DE10222700B4 - Computer-aided method for mass and / or function optimization of vehicle components and structures - Google Patents
Computer-aided method for mass and / or function optimization of vehicle components and structures Download PDFInfo
- Publication number
- DE10222700B4 DE10222700B4 DE2002122700 DE10222700A DE10222700B4 DE 10222700 B4 DE10222700 B4 DE 10222700B4 DE 2002122700 DE2002122700 DE 2002122700 DE 10222700 A DE10222700 A DE 10222700A DE 10222700 B4 DE10222700 B4 DE 10222700B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- approximation model
- parameter set
- approximation
- target
- met
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
Abstract
Computergestütztes Verfahren
zur Massen- und/oder Funktionsoptimierung von Fahrzeugkomponenten
und -strukturen, das die Schritte umfaßt:
Erfassen (S110) einer
Anfangs-Punktemenge realen Parameter-Zielgrößen-Punkten Pi 1 = (pi 1;
gi 1) für eine Anfangs-Parametermenge Π1 =
{pi 1};
Generieren
(S120) wenigstens eines ersten Approximationsmodells Ψ i 1 für diese
Anfangs-Punktemenge;
Bestimmung
(S130) eines optimalen Parametersatzes p1* unter
Verwendung des ersten Approximationsmodells;
Prüfen (S140),
ob eine Abbruchbedingung erfüllt
ist;
Beenden des Verfahrens, falls die Abbruchbedingung erfüllt ist;
und
falls die Abbruchbedingung nicht erfüllt ist, Abarbeiten wenigstens
einer weiteren Iterationsschleife (j + 1), die umfaßt:
Vorgabe
(S50) einer neuen Parametermenge Πj+1 = {p1 j+1} für
diese Iterationsschleife (j + 1);
Erfassen (S10) einer Punktemenge
realer Parameter-Zielgrößen-Punkte
Pi j+1 = (pi j+1; gi j+1) für
diese neuen Parametermenge Πj+1;
Generieren (S20) von wenigstens
einem ersten Approximationsmodell Ψ i j+1 für diese
Iterationsschleife (j + 1);
Bestimmung (S30) eines optimalen
Parametersatzes pj+1* unter Verwendung dieses
ersten Approximationsmodells für
diese Iterationsschleife...Computer-assisted method for mass and / or function optimization of vehicle components and structures, comprising the steps of:
Detecting (S110) an initial point set of real parameter-target-size points P i 1 = (p i 1 ; g i 1 ) for an initial parameter set Π 1 = {p i 1 };
Generating (S120) at least one first approximation model Ψ i 1 for this initial point set;
Determining (S130) an optimal parameter set p 1 * using the first approximation model;
Checking (S140) whether an abort condition is met;
Terminate the procedure if the termination condition is met; and
if the termination condition is not met, processing at least one further iteration loop (j + 1) comprising:
Specification (S50) of a new parameter set Π j + 1 = {p 1 j + 1 } for this iteration loop (j + 1);
Detecting (S10) a set of points of real parameter-target-size points P ij + 1 = (p ij + 1 ; g i j + 1 ) for this new parameter set Π j + 1 ;
Generating (S20) at least a first approximation model Ψ i j + 1 for this iteration loop (j + 1);
Determination (S30) of an optimal parameter set p j + 1 * using this first approximation model for this iteration loop ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein computergestütztes Verfahren zur Massen- und/oder Funktionsoptimierung von Fahrzeugkomponenten und -strukturen.The The present invention relates to a computerized method for mass and / or functional optimization of vehicle components and structures.
Systeme
wie Fahrzeugkomponenten und -strukturen sind stets durch einen oder
mehrere Parameter p = (p1, ..., pP) charakterisiert. Ziel von Entwicklungsprozessen
ist es, einen Satz p* der Parameter zu finden, für den eine oder mehrere Zielgrößen g =
(g1, ..., gG) optimal,
d.h. in der Regel extremal (minimal oder maximal) werden, wobei
u.U. eine oder mehrere Nebenbedingungen h1(p) ≤ 0; h2(p) = 0 einzuhalten sind, also
Beispielsweise ist es ein Ziel bei der Fahrzeugentwicklung, als Parameter p die Blechdicken der Karosserie so zu wählen, daß als Zielfunktionen g Gewicht und/oder Kosten des Fahrzeugs minimal werden, wobei gleichzeitig bestimmte Crashtestwerte h1 unterschritten und bestimmte Außenabmessungen h2 eingehalten werden müssen.For example, it is a goal in vehicle development to select as parameters p the sheet thicknesses of the body so that as a target functions g weight and / or cost of the vehicle are minimal, while falling below certain crash test values h 1 and certain external dimensions h 2 must be complied with.
Ist dabei ein funktioneller Zusammenhang zwischen den Parametern und den Zielgrößen bekannt, etwa in Form einer (linearen oder nichtlinearen) Funktion g = Ψ(p), so existiert eine Reihe von Optimierungsverfahren, sogenannten Optimierern, zur Lösung dieses Problems. Hierbei ist in der Regel die Auswertung der Funktion für mehrere, oftmals sehr viele Parametersätze notwendig.is a functional relationship between the parameters and known to the target sizes, in the form of a (linear or nonlinear) function g = Ψ (p), see above There are a number of optimization methods, so-called optimizers, for solution this problem. This is usually the evaluation of the function for many, often very many parameter sets necessary.
Häufig ist jedoch ein solcher funktioneller Zusammenhang nicht bekannt. Vielmehr hat der Entwickler nur eine (in der Regel begrenzte) Anzahl von Parameter-Zielgrößen-Punkten Pi = (pi; gi); i = 1,I zur Verfügung, beispielsweise aus Versuchen und/oder (oft sehr aufwendigen) Simulationen. In obigem Beispiel sind aus Zeit- und Kostengründen etwa nur wenige reale Crashtests mit verschiedenen Blechdicke-Verteilungen möglich. Auch FEM-Simulationen sind zeitintesiv: so erfordert ein einzelner Simulationslauf für einen bestimmten Parametersatz pi in obigem Beispiel heute z.T. noch mehrere Tage.Frequently, however, such a functional relationship is not known. Rather, the developer has only a (usually limited) number of parameter target size points P i = (p i ; g i ); i = 1, I available, for example, from experiments and / or (often very expensive) simulations. In the example above, due to time and cost reasons, only a few real crash tests with different sheet thickness distributions are possible. Even FEM simulations are time intensive: for example, a single simulation run for a certain parameter set p i in the above example sometimes still requires several days.
Solche Parameter-Zielgrößen-Punkte werden nachfolgend als reale Parameter-Zielgrößen-Punkte Pi = (pi; gi) bezeichnet (wenngleich sie beispielsweise auch aus einer (komplexen) Simulation stammen können), um sie von approximierten Parameter-Zielgrößen-Punkten P j = (p j; g j ) zu unterscheiden, die, wie nachfolgend beschrieben, aus sogenannten Approximationsmodellen gewonnen werden.Such parameter target-size points are referred to below as real parameter-target-size points P i = (p i ; g i ) (although, for example, they can also come from a (complex) simulation) to approximate parameter-target-size points P j = ( p j ; g j ), which, as described below, are obtained from so-called approximation models.
Daher besteht also das Problem, daß einerseits Optimierer eine Vielzahl von Parameter-Zielgrößen-Punkten zur Ermittlung eines Optimums benötigen, andererseits die Bereitstellung solcher Parameter-Zielgrößen-Punkte oftmals sehr aufwendig und auch bei Einsatz von Simulationswerkzeugen zumindest zeitintensiv ist.Therefore So there is the problem that on the one hand Optimizer a variety of parameter-target-size points for identification need an optimum, on the other hand, the provision of such parameter-target size points often very expensive and also when using simulation tools at least time consuming.
Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, den funktionellen Zusammenhang g = Ψ(p) anhand weniger realer Parameter-Zielgrößen-Punkten Pi = (pi; gi) mittels eines Approximationsmodells g = Ψ(p) zu approximieren, wobei der Optimierer dann dieses verhältnismäßig schnell und einfach auszuwertende Approximationsmodell zur Ermittlung weiterer, vom Optimierer benötigter Parameter-Zielgrößen-Punkte P j = (p j; g j) und/oder von Gradienten(und evtl.)verwendet.To solve this problem, it is known to approximate the functional relationship g = Ψ (p) by means of an approximation model g = Ψ (p) on the basis of less real parameter-target-size points P i = (p i ; g i ) then this approximatively fast and easy-to-evaluate approximation model for the determination of further, required by the optimizer parameter-target size points P j = ( p j ; g j ) and / or of gradients (and maybe ) Was used.
Dabei ergibt sich das Problem, daß ein Approximationsmodell Ψ1, welches anhand einer Menge ursprünglicher Parameter-Zielgrößen-Punkten Pi 1 generiert wurde, den realen Zusammenhang zwischen den Parametern und den Zielgrößen, etwa im Bereich einer optimalen Lösung, nicht richtig wiedergibt und damit eventuell zu falschen „optimalen" Parametern führt. Dies wird nachteilig oft erst beim Einsatz dieser – vermeintlich optimalen – Parameter in einem späten Entwicklungsstadium festgestellt, was erhebliche Folgekosten (neue Optimierung oder Verwendung der nicht-optimalen Parameter) verursacht.This results in the problem that an approximation model Ψ 1, which was generated on the basis of a set of original parameter target values P i 1 , does not correctly reflect the real relationship between the parameters and the target values, for example in the region of an optimal solution, and thus This may often be adversely affected by the use of these - supposedly optimal - parameters at a late stage of development, which causes significant consequential costs (new optimization or use of non-optimal parameters).
Der Artikel von Torczon, V; Trosset, M.W., Using approximations to accelerate engineering design optimization, Proc. 7th AIAA/USAF/NASA/ISSMO Symp. on Multidisciplinary Analysis and Optimization, offenbart ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem iterativ ein Approximationsmodell erzeugt wird. Insbesondere schlägt der Artikel vor, zusätzlich den Abstand zum nächstgelegenen realen Parameter-Zielgrößen-Punkt im Gütekriterium zu berücksichtigen, um auch in solchen Gebieten zu suchen, in denen wenige reale Daten vorliegen. Es wird jedoch nur ein Approximationsmodell unabhängig von dessen Güte verwendet.The article by Torczon, V; Trosset, MW, Using approximations to accelerate engineering design optimization, Proc. 7 th AIAA / USAF / NASA / ISSMO Symp. On Multidisciplinary Analysis and Optimization, discloses a method according to the preamble of claim 1, in which an approximation model is iteratively generated. In particular, the article proposes to additionally consider the distance to the nearest real parameter target point in the quality criterion in order to search in those areas where there are few real data. However, only one approximation model is used regardless of its quality.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem Artikel von Torczon und Trosset ein effizienteres Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Massen- und/oder Funktionsoptimierung von Fahrzeugkomponenten und -strukturen zur Verfügung zu stellen.task The present invention is based on the article of Torczon and Trosset a more efficient method or apparatus for mass and / or function optimization of vehicle components and structures available to deliver.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1, 13, 14 bzw. 15 gelöst.These The object is achieved by the features of claim 1, 13, 14 and 15, respectively solved.
Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
umfaßt die
Schritte:
S110: Erfassen von realen Parameter-Zielgrößen-Punkten
Pi 1 = (pi 1; gi 1) für
eine Anfangs-Parametermenge Π1 =
{pi 1}, i = 1, ...,I1;
S120: Generieren wenigstens eines
ersten Approximationsmodells Ψ k 1;
S130: Bestimmung
eines optimalen Parametersatzes p1* unter
Verwendung des ersten Approximationsmodells;
S140: Prüfen, ob
eine Abbruchbedingung erfüllt
ist;
Beenden des Optimierungsverfahrens, falls die Abbruchbedingung
erfüllt
ist; und falls die Abbruchbedingung nicht erfüllt ist:
S50: Vorgabe
einer neuen Parametermenge Πj+1 = {p1 j+1};
S10: Erfassen realer Parameter-Zielgrößen-Punkte Pi j+1 = (pi j+1; gi j+1) für
diese neuen Parametermenge;
S20: Generieren wenigstens eines
ersten Approximationsmodells Ψ k j+1 für diese
realer Parameter-Zielgrößen-Punkte;
S30:
Bestimmung eines optimalen Parametersatzes pj+1*
unter Verwendung dieses ersten Approximationsmodells;
S40:
Prüfen,
ob eine Abbruchbedingung erfüllt
ist;
Beenden des Optimierungsverfahrens, falls die Abbruchbedingung
erfüllt
ist; und wiederholen der Schritte S50, S10-S40, falls die Abbruchbedingung nicht
erfüllt
ist,
wobei in den Schritten S20 und/oder S120 jeweils mehr
als ein Approximationsmodell Ψ k j+1; k ≥ 1 erzeugt
und aus diesen k Approximationsmodellen in einem Schritt S22 bzw.
S122 jeweils dasjenige mit der besten Prognosefähigkeit als das erste Approximationsmodell
ausgewählt
wird, das für
diese Iterationsschleife bei der Optimierung verwendet wird.A method according to the invention comprises the steps:
S110: acquiring real parameter target point P i 1 = (p i 1 ; g i 1 ) for an initial parameter set Π 1 = {p i 1 }, i = 1, ..., I 1 ;
S120: generating at least a first approximation model Ψ k 1 ;
S130: determination of an optimal parameter set p 1 * using the first approximation model;
S140: check if an abort condition is met;
Terminate the optimization procedure if the termination condition is met; and if the termination condition is not met:
S50: specification of a new parameter set Π j + 1 = {p 1 j + 1 };
S10: acquiring real parameter target point P i j + 1 = (p i j + 1 ; g i j + 1 ) for this new set of parameters;
S20: generating at least one first approximation model Ψ k j + 1 for these real parameter-target-size points;
S30: determination of an optimal parameter set p j + 1 * using this first approximation model;
S40: check if an abort condition is met;
Terminate the optimization procedure if the termination condition is met; and repeating steps S50, S10-S40 if the termination condition is not met,
wherein in steps S20 and / or S120 more than one approximation model Ψ k j + 1 ; k ≥ 1 and from these k approximation models in a step S22 or S122 respectively the one with the best prediction capability is selected as the first approximation model that is used for this iteration loop in the optimization.
Durch ein solches erfindungsgemäßes Verfahren wird also nicht wie bisher nach dem Stand der Technik lediglich anhand einer Anfangs-Parametermenge ein einziges Approximationsmodell erzeugt und unter Verwendung dieses einen Modells ein optimaler Parametersatz für dieses Approximationsmodell ermittelt, sondern es werden iterativ solange jeweils neue Approximationsmodelle erzeugt, bis ein optimaler Parametersatz für das reale System mit hinreichender Genauigkeit (bzw. bis eine andere Abbruchbedingung erfüllt ist) ermittelt wurde. Dabei wird für jedes Folgemodell eine neue Parametermenge vorgegeben, für die (wenigstens) ein Approximationsmodell erzeugt wird.By such a method according to the invention Will not be as before according to the prior art only based on an initial parameter set a single approximation model generated and optimal using this one model Parameter set for this approximation model is determined, but iterative as long as each new approximation models generated until an optimal Parameter set for the real system with sufficient accuracy (or until another Termination condition fulfilled is) was determined. This will be a new for each successor model Parameter set specified, for which (at least) an approximation model is generated.
Vorteilhafterweise enthält diese neue Parametermenge Πj+1 die Parametermenge der vorhergehenden Iterationsschleife Πj, so daß die Datenbasis {pi j+1}, mit der das (wenigstens eine) neue Approximationsmodell Ψ k j+1 erzeugt wird, ständig wächst und so die Qualität der Approximationsmodelle in jedem Iterationsschritt j → (j + 1) verbessert wird.Advantageously, this new parameter set Π j + 1 contains the parameter set of the preceding iteration loop Π j , so that the database {p i j + 1 } with which the (at least one) new approximation model Ψ k j + 1 is generated is constantly growing and so on the quality of the approximation models in each iteration step j → (j + 1) is improved.
Vorteilhafterweise umfaßt die neue Parametermenge Πj+1 Parametersätze, die in der Umgebung des im vorigen Iterationsschritt gefundenen optimalen Parametersatzes pj* liegen. Vorteilhafterweise werden diese Parametersätze nach einer vorgegebenen Verteilung, etwa einer Gleich- oder einer Normalverteilung, oder stochastisch oder nach einem Design-Of-Experiment-Verfahren erzeugt. Gleichermaßen kann in einer bevorzugten Ausführung auch die Menge der I1 Anfangs-Parametersätze Π1 = {pi 1}; i = 1, ...,I1 erzeugt werden, indem etwa für jeden Parameter eine Normalverteilung um einen Ausgangswert verwendet wird.Advantageously, the new parameter set Π j + 1 parameter sets, which are in the vicinity of the found in the previous iteration step optimal parameter set p j *. Advantageously, these parameter sets are generated according to a predetermined distribution, for example a DC or a normal distribution, or stochastically or according to a design-of-experiment method. Similarly, in a preferred embodiment, the set of I 1 initial parameter sets Π 1 = {p i 1 }; i = 1, ..., I 1 are generated, for example, by using a normal distribution about an output value for each parameter.
Vorteilhafterweise werden in den Schritten S20 bzw. S120 mehr als ein Approximationmodell Ψ k j+1; k ≥ 1 erzeugt und aus diesen k Approximationsmodellen in einem Schritt S22 bzw. S122 dasjenige mit der besten Prognosefähigkeit als das erste Approximationsmodell ausgewählt, das bei der Optimierung verwendet wird. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird anschließend in einem Schritt S25 bzw. S125 überprüft, ob das ausgewählte erste Approximationsmodell eine ausreichende Prognosefähigkeit aufweist. Falls dies nicht der Fall ist, kann an dieser Stelle das Optimierungsverfahren abgebrochen werden (da mit dem Approximationsmodell der reale Zusammenhang zwischen Parametern und Zielgrößen nicht ausreichend approximert werden kann und damit eine Optimierung unter Verwendung des Approximationsmodells keine Aussagekraft für das reale System hätte) oder solange die Datenbasis und/oder das Approximationsmodell angepaßt werden, bis in Schritt S25 bzw. S125 eine ausreichende Prognosefähigkeit festgestellt wird. Die Generierung mehrerer Approximationsmodelle kann beispielsweise umfassen:
- • ein lineares Regressionsmodell; und/oder
- • ein quadratisches Regressionsmodell; und/oder
- • eines sonstiges Regressionsmodell, bei dem kubische und höhere Terme, e-Funktionen, logarithmische und/oder trigonometrische Funktionen etc. verwendet werden; und/oder
- • ein neuronales Netz; und/oder
- • kubische oder B-Splines und/oder
- • Kriging-Modelle,
- • a linear regression model; and or
- • a quadratic regression model; and or
- • another regression model using cubic and higher terms, e-functions, logarithmic and / or trigonometric functions, etc .; and or
- • a neural network; and or
- • cubic or B-splines and / or
- • Kriging models,
Die Erzeugung, Validierung und Selektion mehrerer Approximationsmodelle ist insbesondere in der deutschen/europäischen/PCT-Anmeldung „Regelbasiertes Optimierungsverfahren" des gleichen Anmelders mit dem gleichen Anmeldetag wie die vorliegende Anmeldung offenbart. Insofern wird hier vollinhaltlich Bezug auf o.g. Anmeldung genommen und deren Inhalt in die vorliegende Anmeldung einbezogen.The Generation, validation and selection of several approximation models is particularly in the German / European / PCT application "rule-based Optimization procedure "of the same applicant with the same filing date as the present application Application disclosed. In this respect, full reference is made here above-mentioned Application and its contents in the present application included.
In einer bevorzugten Ausführung kann in Schritt S27 bzw. S127 ein geeigneter Optimierer ausgewählt werden, etwa für lineare Approximationsmodelle ein linearer Optimierer, für quadratische Approximationsmodelle ein quadratischer Optimierer und für andere, nichtlineare Approximationsmodelle beispielsweise ein SQP-Optimierer. Hierfür können in einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Reihe bekannter Optimierer nach dem Stand der Technik zur Auswahl bereitgestellt werden, beispielsweise Achsparallele Suche, (Konjugierte-)Gradientenverfahren, (Quasi-)Newton-Verfahren, Simplexverfahren, Straffunktionsverfahren, Verfahren der zulässigen Richtung, Muliplikatoren-Straffunktionsverfahren, Sequentielle Quadratische Programmierung (SQP), Complex-Methode, Simuliertes Ausglühen, Evolutionäre Algorithmen, Hierarische Optimierer, Dynamische Programmierung (Bellman), (Diskrete) stochastische Dynamische oder LQ-Optimierung, Lineare Quadratische Gauss-Optimierung und dergleichen, wobei obige Liste selbstverständlich nicht abschließend ist, sondern jeder der Fachwelt bekannte Optimierer eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann dann automatisch für ein lineares Approximationsmodell ein Simplex-Verfahren, für ein durch eine Funktion (Polynom etc.) beschriebenes Approximationsverfahren ein SQP-Verfahren, für ein neuronales Netz ein Evolutionsansatz und für die realen Parameter-Zielgrößen-Punkte ein stochastischer Algorithmus ausgewählt werden Gleichermaßen kann für alle Approximationsmodelle ein einziger Optimierer, etwa ein SQP-Optimierer verwendet werden.In a preferred embodiment In step S27 or S127, a suitable optimizer can be selected. about for linear approximation models a linear optimizer, for quadratic ones Approximation models a quadratic optimizer and for others, non-linear approximation models, for example, an SQP optimizer. Therefor can in a method according to the invention a number of known prior art optimizers to choose from For example, axis-parallel search, (conjugate) gradient method, (Quasi-) Newton method, simplex method, penalty function method, Procedure of permissible Direction, multiplier penalty function method, Sequential Square Programming (SQP), Complex Method, Simulated Annealing, evolutionary algorithms, Hierarchical optimizers, Dynamic Programming (Bellman), (Discrete) stochastic Dynamic or LQ optimization, Linear Gaussian quadratic optimization and the like, the above List of course not final is, but any of the experts known optimizer can be used can. For example, then automatically for a linear approximation model a simplex method, for an approximation method described by a function (polynomial, etc.) a SQP procedure, for a neural network is an evolutionary approach and for the real parameter-target-size points a stochastic algorithm can be selected equally for all approximation models a single optimizer, such as a SQP optimizer can be used.
Weist hingegen das (beste) Approximationsmodell keine ausreichende Prognosefähigkeit auf, so können beispielsweise nur reale Parameter-Zielgrößen-Punkte verwendet werden. Vorteilhafterweise wird dann in Schritt S27 bzw. S127 ein evolutionsbasierter Algorithmus verwendet, der aus einer begrenzten Anzahl von vorhandenen Parameter-Zielgrößen-Punkten effizient einen optimalen Parametersatz auffinden kann. Gleichermaßen können hier beispielsweise stochastische Optimierer eingesetzt werden.has however, the (best) approximation model does not have sufficient predictive capability on, so can For example, only real parameter target points are used. Advantageously, then in step S27 or S127 an evolution-based Algorithm used, consisting of a limited number of existing ones Parameter target size points efficient can find an optimal parameter set. Likewise, here For example, stochastic optimizers are used.
Auch bezüglich der Schritte S27 bzw. S127 ist wird hier vollinhaltlich Bezug auf o.g. deutschen Anmeldung „Regelbasiertes Optimierungsverfahren" des gleichen Anmelders mit dem gleichen Anmeldetag bezug genommen und deren Inhalt in die vorliegende Anmeldung einbezogen.Also in terms of of steps S27 and S127 is hereby incorporated by reference above-mentioned German registration "rule-based Optimization procedure "of the the same applicant with the same filing date, and the contents of which are incorporated in the present application.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt:Further Advantages, features and embodiments emerge from the dependent claims and the embodiments described below. This shows:
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Optimieren von Parametern anhand eines technischen Systems exemplarisch erläutert.following becomes a method according to the invention for optimizing parameters using a technical system as an example explained.
Es sollen die Blechdicken p = (p1, ..., pP) an P verschiedenen signifikanten Punkten einer Fahrzeugkarosserie so ausgelegt werden, daß die Deformation g1 der Karosserie bei einem Frontalaufprall minimal wird. Dabei darf das Fahrzeuggewicht h1 nicht mehr als 1.500 kg betragen.The sheet thicknesses p = (p 1 ,..., P P ) at P different significant points of a vehicle body should be designed so that the deformation g 1 of the body becomes minimal in a frontal impact. The vehicle weight h 1 must not exceed 1,500 kg.
Hier ist das maximal zulässige Fahrzeuggewicht als sogenannte Ungleichheits-Nebenbedingung formuliert. Sollen solche Nebenbedingungen h1, bzw. h2 explizit berücksichtigt werden, so sind für diese völlig analog zu den Approximationsmodellen g = Ψ(p) für den Zusammenhang zwischen Parametern und Zielgrößen Approximationsmodelle (h1; h2) = Ψ'(p) für den Zusammenhang zwischen Parametern und Nebenbedingungen zu verwenden. Eventuell liegen jedoch für den Zusammenhang zwischen Parametern und Nebenbedingungen auch bereits geeignete Approximationsmodelle vor: im hier erläuterten Beispiel ist die Berechnung des Fahrzeuggewichts bei gegebenen Blechdicken schnell und daher auch im Rahmen des Optimierers auszuwerten.Here, the maximum permissible vehicle weight is formulated as a so-called inequality constraint. If such constraints h 1 or h 2 are to be explicitly taken into account, then for them the approximation models (h 1 , h 2 ) = Ψ ' (p) are completely analogous to the approximation models g = Ψ (p) for the relationship between parameters and target values. for the relationship between parameters and constraints. However, suitable approximation models may already be available for the relationship between parameters and constraints: in the example explained here, the calculation of the vehicle weight for given sheet thicknesses is to be evaluated quickly and therefore also within the scope of the optimizer.
Gleichermaßen kann das Fahrzeuggewicht aber auch als zusätzliche Zielgröße g2 berücksichtigt und eine Mehrkriterien- oder Vektoroptimierung durchgeführt werden, was zu einer pareto-optimalen Lösungsmannigfaltigkeit führt, aus der der Entwickler dann einen geeigneten Kompromiß auswählen kann. Der Einfachheit halber wird im folgenden das Fahrzeuggewicht als sogenannte Straf-(„Penalty-")Funktion berücksichtigt, d.h., die Zielgröße g setzt sich aus der Summe von Deformation g1 und Fahrzeuggewicht h1 zusammen.Equally, however, the vehicle weight may also be considered as an additional target size g 2 and a multi-criteria or vector optimization performed, resulting in a Pareto-optimal solution manifold, from which the developer can then select a suitable compromise. For the sake of simplicity, the following will be the driving taken into account as a so-called penalty ("penalty") function, ie, the target size g is composed of the sum of the deformation g 1 and the vehicle weight h 1 .
Aus realen Crashversuchen mit Prototypen sind einige reale Parameter-Zielgrößen-Punkte Pi 1 = (pi 1; gi 1) bekannt. Zusätzlich werden einige FEM-Crashsimulationen durchgeführt.From real crash tests with prototypes some real parameter-target-size-points P i 1 = (p i 1 ; g i 1 ) are known. In addition, some FEM crash simulations are performed.
Hierzu werden zunächst in Schritt S1 mittels Computer stochastisch weitere Parametersätze pi 1, also angenommene Blechdicken erzeugt, indem für jede Blechdicke pi jeweils stochastisch ein Wert innerhalb eines zulässigen Bereichs generiert wird. Mit diesen Blechdicken wird dann jeweils eine FEM-Crashsimulation durchgeführt, die als Ergebnis eine Deformation gi 1 liefert. Gleichzeitig ergibt sich, beispielsweise aus einer CAD-Berechnung, das Fahrzeuggewicht für diesen Parametersatz. Somit wird jeweils durch eine FEM-Simulation ein weiterer realer Parameter-Zielgrößen-Punkt Pi 1 = (pi 1; gi 1) erzeugt.For this purpose, first stochastically additional parameter sets p i 1 , ie assumed sheet thicknesses, are generated in step S1 by computer by stochastically generating a value within a permissible range for each sheet thickness p i . With these sheet thicknesses, an FEM crash simulation is then carried out, which as a result yields a deformation g i 1 . At the same time results, for example, from a CAD calculation, the vehicle weight for this parameter set. Thus, a further real parameter target point P i 1 = (p i 1 ; g i 1 ) is generated by an FEM simulation.
Nun
ist also eine Anfangs-Menge (j = 1) von I1 realen
Parameter-Zielgrößen-Punkten
Pi 1 = (pi 1; gi 1) zu einer Anfangs-Parametermenge Π1 =
{pi 1}; vorhanden,
die in Schritt S110 im Computer erfaßt werden. Schematisch sind
in
Als
Approximationsmodelle werden eine trigonometrische Funktion sowie
eine lineare Funktion angesetzt:
Nach
einem der in der o.g. Anmeldung „Regelbasiertes Optimierungsverfahren" beschriebenen Verfahren
werden diese Approximationsmodelle in Schritt S120 validiert und
aufgrund seiner besseren Prognosefähigkeit das trigonometrische
Modell als erstes Approximationsmodell ausgewählt. Dieses ist in
Mittels
eines Standart-Optimierers wird in Schritt
Aufgrund der erheblichen Differenz zwischen der mittels des Approximationsmodells Ψ 1 1 ermittelten Zielgröße g 1* und der realen Zielgröße g1* wird erkannt, daß das Approximationsmodell den realen Zusammenhang zwischen Parametern und Zielgrößen im entscheidenden Bereich des – vermeintlichen – Optimums nur unzureichend beschreibt.Due to the considerable difference between the target variable g 1 * determined by means of the approximation model Ψ 1 1 and the real target variable g 1 *, it is recognized that the approximation model only insufficiently describes the real relationship between parameters and target variables in the decisive region of the - supposed - optimum.
Daher wird eine Abbruchbedingung, die im erläuterten Beispiel neben dem Erreichen einer maximalen Iterationszahl und dem erreichten realen Wert der Zielgröße auch die Abweichung zwischen Approximations- und realem Wert enthält, als nicht erfüllt betrachtet.Therefore becomes an abort condition, which in the example explained beside the Achieving a maximum iteration number and the achieved real value the target size too contains the deviation between approximation and real value, as not fulfilled considered.
Folglich wird in Schritt S50 eine neue Parametermenge Πj=2 generiert, indem zusätzlich zu den vorhandenen Parameterwerten {pi=1 1, ..., p5 1} aus der ersten Iteration Parameter stochastisch in der Umgebung des ersten optimalen Parameterwertes generiert werden: Π2 = {p1 2 = p1 1, ...,p5 2 = p5 1, p6 2 = p*1, p7 2, p8 2 }Consequently, in step S50, a new parameter set Π j = 2 is generated by generating parameters stochastically in the vicinity of the first optimal parameter value from the first iteration in addition to the existing parameter values {p i = 1 1 , ..., p 5 1 } : Π 2 = {p 1 2 = p 1 1 , ..., p 5 2 = p 5 1 , p 6 2 = p * 1 , p 7 2 , p 8 2 }
Für diese
Parametermenge werden nun in Schritt S10 mittels FEM-Simulation
die zugehörigen realen
Zielgrößen berechnet.
Gleichermaßen
könnte beispielsweise
für den
gefundenen ersten optimalen Parametersatz p1 *
auch ein Crashtest mit einem entsprechenden Prototyp durchgeführt und
die dabei auftretende Deformation erfaßt werden. Exemplarisch ist
hierzu in
Nun
werden analog zu den vorhergehenden Schritten wiederum ein lineares
und ein trigonometrisches Approximationsmodell erzeugt, validiert
und das trigonometrische Modell Ψ 1 2 als erstes Approximationsmodell
ausgewählt.
Dieses ist in
Man erkennt, daß aufgrund der größeren Datenbasis Π2 dieses Approximationsmodell Ψ 1 2 des zweiten Iterationsschritts den realen Parameter-Zielgrößen-Zusammenhang – insbesondere im Bereich des vermeintlich optimalen Parametersatzes p1* – deutlich besser approximiert als das Approximationsmodell Ψ 1 1 des ersten Iterationsschritts.It can be seen that, due to the larger database Π 2, this approximation model Ψ 1 2 of the second iteration step significantly better approximates the real parameter-target size relationship - in particular in the supposedly optimal parameter set p 1 * than the approximation model Ψ 1 1 of the first iteration step.
Analog
wird nun mittels eines Standart-Optimierers in Schritt
Da hier die Differenz zwischen der mittels des Approximationsmodells Ψ 1 2 ermittelten Zielgröße g2* und der realen Zielgröße g2* als ausreichend klein bewertet wird, ist eine Abbruchbedingung, die im erläuterten Beispiel neben dem Erreichen einer maximalen Iterationszahl und dem erreichten realen Wert der Zielgröße auch die Abweichung zwischen Approximations- und realem Wert enthält, als erfüllt betrachtet, da feststeht, daß
- 1. p2* einen optimalen Parameteresatz für das Approximationsmodell Ψ 1 2 darstellt; und
- 2. das Approximationsmodell Ψ 2 1 den realen Parameter-Zielgrößen-Zusammenhang in diesem Parameterbereich ausreichend genau approximiert,
- 1. p 2 * represents an optimal parameter set for the approximation model Ψ 1 2 ; and
- 2. the approximation model Ψ 2 1 sufficiently approximates the real parameter-target size relationship in this parameter range,
Auf diese Weise werden gerade so viele reale Parameter-Zielgrößen-Punkte, deren Beschaffung in der Regel aufwendig ist, verwendet, wie zur Erstellung eines ausreichend genauen Approximationsmodells notwendig sind. Die Punkte werden darüber hinaus jeweils in den Bereichen verwendet, in denen eine gute Approximation des realen Zusammenhanges entscheidend ist, nämlich im Bereich des Optimums.On this way, just as many real parameter target size points, whose procurement is usually costly, used as for Creation of a sufficiently accurate approximation model necessary are. The points are about it in addition, each used in the areas where a good approximation of the real connection, namely in the area of the optimum.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002122700 DE10222700B4 (en) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Computer-aided method for mass and / or function optimization of vehicle components and structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002122700 DE10222700B4 (en) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Computer-aided method for mass and / or function optimization of vehicle components and structures |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10222700A1 DE10222700A1 (en) | 2003-12-11 |
DE10222700B4 true DE10222700B4 (en) | 2005-10-27 |
Family
ID=29432214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2002122700 Expired - Lifetime DE10222700B4 (en) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Computer-aided method for mass and / or function optimization of vehicle components and structures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10222700B4 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102773981A (en) * | 2012-07-16 | 2012-11-14 | 南京航空航天大学 | Implementation method of energy-saving and optimizing system of injection molding machine |
US8401827B2 (en) | 2008-04-14 | 2013-03-19 | Daa Draexlmaier Automotive Of America Llc | Processing device and method for structure data representing a physical structure |
DE102015012843A1 (en) | 2015-10-02 | 2017-04-06 | Audi Ag | Generate a load case evaluation list |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004050005A1 (en) * | 2004-10-14 | 2006-05-24 | Zf Friedrichshafen Ag | Method for control of several units in motor vehicle entails computing through optimizing function a substitute nominal value for regulating variables in real time if provisional values of correcting variables lie outside limits |
DE102012205291A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for ensuring e.g. static positioning accuracy of movable C-arm, for X-ray imaging of vessel of patient in clinic, involves minimizing dynamic resilient deviation of tripod system by optimization of control quantities of drive control |
CN110717223B (en) * | 2019-09-19 | 2023-08-04 | 合肥通用机械研究院有限公司 | Optimization method of reed valve plate |
CN113656899B (en) * | 2021-07-02 | 2023-06-23 | 西南交通大学 | Rail fastener parameter optimization method based on vehicle rail coupling theory |
CN113722858A (en) * | 2021-09-03 | 2021-11-30 | 宁波水表(集团)股份有限公司 | Response surface optimization method and system for water meter structure |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4434294C2 (en) * | 1994-09-19 | 1999-04-29 | Hartmann & Braun Gmbh & Co Kg | Method for controlling a non-linear, technical process |
-
2002
- 2002-05-22 DE DE2002122700 patent/DE10222700B4/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4434294C2 (en) * | 1994-09-19 | 1999-04-29 | Hartmann & Braun Gmbh & Co Kg | Method for controlling a non-linear, technical process |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
TORCZON,V., TROSSET,M.W.: Using approximations to accelerate engineering design optimization (on- line). In: Proc. of the 7th AIAA/USAF/NASA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Opti- mization. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), 1801 Alexander Bell Drive, Suite 500 Reston, VA 20191, USA, 1998 (recher- chiert am 27.05.2004). AIAA Paper 98-4800. ISBN: 1563472732. Im Internet:<URL:http://www.cs.wm.edu/ ~va/research/aiaa98.ps.gz>. |
TORCZON,V., TROSSET,M.W.: Using approximations to accelerate engineering design optimization (on- line). In: Proc. of the 7th AIAA/USAF/NASA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Opti- mization. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), 1801 Alexander Bell Drive, Suite 500 Reston, VA 20191, USA, 1998 (recher- chiert am 27.05.2004). AIAA Paper 98-4800. ISBN: 1563472732. Im Internet:<URL:http://www.cs.wm.edu/ APPROX va/research/aiaa98.ps.gz>. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8401827B2 (en) | 2008-04-14 | 2013-03-19 | Daa Draexlmaier Automotive Of America Llc | Processing device and method for structure data representing a physical structure |
CN102773981A (en) * | 2012-07-16 | 2012-11-14 | 南京航空航天大学 | Implementation method of energy-saving and optimizing system of injection molding machine |
CN102773981B (en) * | 2012-07-16 | 2014-10-29 | 南京航空航天大学 | Implementation method of energy-saving and optimizing system of injection molding machine |
DE102015012843A1 (en) | 2015-10-02 | 2017-04-06 | Audi Ag | Generate a load case evaluation list |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10222700A1 (en) | 2003-12-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3785177B1 (en) | Method and device for determining a network-configuration of a neural network | |
EP1665103B1 (en) | Determination of a model of a geometry of a metal sheet forming stage | |
EP2999998B1 (en) | Methods for ascertaining a model of an output variable of a technical system | |
DE102007039337B3 (en) | Method for determining the deformability of a body | |
DE102020205539A1 (en) | Method and device for testing a technical system | |
EP1623287B1 (en) | Configuration of tools and processes for metal forming | |
DE202018102632U1 (en) | Device for creating a model function for a physical system | |
EP1529249B1 (en) | Method and arrangement for designing a technical system | |
DE102018128890A1 (en) | Method and test device for testing a driver assistance system for a motor vehicle | |
DE10222700B4 (en) | Computer-aided method for mass and / or function optimization of vehicle components and structures | |
DE10222699B4 (en) | Computer-aided method and apparatus for optimizing vehicle structures and components | |
EP2433185B1 (en) | Apparatus and method for editing a process simulation database for a process | |
WO2021259980A1 (en) | Training an artificial neural network, artificial neural network, use, computer program, storage medium, and device | |
DE102020213888A1 (en) | Computer-implemented method for determining the criticality values of a technical system | |
WO2016198046A1 (en) | Method for selecting a simulation model for modelling at least one functional process of a drivetrain component from an optimized set of models | |
EP2592504B1 (en) | Method for estimating resource consumption in the generation of a control device program code | |
DE102020205962B3 (en) | Device and method for operating a test bench | |
DE102021204550A1 (en) | Method for generating at least one data set for training a machine learning algorithm | |
DE102020215136A1 (en) | Procedure for the automated evaluation of a simulation model | |
DE102019130040A1 (en) | Method and system for testing an automated driving function by means of reinforcement learning | |
EP3706028A1 (en) | Compensation for resilience during the multi-stage production of shaped parts | |
DE102020205963B3 (en) | Device and computer-implemented method for operating a test bench | |
DE102022209618A1 (en) | Method for simulating a forming tool for producing a component for a motor vehicle, computer program product and electronic computing device | |
DE102022204034A1 (en) | Compensation for springback in the multi-stage production of formed parts | |
DE102021132007A1 (en) | Method for determining a computational effort of a virtual test, training method and test unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R071 | Expiry of right |