entier, l’ensemble des dimensionnements étant noté (χω, ...,x(n)), et pour chaque dimensionnement la valeur ^-f^) correspondante de degré d’atteinte de l’objectif et les valeurs g,(x®) de respect de contraintes préalablement calculées pour ces dimensionnements. Le calcul des g,(x®) et des y^ est coûteux en temps de calcul puisqu’il fait appel à des modèles exacts de simulation.In a first step (step 1), the processor is informed with an experimental design comprising n dimensionings x (i> of a part, i = 1..n, with n integer, all the sizing being noted ( χω, ..., x (n)), and for each dimensioning the corresponding value ^ -f ^) of degree of attainment of the objective and the values g, (x®) of respect of constraints previously calculated for these sizings. The computation of g, (x®) and y ^ is expensive in computation time since it uses exact models of simulation.

Chaque point x(i> est un vecteur de d valeurs (où d est un nombre entier) correspondant aux différentes variables entrant dans la définition de la pièce.Each point x (i> is a vector of d values (where d is an integer) corresponding to the different variables entering the definition of the part.

Ce plan d’expérience est par exemple déterminé à partir d’un échantillonnage de type « Latin Hypercube ». Alternativement, le plan d’expérience peut être un plan ayant été préalablement calculé et chargé par le processeur pour la mise en œuvre du procédé. A partir du plan d’expérience ainsi renseigné, le processeur construit par traitement de Krigeage un méta-modèle de réponse (étape 2) pour chacune des sorties g, (fonctions contraintes) et f (fonction objectif).This experimental plan is for example determined from a sampling of the type "Latin Hypercube". Alternatively, the experimental plane may be a plane having been previously calculated and loaded by the processor for the implementation of the method. From the experimental design thus informed, the processor constructs by Kriging processing a response meta-model (step 2) for each of the outputs g, (constraint functions) and f (objective function).

On note y la prédiction d’un méta-modèle de Krigeage pour la valeur de y, et §i, i=1..m les prédictions des méta-modèles de Krigeage respectifs pour les résultats des fonctions g,. On note également yx=f(x) la valeur réelle de la fonction f en x.We note there the prediction of a Krigeage meta-model for the value of y, and §i, i = 1..m the predictions of the respective Kriging meta-models for the results of the functions g ,. We also denote yx = f (x) the real value of the function f in x.

La construction des méta-modèles met en œuvre une régression par moindre carrés partiels (« Partial Least Square » ou « PLS » selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée).The construction of the meta-models implements a regression by least partial squares ("Partial Least Square" or "PLS" according to the English terminology generally used).

Dans le cadre d’un traitement de Krigeage, une réalisation d’un processus gaussien (le résultat d’un tirage selon une loi de probabilité normale), notée par exemple A(x) est décomposée en tout point x en la somme d’un prédicteur de Krigeage μ(χ) et d’une erreur Z(x) (confère paragraphe 3.2 de la publication [1] deIn the framework of a Kriging process, a realization of a Gaussian process (the result of a draw according to a law of normal probability), noted for example A (x) is decomposed at any point x in the sum of a Kriging predictor μ (χ) and an error Z (x) (confers section 3.2 of the publication [1] of

Sasena citée ci-avant) distribuée selon une loi normale J\f(0, σ2) où la variance σ2 est un paramètre pouvant être estimé :Sasena quoted above) distributed according to a normal distribution J \ f (0, σ2) where the variance σ2 is a parameter that can be estimated:

Avec un nombre s de fonctions de base hj.(x).With a number s of basic functions hj. (X).

Le Krigeage repose sur la supposition si deux points u et v sont proches, les erreurs respectives Z(u) et Z(v) seront proches également, c’est-à-dire que l’erreur Z(x) n’est pas indépendante. Une corrélation rU}V entre deux points u et v est exprimée par l’équation :Kriging is based on the assumption that if two points u and v are close, the respective errors Z (u) and Z (v) will also be close, that is, the error Z (x) is not independent. A correlation rU} V between two points u and v is expressed by the equation:

où 9j est un paramètre mesurant l’effet de la direction j du domaine de recherche sur la variation de la sortie (plus est important, et plus le terme exponentiel correspondant est petit), et p7 mesure un caractère plus ou moins lisse de l’exponentielle dans la direction j.where 9j is a parameter measuring the effect of the direction of the domain of research on the variation of the output (more is important, and the corresponding exponential term is small), and p7 measures a more or less smooth character of the exponential in the direction j.

On a une matrice de corrélation : avecWe have a correlation matrix: with

Alors le meilleur prédicteur de Krigeage non biaisé de la valeur y (xnv), où xnv est un dimensionnement pour lequel la valeur réelle yx/west inconnue, est :Then the best predictor of unbiased Kriging of the value y (xnv), where xnv is a dimensioning for which the actual value yx / west unknown, is:

Avec h le vecteur contenant l’ensemble des fonctions de régression, β l’estimation des paramètres de régression et y le vecteur contenant les réponses, définis comme suit :With h the vector containing the set of regression functions, β the estimation of the regression parameters and y the vector containing the responses, defined as follows:

La difficulté de construire un tel méta-modèle de Krigeage lorsque le nombre de dimensions d des variables est élevé provient de la difficulté d’estimer les paramètres dans l’expression de la corrélation. C’est typiquement le cas lors de l’application des méta-modèles de Krigeage à la conception de pièces telles que des aubes, qui comprennent plusieurs dizaines de variables de définition (correspondant au nombre d de dimensions).The difficulty of constructing such a Kriging meta-model when the number of dimensions d of variables is high stems from the difficulty of estimating the parameters in the expression of the correlation. This is typically the case when applying Kriging meta-models to the design of parts such as blades, which include several tens of definition variables (corresponding to the number of dimensions).

Pour remédier à cette problématique, la technique de Krigeage est couplée avec la méthode des moindres carrés partiels PLS (pour l’anglais Partial Least Squares).To remedy this problem, the Kriging technique is coupled with the partial least squares PLS (Partial Least Squares) method.

La méthode des moindres carrés partielles permet de projeter un ensemble de variables initiales sur un ensemble plus réduit de variables appelées variables latentes (ou composantes principales) qui sont obtenues par combinaison linéaire des variables initiales :The partial least squares method allows to project a set of initial variables on a smaller set of variables called latent variables (or principal components) that are obtained by linear combination of the initial variables:

T=XW W est une matrice contenant le vecteur de poids, c’est-à-dire des coefficients de pondération des variables initiales dans la construction des variables latentes (en anglais, « loading vectors ») de d lignes et q colonnes, ou q est très inférieur à d ; typiquement inférieur ou égal à 4 (par exemple égal à 2, 3 ou 4). q correspond au nombre de variables latentes retenues.T = XW W is a matrix containing the weight vector, that is to say weights of the initial variables in the construction of the latent variables (in English, "loading vectors") of d rows and q columns, or q is much less than d; typically less than or equal to 4 (for example equal to 2, 3 or 4). q is the number of latent variables retained.

Les variables latentes sont des vecteurs formant les colonnes de la matrice T de n lignes et q colonnes, où n est toujours le nombre de dimensionnement du plan d’expérience initial. X est la matrice contenant les dimensionnements du plan d’expérience initial.The latent variables are vectors forming the columns of the matrix T of n rows and q columns, where n is always the sizing number of the initial experiment plane. X is the matrix containing the sizing of the initial experiment plan.

En référence à la figure 3a, après avoir centré et normalisé la matrice X et le vecteur y de degré d’atteinte d’objectif correspondant, la première variable latente est calculée en maximisant la covariance au carré entre la première variable latente XW(;}1) et le vecteur y- où W( J) désigne la t'emecolonne de la matrice W :Referring to FIG. 3a, after having centered and normalized the matrix X and the corresponding goal degree of goal attainment y, the first latent variable is calculated by maximizing the squared covariance between the first latent variable XW (; 1) and the vector y- where W (J) denotes the column of the matrix W:

La maximisation est obtenue lorsque wi est le vecteur propre de la matrice XtyytX correspondant à la plus grande valeur propre. La plus grande valeur propre de ce système peut être estimée par la méthode itérative décrite dans : [5] C. Lanczos, «An itération method for the solution of the eigenvalue problem of linear differential and intégral operators », Journal of Research of the National Bureau of Standards, 45(4) :255-282, Octobre 1950.Maximization is obtained when wi is the eigenvector of the XtyytX matrix corresponding to the largest eigenvalue. The greatest eigenvalue of this system can be estimated by the iterative method described in: [5] C. Lanczos, "An iteration method for the solution of the problem of linear differential and full operators", Journal of Research of the National Bureau of Standards, 45 (4): 255-282, October 1950.

Une fois W( j)obtenu les matrices résiduelles de X et de y sont calculées, notées X^es et y$esrespectivement :Once W (j) obtained the residual matrices of X and y are calculated, denoted X ^ es and y $ esrespectively:

Où st le vecteur des coefficients de régression de la régression locale de X sur la première variable latente et c? est le coefficient de régression de la régression de y sur la première variable latente.Where is the vector of the regression coefficients of the local regression of X on the first latent variable and c? is the regression coefficient of the regression of y on the first latent variable.

Puis la deuxième variable latente est orthogonale à la première et peut être séquentiellement calculée en résolvant le même système que précédemment en remplaçant respectivement X et y par X^es et yïes.Then the second latent variable is orthogonal to the first and can be sequentially computed by solving the same system as before, replacing X and y by X ^ es and yes, respectively.

Ceci est mis en œuvre itérativement jusqu’à obtenir le nombre q de variables latentes correspondant au nombre de dimensions réduits à obtenir.This is implemented iteratively until the number q of latent variables corresponding to the number of reduced dimensions to obtain.

La combinaison du Krigeage avec la méthode des moindres carrés partiels consiste à substituer la fonction de corrélation spatiale classique décrite ci-avant par une fonction de corrélation dans laquelle les variables sont de dimension réduite grâce à la méthode PLS. L’expression de la nouvelle fonction de corrélation est, en reprenant les mêmes notations que précédemment :The combination of Kriging with the partial least squares method consists in substituting the classical spatial correlation function described above by a correlation function in which the variables are of reduced size thanks to the PLS method. The expression of the new correlation function is, taking again the same notations as previously:

Dans cette équation \Wi,j I correspond à l’important de la ieme variable initiale (i=1,...,d) pour la construction de la jeme variable latente (j=1,...,q) et 07 traduit l’importance de la jeme variable latente sur la variable de sortie. Par conséquent on constate que les variables latentes transmettent l’influence des variables initiales sur la variable de sortie.In this equation \ Wi, j I corresponds to the important of the ith initial variable (i = 1, ..., d) for the construction of the jeme latent variable (j = 1, ..., q) and 07 translates the importance of the jeme latent variable on the output variable. As a result, latent variables transmit the influence of the initial variables on the output variable.

De plus, on constate que le nombre de paramètres 07 passe de d à q et qu’il est donc considérablement réduit, ce qui réduit le nombre de calculs à mettre en œuvre et donc augmente la vitesse de construction des méta-modèles de Krigeage. Typiquement, q peut être limité à 2, 3 ou 4.In addition, it can be seen that the number of parameters 07 goes from d to q and is therefore considerably reduced, which reduces the number of calculations to be implemented and therefore increases the speed of construction of the Kriging meta-models. Typically, q can be limited to 2, 3 or 4.

Enfin les propriétés d’une matrice de corrélation classique Gaussienne sont conservées avec cette nouvelle expression de la fonction de corrélation.Finally, the properties of a classical Gaussian correlation matrix are preserved with this new expression of the correlation function.

Une fois les méta-modèles des réponses ainsi construits, le procédé peut comprendre une étape facultative (étape 3) de recherche d’au moins un point de faisabilité. Cette étape est en effet mise en œuvre si et seulement si le plan d’expérience initial ne comporte aucun point faisable.Once the meta-models of the responses thus constructed, the method may include an optional step (step 3) of searching for at least one feasibility point. This step is indeed implemented if and only if the initial experience plan has no feasible point.

Par point faisable, on entend un dimensionnement x satisfaisant toutes les contraintes, c’est-à-dire un dimensionnement pour lequel ^(x) < 0 pour tout / de 1 à m. A cet effet, en utilisant les méta-modèles de Krigeage obtenus à l’étape précédente, et dont le coût unitaire d’évaluation en un point x est négligeable, le processeur recherche au cours d'une sous-étape 3a, parmi tout le domaine de conception - et donc pour tous les dimensionnements x possibles de ce domaine et pas seulement ceux du plan d’expérience initial - le dimensionnement x maximisant la probabilité de respect de l’ensemble des contraintes :By feasible point, we mean a dimensioning x satisfying all the constraints, that is to say a dimensioning for which ^ (x) <0 for all / from 1 to m. For this purpose, by using the Kriging meta-models obtained in the previous step, and whose unit evaluation cost at a point x is negligible, the processor searches during a substep 3a, among all the design domain - and therefore for all possible x-sizing of this domain and not just those of the initial design plane - x-dimensioning maximizing the probability of compliance with all constraints:

Avec m le nombre de contraintes, ^le méta-modèle de la contrainte d’indice / (c’est-à-dire le prédicteur de g,(x)), P la probabilité que la contrainte g, correspondante soit respectée pour le point x.With m the number of constraints, the meta-model of the index constraint / (that is to say the predictor of g, (x)), P the probability that the corresponding constraint g is respected for the point x.

Il s’agit donc d’un problème d’optimisation non contraint.It is therefore an uncompressed optimization problem.

La résolution d’un tel problème se fait par exemple en utilisant un algorithme d’optimisation du type de celui décrit dans la publication suivante : [6] M.J.D. Powell, “A direct search optimization method that models the objective and constraint functions by linear interpolation”,inS. Gomez and J-P.Hennart, editors, Advances in optimization and numerical analysis, pages 51-67. Springer Verlag, 1994.The resolution of such a problem is done for example using an optimization algorithm of the type described in the following publication: [6] M.J.D. Powell, "A direct search optimization method that models the objective and constraint functions by linear interpolation", inS. Gomez and J-P.Hennart, editors, Advances in Optimization and Numerical Analysis, pages 51-67. Springer Verlag, 1994.

Une fois que le dimensionnement « candidat », maximisant cette probabilité, est identifié, le procédé comprend le calcul réel du respect des contraintes g,(x) et de l’objectif y(x) pour ce dimensionnement, par appel aux modèles de simulation.Once the "candidate" sizing, maximizing this probability, is identified, the method includes the actual computation of the respect of the constraints g, (x) and the objective y (x) for this sizing, by call to the simulation models. .

Le dimensionnement x ainsi que les g,(x) et y(x) sont ajoutés au plan d’expérience initial pour obtenir un plan d’expérience enrichi, au cours d’une sous-étape 3b. Les méta-modèles de Krigeage sont alors reconstruits au cours d’une étape 3c à partir du plan d’expérience enrichi conformément à la sous-étape 2 décrite ci-avant. Puisque le plan d’expérience enrichi comporte plus d’informations, les méta-modèles sont plus précis.Sizing x as well as g, (x) and y (x) are added to the initial design plane to obtain an enriched experience design, during a substep 3b. The Krigeage meta-models are then reconstructed during a step 3c from the enriched experiment plan according to the substep 2 described above. Since the enriched experience plan has more information, the meta models are more accurate.

Puis, si le dimensionnement candidat satisfait réellement aux contraintes, alors le procédé passe à l’étape 4.Then, if the candidate sizing actually satisfies the constraints, then the process proceeds to step 4.

Sinon, les étapes 3a et 3bsont réitérées jusqu’à ce que :Otherwise, steps 3a and 3b are repeated until:

Un dimensionnement faisable, c’est-à-dire satisfaisant aux contraintes, soit identifié, ouA feasible dimensioning, that is to say, satisfying the constraints, is identified, or

Jusqu’à ce qu’un nombre d’itérations maximum préétabli des étapes 3a et 3b soit atteint. Le nombre d’itérations est relativement réduit compte-tenu du coût de calcul important nécessité par les modèles de simulation. Il est par exemple inférieur à 20, de préférence compris entre 5 et 15, par exemple égal à 10. L’étape 4 est la phase effective d’optimisation sous contraintes. Pour ce faire, le processeur met en œuvre un traitement d’enrichissement permettant d’enrichir de façon itérative le plan d’expérience par de nouveaux points et de mettre à jour successivement à chaque itération de l’optimisation les méta-modèles pour tendre vers une qualité de prédiction améliorée dans les zones pertinentes de l’espace de conception. A cet effet, on met en œuvre un traitement d’enrichissement de points (« Infill sampling criteria » selon la terminologie anglo-saxonne généralement utiliséejen optimisant un critère d’enrichissement qui prend en compte les méta-modèles précédemment calculés.Until a preset maximum number of iterations of steps 3a and 3b is reached. The number of iterations is relatively small in view of the high calculation cost required by the simulation models. It is for example less than 20, preferably between 5 and 15, for example equal to 10. Step 4 is the effective phase of optimization under constraints. To do this, the processor implements enrichment processing for iteratively enriching the experiment plan with new points and to successively update each iteration of the optimization meta-models to move towards improved prediction quality in the relevant areas of the design space. For this purpose, it implements a treatment of enrichment points ("Infill sampling criteria" according to the English terminology generally usedjen optimizing an enrichment criterion that takes into account previously calculated meta-models.

Les critères d’enrichissement classiquement utilisés avec des traitements de Krigeage sont couramment de type El (« Expected Improvement» selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée).The enrichment criteria conventionally used with Kriging treatments are commonly of the El type ("Expected Improvement" according to the English terminology generally used).

Dans le cas du traitement ici décrit, il est proposé d’utiliser un critère d’enrichissement de type à localisation des extrêmes régionaux.In the case of the treatment described here, it is proposed to use a type enrichment criterion with localization of regional extremes.

Un tel critère est par exemple également connu sous la dénomination WB2 ou LWB2 et est par exemple décrit dans la publication [1] déjà citée (pp. 68 et s.).Such a criterion is for example also known under the name WB2 or LWB2 and is for example described in the publication [1] already cited (pp. 68 et seq.).

Un point x(n+1) d’enrichissement est choisi pour optimiser :An enrichment point x (n + 1) is chosen to optimize:

où fmin est la valeur minimale de la fonction objectif f évaluée en x connue, c’est-à-dire la meilleure valeur obtenue de respect de l’objectif, et Φ et φεοηΐ respectivement, la fonction de répartition et la densité d’une loi normale réduite centrée, et s(x) l’estimation de l’erreur du Krigeage, définie par :where fmin is the minimum value of the objective function f evaluated at x known, that is to say the best obtained value of respect of the objective, and Φ and φεοηΐ respectively, the distribution function and the density of a reduced normal law centered, and s (x) the estimate of the Kriging error, defined by:

et σ2 est la variance du résidu, introduite ci-avant.and σ2 is the variance of the residue, introduced above.

Pour déterminer le point x<n+1> d’enrichissement, le processeur utilise les méta-modèles de Krigeage pour tester lors d’une sous-étape 4a l’ensemble des points du domaine de conception et déterminer celui maximisant le système ci-dessus. Une nouvelle fois, l’évaluation des méta-modèles est très peu coûteuse en temps de calcul et peut donc être réalisée sur tout le domaine de conception. A l’issue de cette sous-étape 4a, le processeur met en œuvre une simulation lors d’une étape 4b afin de déterminer le vecteur de valeurs réelles de la fonction objectif y(n+i)=f(x(n+ï)) et fonctjons contraintes g,(x<n+1>) correspondant au point x<n+1> déterminé lors de cette étape d’enrichissement, et ajoute le dimensionnement x<n+1> est les évaluations des fonctions au plan d’enrichissement pour obtenir un plan d’expérience enrichi.To determine the enrichment point x <n + 1>, the processor uses the Kriging meta-models to test in a substep 4a all the points of the design domain and determine the one maximizing the system below. above. Once again, the evaluation of meta-models is very inexpensive in terms of calculation time and can therefore be carried out over the entire design domain. At the end of this sub-step 4a, the processor implements a simulation during a step 4b in order to determine the vector of real values of the objective function y (n + 1) = f (x (n + 1) )) and constraints g, (x <n + 1>) corresponding to the point x <n + 1> determined during this enrichment step, and adds the dimensioning x <n + 1> is the evaluations of the functions in the plane enrichment to obtain an enriched experience plan.

Au cours d’une étape 4c, les méta-modèles de Krigeage sont reconstruits à partir du plan d’expérience enrichi pour plus de précision. L’étape 4 est ensuite itérée en utilisant comme plan d’expérience enrichi le plan précédent complété par le point x<n+1> et le vecteur de valeurs des réponses )/n+1>et g,(x<n+1>) qui lui correspond.During a step 4c, the Krigeage meta-models are reconstructed from the enriched experience plan for more precision. Step 4 is then iterated using as the enriched experimental design the preceding plane completed by the point x <n + 1> and the value vector of the responses) / n + 1> and g, (x <n + 1 >) which corresponds to it.

Ces itérations sont réalisées tant que le budget de calcul alloué n’est pas épuisé.These iterations are carried out as long as the allocated calculation budget is not exhausted.

Les points d’enrichissement ainsi successivement calculés convergent vers un point optimisé.The enrichment points thus successively calculated converge towards an optimized point.

Lorsque le traitement s’arrête, on peut sélectionner comme dimensionnement de la pièce que l’on cherchait à concevoir celui correspondant à la meilleure valeur d’atteinte d’objectif, c’est-à-dire la valeur minimale de la fonction f d’objectif (fmin) respectant les contraintes.When the processing stops, it is possible to select as dimensioning of the part that one sought to design the one corresponding to the best value of objective achievement, that is to say the minimum value of the function f objective (fmin) respecting constraints.

Le cas échéant, des pièces sont fabriquées sur la base de cette conception.Where appropriate, parts are manufactured on the basis of this design.

Dans le cas d’un aubage de turbomachine, par exemple, le traitement peut être réalisé sous une chaîne de calcul automatisée utilisant le logiciel OPTIMUS ® de la société NOESIS.In the case of a turbomachine blading, for example, the treatment can be performed under an automated calculation chain using the OPTIMUS ® software of the company NOESIS.

Les données suivantes sont initialement fournies: - définition des variables de définition et leurs bornes de variation (variables géométriques associées aux aubages), - définition des objectifs et contraintes du problème d’optimisation (sorties de la chaîne OPTIMUS), - définition des données d’entrées nécessaires à la chaîne d’optimisation (géométrie de référence des aubages et autres données). Également, les paramétrages suivants sont préalablement définis pour la mise en œuvre de l’algorithme d’optimisation : - Taille du plan d’expérience initial de type Latin Hypercube ou sélection d’un plan d’expérience pré-calculé - Nombre de composantes principales ou variables latentes (pour le calcul KPLS) - Type du noyau du Krigeage (le noyau Gaussien est le plus souvent utilisé mais il existe d’autres noyaux dans la littérature, par exemple la publication de C. Rasmussen, C. Williams, « Gaussian Process for Machine Learning. Adaptive computation and Machine Learning », MIT Press, Cambridge, MA, USA, 2006), - Choix de l’objectif et des contraintes à prendre en compte pour l’optimisation - Nombre de points d’enrichissement en phase de recherche de faisabilité (le cas échéant) - Nombre de points d’enrichissement en phase d’optimisationThe following data are initially provided: - definition of the definition variables and their limits of variation (geometrical variables associated with the blades), - definition of the objectives and constraints of the optimization problem (outputs of the OPTIMUS chain), - definition of the data of d necessary inputs to the optimization chain (reference geometry of the blades and other data). Also, the following settings are defined beforehand for the implementation of the optimization algorithm: - Size of the initial experiment plan type Latin Hypercube or selection of a pre-calculated experience plan - Number of main components or latent variables (for KPLS calculation) - Kriging kernel type (the Gaussian kernel is most commonly used but there are other nuclei in the literature, eg the publication of C. Rasmussen, C. Williams, "Gaussian Process for Machine Learning: Adaptive Computation and Machine Learning, "MIT Press, Cambridge, MA, USA, 2006), - Choosing the Objective and Constraints to Consider for Optimization - Number of Enrichment Points in Phase feasibility study (if applicable) - Number of enrichment points in the optimization phase

En cours de traitement, l’outil fournit différents fichiers listés ci-dessous. - La table de résultats des expériences, mise à jour à chaque itération du processus d’optimisation, et dans un format compatible pour un post-traitement via le logiciel OPTIMUS®. - Un graphe de convergence des réponses du problème au fur et à mesure des itérations d’optimisation, mis à jour à chaque itération. - Une cartographie des contraintes violées, mise à jour à chaque itération. - Le fichier contenant l’optimum final identifié ou le meilleur point calculé au regard de l’objectif et du respect des contraintes du problème.During processing, the tool provides various files listed below. - The results table of the experiments, updated at each iteration of the optimization process, and in a compatible format for post-processing via the OPTIMUS® software. - A graph of convergence of the responses of the problem as iterations of optimization, updated at each iteration. - A mapping of violated constraints, updated at each iteration. - The file containing the final optimum identified or the best point calculated with respect to the objective and the respect of the constraints of the problem.

Avec un procédé du type de celui qui vient d’être décrit, la recherche de points de faisabilité qui est mise en œuvre avant d’entamer la phase d’optimisation permet d’identifier en amont de l’optimisation les zones respectant les contraintes métier, souvent nombreuses, tout en améliorant la qualité des méta-modèles. Il est important de souligner ici que le point initial utilisé pour l’optimisation du critère d’enrichissement s’avère fondamental pour la sélection d’un nouveau point d’enrichissement : la sélection de points de faisabilité qui est proposée (choix de points du plan d’expérience satisfaisant le maximum de contraintes physiques) s’avère particulièrement fiable.With a method of the type just described, the search for feasibility points that is implemented before starting the optimization phase makes it possible to identify zones that comply with the business constraints upstream of the optimization. , often numerous, while improving the quality of the meta-models. It is important to emphasize here that the initial point used for the optimization of the enrichment criterion is fundamental for the selection of a new enrichment point: the selection of feasibility points that is proposed (choice of points of the experience plan satisfying the maximum of physical constraints) proves to be particularly reliable.

En outre, l’intégration de la technique PLS au méta-modèle de Krigeage standard améliore la robustesse du Krigeage et réduit son coût de construction pour des problèmes en grande dimension notamment et pour des bases d’apprentissage de taille importante (>200 expériences).In addition, the integration of the PLS technique with the standard Kriging meta-model improves the robustness of Kriging and reduces its construction cost for large-scale problems in particular and for large learning bases (> 200 experiments). .

En outre, l’utilisation du critère d’enrichissement LWB2 au lieu du critère El habituel, permet une convergence plus rapide tout en assurant une exploration efficace de l’espace de conception (le critère LWB2 étant un critère plus local que le critère El).In addition, the use of the LWB2 enrichment criterion instead of the usual El criterion allows a faster convergence while ensuring an efficient exploration of the design space (the LWB2 criterion being a more local criterion than the El criterion). .

Une telle méthode est particulièrement avantageuse pour la conception d’aubage amélioré de turbomachines mais elle peut également s’appliquer à d’autres types de pièces que des aubages.Such a method is particularly advantageous for the improved turbine design of turbomachines but it can also be applied to other types of parts than blades.

Elle trouve en particulier avantageusement application dans le cas de conception de pièces de grande taille, très contraintes en termes de certification de leur dimension.It finds particularly advantageous application in the case of design of large parts, very constrained in terms of certification of their size.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1. Procédé de conception d’une pièce mécanique définie par un ensemble de variables de définition prenant des valeurs dans un espace de conception, pour déterminer un dimensionnement de la pièce optimisé du point de vue d’un objectif à atteindre, tout en respectant un ensemble de contraintes, le procédé étant mis en œuvre par une unité de traitement et comprenant la mise en œuvre d’au moins une itération de la succession des étapes: a) à partir d’un plan d’expérience comprenant au moins un dimensionnement d’une pièce, chaque dimensionnement comprenant des valeurs pour l’ensemble des variables de définition, et, pour chaque dimensionnement, une valeur de fonction objectif correspondante, construire (2, 4c) un méta-modèle de krigeage pour chaque contrainte et pour la fonction objectif, b) évaluer les méta-modèles de Krigeage sur l’espace de conception, et déterminer (4a) un dimensionnement de prédiction optimale d’atteinte de l’objectif et de respect des contraintes, c) évaluer le respect des contraintes et un degré d’atteinte de l’objectif par ledit dimensionnement, et enrichir (4b) le plan d’expérience précédent avec ledit dimensionnement et les valeurs obtenues par l’évaluation, le procédé étant caractérisé en ce que la construction des méta-modèles de Krigeage comprend la mise en œuvre d’une régression par moindres carrés partiels pour diminuer le nombre de paramètres dans la construction de chaque méta-modèle.1. A method of designing a mechanical part defined by a set of definition variables taking values in a design space, to determine a dimensioning of the optimized part from the point of view of an objective to be achieved, while respecting a set of constraints, the method being implemented by a processing unit and comprising the implementation of at least one iteration of the succession of steps: a) from an experimental design comprising at least one sizing of a part, each dimensioning including values for all the definition variables, and, for each dimensioning, a corresponding objective function value, constructing (2, 4c) a kriging meta-model for each constraint and for the function objective, b) to evaluate the Krigeage meta-models on the design space, and to determine (4a) an optimal prediction sizing of the goal achievement and to respect the constraints, c) to evaluate the respect of the constraints and a degree of attainment of the objective by the said dimensioning, and to enrich (4b) the previous plan of experience with the said dimensioning and the values obtained by the evaluation, the method being characterized in that constructing the Kriging meta-models includes performing partial least squares regression to decrease the number of parameters in the construction of each meta-model. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de construction (2, 3c, 4c) des méta-modèles de Krigeage comprend l’utilisation, pour l’expression de prédicteurs de Krigeage, d’une matrice de corrélation calculée à partir d’un nombre de paramètres de pondération strictement inférieur au nombre de variables de définition.The method according to claim 1, wherein the step of constructing (2, 3c, 4c) Kriging meta-models comprises using, for the expression of Kriging predictors, a correlation matrix computed at from a number of weighting parameters strictly less than the number of definition variables. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’étape de construction (2, 3c, 4c) des méta-modèles de Krigeage comprend l’utilisation d’une matrice de corrélation calculée à partir d’une fonction de corrélation définie par :The method of claim 2, wherein the step of constructing (2, 3c, 4c) Kriging meta-models comprises using a correlation matrix calculated from a correlation function defined by: où u et v sont deux vecteurs de coordonnées u/, v„ avec / entier compris entre 1 et d, d est le nombre de variables de définition, W est une matrice contenant des coefficients de pondération des variables initiales dans la construction des variables latentes , q est un paramètre de pondération de la variable de définition j, et q est le nombre réduit de dimensions.where u and v are two coordinate vectors u /, v "with / integer between 1 and d, d is the number of definition variables, W is a matrix containing weights of initial variables in the construction of latent variables , q is a weighting parameter of the definition variable j, and q is the reduced number of dimensions. 4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre, lors de la première itération, avant la mise en œuvre de l’étape b), la mise en œuvre d’une étape (3) de recherche d’au moins un dimensionnement satisfaisant à l’ensemble des contraintes.4. Method according to one of claims 1 to 3, further comprising, during the first iteration, before the implementation of step b), the implementation of a step (3) of research of at least one sizing satisfying all the constraints. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’étape de recherche d’un dimensionnement satisfaisant aux contraintes comprend : d) l’évaluation (3a) des méta-modèles de Krigeage sur l’espace de conception pour déterminer un dimensionnement présentant une probabilité maximale de respect des contraintes, e) l’évaluation (3b) du respect des contraintes et du degré d’atteinte de l’objectif par ledit dimensionnement, et l’enrichissement du plan d’expérience précédent avec ledit dimensionnements et les valeurs obtenues par l’évaluation, et f) la mise à jour (3c) des méta-modèles de Krigeage à partir du plan d’expérience enrichi.The method of claim 4, wherein the step of searching for a constraint sizing comprises: d) evaluating (3a) Kriging meta-models on the design space to determine a sizing having a maximum probability of respect of the constraints, e) the evaluation (3b) of the respect of the constraints and the degree of attainment of the objective by said dimensioning, and the enrichment of the previous plan of experience with said sizing and the obtained values by the evaluation, and f) the update (3c) of the Krigeage meta-models from the enriched experience plan. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les étapes d) à f) sont mises en œuvre de manière itérative jusqu’à déterminer un dimensionnement respectant l’ensemble des contraintes, ou jusqu’à un nombre maximal d’itérations prédéterminé.6. The method of claim 5, wherein steps d) to f) are implemented iteratively until determining a dimensioning respecting all constraints, or up to a predetermined maximum number of iterations. 7. Procédé selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel l’étape b) est mise en œuvre en évaluant les méta-modèles de Krigeage générés sur la base du dernier plan d’expérience enrichi.7. Method according to one of claims 4 or 5, wherein step b) is implemented by evaluating the Krigeage meta-models generated on the basis of the last enriched experience plan. 8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, lors de la première itération, le plan d’expérience initial est un plan d’expérience pré-calculé ou un plan de type Latin Hypercube.8. Method according to one of the preceding claims, wherein, during the first iteration, the initial experience plane is a pre-calculated experiment plan or a Latin Hypercube type plan. 9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les étapes a) à c) sont itérées jusqu’à atteindre un nombre d’itérations pré-déterminé, et un dimensionnement optimal de la pièce est le dernier dimensionnement ayant enrichi le plan d’expérience à l’étape c).9. Method according to one of the preceding claims, wherein the steps a) to c) are iterated until a pre-determined number of iterations is reached, and an optimal dimensioning of the part is the last dimensioning having enriched the plan experience in step c). 10. Produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications précédentes, lorsqu’il est exécuté par un processeur.Computer program product, comprising code instructions for implementing the method according to one of the preceding claims, when executed by a processor. 11. Unité de traitement, comprenant un processeur configuré pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 9.11. Processing unit, comprising a processor configured for implementing the method according to one of claims 1 to 9.
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