JP2016200902A - Method for generating approximation model of structure, device for generating approximation model of structure, and program - Google Patents

Method for generating approximation model of structure, device for generating approximation model of structure, and program Download PDF

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Abstract

【課題】近似モデルの精度が高く、かつ計算量および計算時間を減らすことができる構造体の近似モデル作成方法、構造体の近似モデル作成装置、およびプログラムを提供する。【解決手段】構造体の近似モデルの作成方法は、構造体および構造体を構成する材料を規定する複数種の設計変数と、構造体および構造体を構成する材料を規定する複数の特性値を対象としている。複数種の設計変数および各設計変数の定義域、ならび複数種の特性値を設定し、複数種の設計変数と複数種の特性値との間の非線形応答関係を定める。非線形応答関係を用いて、複数種の設計変数の値と特性値で構成される特性値空間での出力値を計算し、少なくとも1つ出力値を設定して、出力値における入力パラメータ値を摂動させて、追加出力値を取得する。追加出力値と特性値空間の出力値とを用いて近似モデルを作成する。近似モデルを用いて多目的最適化計算を実施し、パレート解を得る。【選択図】図1A method of creating an approximate model of a structure, an apparatus for creating an approximate model of a structure, and a program capable of reducing the amount of calculation and calculation time with high accuracy of the approximate model. A method of creating an approximate model of a structure includes a plurality of types of design variables that define a structure and a material constituting the structure, and a plurality of characteristic values that define the structure and the material constituting the structure. It is targeted. A plurality of types of design variables, domain of each design variable, and a plurality of characteristic values are set, and a nonlinear response relationship between the plurality of types of design variables and the plurality of types of characteristic values is determined. Using nonlinear response relationships, calculate the output value in the characteristic value space consisting of multiple types of design variable values and characteristic values, set at least one output value, and perturb the input parameter value in the output value To obtain additional output values. An approximate model is created using the additional output value and the output value of the characteristic value space. A multi-objective optimization calculation is performed using an approximate model to obtain a Pareto solution. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、構造体に関する複数の入力値と複数の出力値の関係を表す近似モデルを作成する構造体の近似モデル作成方法、構造体の近似モデル作成装置、およびプログラムに関し、特に、近似モデルの精度が高く、かつ計算量および計算時間を減らすことができる構造体の近似モデル作成方法、構造体の近似モデル作成装置、およびプログラムに関する。   The present invention relates to a structure approximation model creation method, a structure approximation model creation apparatus, and a program for creating an approximation model representing a relationship between a plurality of input values and a plurality of output values related to a structure. The present invention relates to a method of creating an approximate model of a structure, an apparatus for creating an approximate model of a structure, and a program that can reduce the calculation amount and the calculation time.

シミュレーションでは、所定の設計因子、設計変数に対する応答、設計変数に対する特性値(目的関数)を算出することができる。また、最適化では所望の特性値を得るための設計変数の値を算出することができる。
シミュレーションでは、構造体および構造体を構成する材料の設計変数を入力値(入力パラメータ)とし、構造体および構造体を構成する材料のうち複数の特性値(目的関数)を出力値(出力パラメータ)として、設計変数と目的関数の関係を表す近似モデルが作成されている。なお、近似モデルにかえて応答曲面を作成することもなされている。
複数の特性値(目的関数)を対象とする多目的最適化では、特性値の間にトレードオフ関係が存在することが少なくないため、近似モデルの精度によっては、実計算値に対して近似予測値との乖離が大きくなることがある。そこで、シミュレーションの手法に関し、種々のものが提案されている(特許文献1、2参照)。
In the simulation, a predetermined design factor, a response to the design variable, and a characteristic value (objective function) for the design variable can be calculated. In the optimization, the value of a design variable for obtaining a desired characteristic value can be calculated.
In the simulation, the structure and the design variables of the materials that make up the structure are input values (input parameters), and multiple characteristic values (objective functions) of the structure and the materials that make up the structure are output values (output parameters). As a result, an approximate model representing the relationship between the design variable and the objective function has been created. Note that a response surface is created instead of the approximate model.
In multi-objective optimization that targets multiple characteristic values (objective functions), there is often a trade-off relationship between characteristic values. The divergence from may increase. Thus, various simulation methods have been proposed (see Patent Documents 1 and 2).

特許文献1には、応答曲面を目的関数(出力値)に基づいて分割し、各々においてサンプリング計算を追加しながら応答曲面を逐次的に更新することにより、応答曲面の精度を向上させて最適化計算を行う方法が記載されている。   In Patent Document 1, the response surface is divided based on an objective function (output value), and the response surface is sequentially updated while adding a sampling calculation to improve the accuracy of the response surface. It describes how to perform the calculation.

特許文献2には、遺伝的アルゴリズム等の確率論的な方法を使用して第1の最適化計算を行い、その結果から設計変数の範囲を絞り、第1の最適化計算で使用される設計変数の水準よりも狭い水準を使用して第2の最適化計算を行う手法が記載されている。特許文献2では、十分に広い水準を設定してランダムサンプリングを行い、この結果から、応答曲面関数を作成し、応答曲面関数を用いて遺伝的アルゴリズムによる最適化を実施している。   In Patent Document 2, the first optimization calculation is performed using a stochastic method such as a genetic algorithm, and the range of design variables is narrowed down from the result, and the design used in the first optimization calculation is described. A technique for performing the second optimization calculation using a level narrower than the variable level is described. In Patent Document 2, a sufficiently wide level is set and random sampling is performed, and from this result, a response surface function is created, and optimization by a genetic algorithm is performed using the response surface function.

特開2011−103036号公報JP 2011-103036 A 特開2013−242662号公報JP2013-242662A

特許文献1では、収束条件を満足するまでサンプリング計算を繰り返すため、収束条件を厳しくすると非常に時間が掛かるという問題点がある。
特許文献2においては、十分に広い水準にて実施しても、ランダムサンプリングでは設計変数空間で見た場合、組合せに偏りが出る可能性がある。また、ラテンハイパーキューブのように設計変数空間上に均一に分散させたサンプリング手法を用いた場合、サンプリング数が少ないと設計変数空間上における点と点の間隔が大きくなり、特性値空間上での点と点との間の中に特性のピークが隠れてしまう、すなわち、解の多峰性が表現できない可能性が高い。そのため、応答曲面関数によって設計変数空間全体の傾向を精度良く表現できず、目的特性を改善する設計変数およびその値が精度良く導出できない可能性がある。一方、応答曲面関数の精度を向上させるために設計変数空間上でのサンプリング数を増やすと膨大な計算量になってしまう。このように前記特許文献1および特許文献2のいずれにおいても、設計変数空間全体から特性値空間において重要な領域を精度良く判定し、算出される最適解の近似精度を向上させようとすると膨大な計算量を有することが問題であった。
In Patent Document 1, since the sampling calculation is repeated until the convergence condition is satisfied, there is a problem that it takes much time if the convergence condition is tightened.
In Patent Document 2, even when implemented at a sufficiently wide level, the random sampling may be biased when viewed in the design variable space. In addition, when using a sampling method that is uniformly distributed in the design variable space, such as the Latin hypercube, if the number of samplings is small, the point-to-point spacing in the design variable space increases, and the characteristic value space There is a high possibility that the characteristic peak is hidden between the points, that is, the multimodality of the solution cannot be expressed. Therefore, the tendency of the entire design variable space cannot be accurately expressed by the response surface function, and there is a possibility that the design variable and its value for improving the objective characteristic cannot be derived with high accuracy. On the other hand, if the number of samplings in the design variable space is increased in order to improve the accuracy of the response surface function, the calculation amount becomes enormous. As described above, in both Patent Document 1 and Patent Document 2, it is enormous if an important region in the characteristic value space is accurately determined from the entire design variable space and the approximation accuracy of the calculated optimal solution is improved. Having the amount of calculation was a problem.

本発明の目的は、前述の従来技術に基づく問題点を解消し、近似モデルの精度が高く、かつ計算量および計算時間を減らすことができる構造体の近似モデル作成方法、構造体の近似モデル作成装置、およびプログラムを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems based on the prior art, and to provide an approximate model creation method and an approximate model creation method for a structure capable of reducing the amount of computation and calculation time with high accuracy of the approximate model. To provide an apparatus and a program.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち設計変数として定められた複数の入力パラメータと、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち特性値として定められた複数の出力パラメータとの2種類のデータを対象とした構造体の近似モデルの作成方法であって、複数種の設計変数および各設計変数の定義域、ならび複数種の特性値を設定する第1の工程と、複数種の設計変数と複数種の特性値との間の非線形応答関係を定める第2の工程と、第2の工程で定めた非線形応答関係を用いて、複数種の設計変数の値と特性値で構成される特性値空間での出力値を計算する第3の工程と、特性値空間の少なくとも1つの出力値を設定し、設定された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値を取得する第4の工程と、追加出力値と第3の工程で得られた出力値とを用いて特性値を目的関数として、近似モデルを作成する第5の工程と、近似モデルを用いて、多目的最適化計算を実施する第6の工程とを有することを特徴とする構造体の近似モデルの作成方法を提供するものである。   In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there are provided a plurality of input parameters defined as design variables among parameters defining a structure and a material constituting the structure, and the structure and the structure. A method for creating an approximate model of a structure for two types of data with a plurality of output parameters defined as characteristic values among parameters defining a constituent material, the plurality of types of design variables and each design variable A first step of setting a plurality of types of characteristic values, a second step of determining a nonlinear response relationship between a plurality of types of design variables and a plurality of types of characteristic values, and a second step A third step of calculating an output value in a characteristic value space composed of a plurality of types of design variable values and characteristic values, and at least one output value in the characteristic value space is set using a predetermined nonlinear response relationship And set output The characteristic is obtained by perturbing the input parameter value in the value, setting a plurality of input parameter values, obtaining the additional output value, and using the additional output value and the output value obtained in the third step. A method for creating an approximate model of a structure, comprising: a fifth step of creating an approximate model using a value as an objective function; and a sixth step of performing multi-objective optimization calculation using the approximate model Is to provide.

第4の工程の追加出力値を取得する工程は、特性値空間において、出力値が疎の領域を求めて、疎の領域から出力値を選択し、選択された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値を取得することが好ましい。
また、第4の工程で設定される出力値は、第1の工程で特性値空間に基準値を設定し、基準値に対して大きいもしくは小さい領域にある出力値、または基準値に対して予め定められた距離の領域にある出力値から設定されることを設定することが好ましい。
The step of obtaining the additional output value of the fourth step is to obtain a sparse region in the characteristic value space, select an output value from the sparse region, and perturb the input parameter value in the selected output value It is preferable to set a plurality of input parameter values and acquire additional output values.
In addition, the output value set in the fourth step is set as a reference value in the characteristic value space in the first step, and an output value in a region larger or smaller than the reference value or a reference value in advance. It is preferable to set to be set from output values within a predetermined distance region.

また、第5の工程と第6の工程との間に、第5の工程で作成した近似モデルに、追加出力値と特性値空間の出力値を用いて検証計算を行い、検証計算の結果が所定の判定条件を満たす場合には、第6の工程で多目的最適化計算を実施し、検証の結果が所定の判定条件を満たさない場合には、第4の工程において、別の追加出力値を取得し、第5の工程で、別の追加出力値を用いて近似モデルを更新することが好ましい。
また、第6の工程の後に、第6の工程の多目的最適化計算を実施して得られたパレート解を用いて近似モデルの誤差を検証するための実計算を行う工程を有し、実計算の結果が所定の判定条件を満たす場合には、第6の工程で得られた多目的最適化計算を実施して得られたパレート解を最終的なパレート解とし、実計算の結果が所定の判定条件を満たさない場合には、第4の工程において、別の追加出力値を取得し、第5の工程で、別の追加出力値を用いて近似モデルを更新することが好ましい。
Also, between the fifth step and the sixth step, a verification calculation is performed on the approximate model created in the fifth step using the additional output value and the output value of the characteristic value space, and the result of the verification calculation is If the predetermined determination condition is satisfied, multi-objective optimization calculation is performed in the sixth step. If the verification result does not satisfy the predetermined determination condition, another additional output value is set in the fourth step. It is preferable to acquire and update the approximate model with another additional output value in the fifth step.
In addition, after the sixth step, there is a step of performing an actual calculation for verifying the error of the approximate model using the Pareto solution obtained by performing the multi-objective optimization calculation of the sixth step. If the result of the above satisfies the predetermined judgment condition, the Pareto solution obtained by performing the multi-objective optimization calculation obtained in the sixth step is set as the final Pareto solution, and the result of the actual calculation is the predetermined judgment. When the condition is not satisfied, it is preferable to acquire another additional output value in the fourth step and update the approximate model using the other additional output value in the fifth step.

例えば、設計変数は、タイヤの形状または構造を変化させる、少なくとも1つのパラメータであり、特性値は、タイヤの物理特性値の少なくとも1つであり、多目的最適化計算により、タイヤの物理量が算出される。   For example, the design variable is at least one parameter that changes the shape or structure of the tire, the characteristic value is at least one of the physical characteristic values of the tire, and the physical quantity of the tire is calculated by multi-objective optimization calculation. The

本発明の第2の態様は、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち設計変数として定められた複数の入力パラメータと、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち特性値として定められた複数の出力パラメータとの2種類のデータを対象とした構造体の近似モデルの作成装置であって、複数種の設計変数および各設計変数の定義域、ならび複数種の特性値を設定し、複数種の設計変数と複数種の特性値との間の非線形応答関係を定める条件設定部と、非線形応答関係を用いて、複数種の設計変数の値と特性値で構成される特性値空間での出力値を計算し、特性値空間の少なくとも1つの出力値を設定し、設定された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値を取得し、追加出力値と特性値空間の出力値とを用いて特性値を目的関数として、近似モデルを作成し、作成した近似モデルを用いて、多目的最適化計算を実施する演算部と、パレート解を抽出するパレート解探索部とを有することを特徴とする構造体の近似モデルの作成装置を提供するものである。   According to a second aspect of the present invention, there are a plurality of input parameters defined as design variables among parameters defining a structure and a material constituting the structure, and parameters defining a material constituting the structure and the structure. A device for creating an approximate model of a structure for two types of data with multiple output parameters defined as characteristic values, including multiple types of design variables, domain of each design variable, and multiple types of data A condition setting unit that sets characteristic values and defines nonlinear response relationships between multiple types of design variables and multiple types of characteristic values, and consists of values and characteristic values of multiple types of design variables using nonlinear response relationships Calculate the output value in the characteristic value space, set at least one output value in the characteristic value space, perturb the input parameter value in the set output value, and set multiple input parameter values An operation that obtains additional output values, creates an approximate model using the additional output values and output values in the characteristic value space as characteristic functions, and performs multi-objective optimization calculations using the generated approximate models. And a Pareto solution search unit for extracting a Pareto solution. An apparatus for creating an approximate model of a structure is provided.

演算部は、特性値空間において、出力値が疎の領域を求めて、疎の領域から出力値を選択し、選択された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値を取得することが好ましい。
条件設定部に特性値空間に基準値を設定し、設定される出力値は、第1の工程で特性値空間に基準値を設定し、基準値に対して大きいもしくは小さい領域にある出力値、または基準値に対して予め定められた距離の領域にある出力値から設定されることが好ましい。
The calculation unit obtains a sparse region in the characteristic value space, selects an output value from the sparse region, and perturbs the input parameter value in the selected output value to set a plurality of input parameter values It is preferable to acquire an additional output value.
A reference value is set in the characteristic value space in the condition setting unit, and an output value to be set is set in the characteristic value space in the first step, and an output value in a region that is larger or smaller than the reference value, Or it is preferable to set from the output value in the area | region of the predetermined distance with respect to a reference value.

演算部に、近似モデルに追加出力値と特性値空間の出力値を用いて検証計算を行わせ、検証計算の結果が所定の判定条件を満たす場合には、演算部で多目的最適化計算を実施させ、パレート解探索部でパレート解を抽出することが好ましい。一方、検証の結果が所定の判定条件を満たさない場合には、演算部に別の追加出力値を取得させて、別の追加出力値を用いて近似モデルを更新させる制御部を有することが好ましい。
演算部に、多目的最適化計算を実施して得られたパレート解を用いて近似モデルの誤差を検証するための実計算を行わせ、実計算の結果が所定の判定条件を満たす場合には、多目的最適化計算を実施して得られたパレート解を最終的なパレート解とし、実計算の結果が所定の判定条件を満たさない場合には、演算部に別の追加出力値を取得させ、別の追加出力値を用いて近似モデルを更新させる制御部を有することが好ましい。
Let the computation unit perform a verification calculation using the additional output value and the output value of the characteristic value space in the approximate model, and if the result of the verification calculation satisfies a predetermined judgment condition, perform a multi-objective optimization calculation in the computation unit It is preferable that the Pareto solution is extracted by the Pareto solution search unit. On the other hand, when the result of verification does not satisfy the predetermined determination condition, it is preferable to have a control unit that causes the arithmetic unit to acquire another additional output value and update the approximate model using the other additional output value. .
When the arithmetic unit performs actual calculation for verifying the error of the approximate model using the Pareto solution obtained by performing the multi-objective optimization calculation, and the result of the actual calculation satisfies a predetermined determination condition, If the Pareto solution obtained by performing the multi-objective optimization calculation is the final Pareto solution, and the actual calculation result does not satisfy the predetermined judgment condition, the operation unit acquires another additional output value, It is preferable to have a control unit that updates the approximate model using the additional output value.

例えば、設計変数は、タイヤの形状または構造を変化させる、少なくとも1つのパラメータであり、特性値は、タイヤの物理特性値の少なくとも1つであり、多目的最適化計算により、タイヤの物理量が算出される。
本発明の第3の態様は、本発明の第1の態様の構造体の近似モデルの作成方法の各工程を手順としてコンピュータに実行させるためのプログラムを提供するものである。
For example, the design variable is at least one parameter that changes the shape or structure of the tire, the characteristic value is at least one of the physical characteristic values of the tire, and the physical quantity of the tire is calculated by multi-objective optimization calculation. The
According to a third aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute each step of the method for creating an approximate model of a structure according to the first aspect of the present invention as a procedure.

本発明によれば、構造体の近似モデルの精度を高くすることができ、かつ計算量および計算時間を減らすことができる。   According to the present invention, the accuracy of the approximate model of the structure can be increased, and the calculation amount and the calculation time can be reduced.

本発明の実施形態の構造体の近似モデル作成方法に利用される構造体の近似モデル作成装置を示す模式図である。It is a schematic diagram showing an approximate model creation apparatus for a structure used in the approximate model creation method for a structure according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の構造体の近似モデル作成方法の第1の例を工程順に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st example of the approximate model creation method of the structure of embodiment of this invention in process order. (a)は、設計変数の一例を示すグラフであり、(b)は、特性値1と特性値2の関係を示すグラフであり、(c)は、設計変数値の変更方法を模式的に示すグラフである。(A) is a graph which shows an example of a design variable, (b) is a graph which shows the relationship between the characteristic value 1 and the characteristic value 2, (c) typically shows the change method of a design variable value. It is a graph to show. (a)は、追加出力値の取得方法の第1の例を示すグラフであり、(b)は、追加出力値の取得方法の第2の例を示すグラフであり、(c)は、追加出力値の取得方法の第3の例を示すグラフである。(A) is a graph which shows the 1st example of the acquisition method of an additional output value, (b) is a graph which shows the 2nd example of the acquisition method of an additional output value, (c) is an addition It is a graph which shows the 3rd example of the acquisition method of an output value. (a)は、基準点の設定方法の第1の例を示すグラフであり、(b)は、基準点の設定方法の第2の例を示すグラフであり、(c)は、基準点の設定方法の第3の例を示すグラフである。(A) is a graph showing a first example of a reference point setting method, (b) is a graph showing a second example of a reference point setting method, and (c) is a graph of a reference point setting method. It is a graph which shows the 3rd example of a setting method. 本発明の実施形態の構造体の近似モデル作成方法の第2の例を工程順に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd example of the approximate model creation method of the structure of embodiment of this invention in process order. 検証結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a verification result. 本発明の実施形態の構造体の近似モデル作成方法の第3の例を工程順に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 3rd example of the approximate model creation method of the structure of embodiment of this invention in process order. 誤差を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating an error. (a)は、実施例1の設計変数値の変更方法を模式的に示すグラフであり、(b)は、比較例2の設計変数値の変更方法を模式的に示すグラフである。(A) is a graph which shows typically the change method of the design variable value of Example 1, (b) is a graph which shows the change method of the design variable value of the comparative example 2 typically. (a)は、実施例1の設定点を示すグラフであり、(b)は、比較例1の設計点を示すグラフであり、(c)は、比較例2の設計点を示すグラフである。(A) is a graph which shows the set point of Example 1, (b) is a graph which shows the design point of the comparative example 1, (c) is a graph which shows the design point of the comparative example 2. . 実施例1、比較例1、2および基準例の特性値を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic value of Example 1, Comparative Examples 1 and 2, and a reference example.

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の構造体の近似モデル作成方法、構造体の近似モデル作成装置、および構造体の近似モデル作成方法をコンピュータ等で実行するためのプログラムを詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態の構造体の近似モデル作成方法に利用される構造体の近似モデル作成装置を示す模式図である。
本実施形態の構造体の近似モデル作成方法は、図1に示す構造体の近似モデル作成装置10が用いられる。以下、構造体の近似モデル作成装置10のことを、近似モデル作成装置10という。
近似モデル作成装置10は、コンピュータ等のハードウェアを用いて構成される。上述のように本発明の近似モデル作成方法には、図1に示す近似モデル作成装置10が用いられるが、近似モデル作成方法をコンピュータ等のハードウェアおよびソフトウェアを用いて実行することができれば近似モデル作成装置10に限定されるものではない。
Hereinafter, based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings, an approximate model creating method, an approximate model creating apparatus, and an approximate model creating method for a structure according to the present invention are executed by a computer or the like. Describe the program in detail.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a structure approximate model creation apparatus used in the structure approximate model creation method of the embodiment of the present invention.
The structure approximate model creation apparatus 10 shown in FIG. 1 is used in the structure approximate model creation method of the present embodiment. Hereinafter, the approximate model creation apparatus 10 for a structure is referred to as an approximate model creation apparatus 10.
The approximate model creation apparatus 10 is configured using hardware such as a computer. As described above, the approximate model creation apparatus 10 shown in FIG. 1 is used in the approximate model creation method of the present invention. However, if the approximate model creation method can be executed using hardware such as a computer and software, the approximate model can be used. It is not limited to the creation device 10.

本実施形態では、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち設計変数として定められた複数の入力パラメータと、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち特性値として定められた複数の出力パラメータの2種類のデータを組としたデータセットを対象としている。例えば、設計変数は、特性値空間(目的関数空間)で散布図等の可視化情報として表示される。   In the present embodiment, as a characteristic value among a plurality of input parameters defined as design variables among the parameters defining the structure and the material constituting the structure, and among the parameters defining the structure and the material constituting the structure. A data set in which two types of data of a plurality of defined output parameters are grouped is targeted. For example, the design variable is displayed as visualization information such as a scatter diagram in the characteristic value space (objective function space).

近似モデル作成装置10は、処理部12と、入力部14と、表示部16とを有する。処理部12は、条件設定部20、モデル作成部22、演算部24、パレート解探索部26、メモリ28、表示制御部30および制御部32を有する。この他に図示はしないがROM等を有する。
処理部12は、制御部32により制御される。また、処理部12において条件設定部20、モデル作成部22、演算部24、パレート解探索部26はメモリ28に接続されており、条件設定部20、モデル作成部22、演算部24、およびパレート解探索部26のデータがメモリ28に記憶される。
以下に説明する構造体の近似モデルの作成方法において、処理部12の各部で種々の処理がなされる。以下の説明では制御部32により処理部12の各部で種々の処理がなされることの説明を省略しているが、各部の一連の処理は制御部32により制御される。メモリ28には、後述する各種の判定条件も記憶されている。制御部32がメモリ28から判定条件を読み出して、演算部24で得られた結果と比較し、判定結果に基づいて各部の動作を決定し、決定した動作に基づいて各部を動作させる。
The approximate model creation apparatus 10 includes a processing unit 12, an input unit 14, and a display unit 16. The processing unit 12 includes a condition setting unit 20, a model creation unit 22, a calculation unit 24, a Pareto solution search unit 26, a memory 28, a display control unit 30, and a control unit 32. In addition, although not shown, it has a ROM and the like.
The processing unit 12 is controlled by the control unit 32. In the processing unit 12, the condition setting unit 20, the model creation unit 22, the calculation unit 24, and the Pareto solution search unit 26 are connected to the memory 28, and the condition setting unit 20, the model creation unit 22, the calculation unit 24, and the Pareto Data of the solution search unit 26 is stored in the memory 28.
In the method of creating an approximate model of a structure described below, various processes are performed in each unit of the processing unit 12. In the following description, the description that various processes are performed by each unit of the processing unit 12 by the control unit 32 is omitted, but a series of processes of each unit is controlled by the control unit 32. The memory 28 also stores various determination conditions described later. The control unit 32 reads the determination condition from the memory 28, compares it with the result obtained by the calculation unit 24, determines the operation of each unit based on the determination result, and operates each unit based on the determined operation.

入力部14は、マウスおよびキーボード等の各種情報をオペレータの指示により入力するための各種の入力デバイスである。表示部16は、例えば、近似モデル作成方法で得られた結果等を表示するものであり、公知の各種のディスプレイが用いられる。また、表示部16には各種情報を出力媒体に表示するためのプリンタ等のデバイスも含まれる。   The input unit 14 is various input devices for inputting various information such as a mouse and a keyboard in accordance with an operator instruction. The display unit 16 displays, for example, results obtained by the approximate model creation method, and various known displays are used. The display unit 16 also includes a device such as a printer for displaying various types of information on an output medium.

近似モデル作成装置10は、ROM等に記憶されたプログラム(コンピュータソフトウェア)を、制御部32で実行することにより、条件設定部20、モデル作成部22、演算部24、およびパレート解探索部26の各部を機能的に形成する。近似モデル作成装置10は、上述のように、プログラムが実行されることで各部位が機能するコンピュータによって構成されてもよいし、各部位が専用回路で構成された専用装置であってもよい。   The approximate model creation apparatus 10 executes a program (computer software) stored in a ROM or the like by the control unit 32, so that the condition setting unit 20, the model creation unit 22, the calculation unit 24, and the Pareto solution search unit 26 Each part is formed functionally. As described above, the approximate model creation apparatus 10 may be configured by a computer in which each part functions by executing a program, or may be a dedicated apparatus in which each part is configured by a dedicated circuit.

条件設定部20は、本実施形態の構造体の近似モデル作成方法により、パレート解を目的関数空間で散布図等の可視化情報として表示する際に必要な各種の条件、情報が入力され、設定する。各種の条件、情報は、入力部14を介して入力される。条件設定部20で設定する各種の条件、情報はメモリ28に記憶される。   The condition setting unit 20 inputs and sets various conditions and information necessary for displaying the Pareto solution as visualization information such as a scatter diagram in the objective function space by the method of creating an approximate model of the structure of the present embodiment. . Various conditions and information are input via the input unit 14. Various conditions and information set by the condition setting unit 20 are stored in the memory 28.

条件設定部20には、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち設計変数として定めた複数のパラメータが設定される。なお、設計変数のパラメータには、荷重および境界条件等のばらつき因子、ならびに製品の場合には、大きさおよび質量等の制約条件を設定してもよい。
また、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち特性値(目的関数)として定めた複数のパラメータが設定される。特性値には、コスト等の物理的および化学的な特性値以外の、構造体および構造体を構成する材料を評価する指標を用いてもよい。
構造体および構造体を構成する材料は、構造体単体ではなく、構造体を構成するパーツ、構造体のアッセンブリ形態等の構造体を含むシステム全体、またはその一部を対象としてもよい。
The condition setting unit 20 is set with a plurality of parameters determined as design variables among parameters defining the structure and the material constituting the structure. The design variable parameters may be set with variation factors such as load and boundary conditions, and in the case of products, constraints such as size and mass.
In addition, a plurality of parameters determined as characteristic values (objective functions) among the parameters defining the structure and the material constituting the structure are set. For the characteristic value, an index for evaluating the structure and the material constituting the structure other than physical and chemical characteristic values such as cost may be used.
The structure and the material constituting the structure may be the whole system including the structure such as the parts constituting the structure, the assembly form of the structure, or a part thereof, instead of the structure alone.

条件設定部20に設定される複数種の特性値は、評価しようとする物理量、すなわち、目的関数である。目的関数は、性能として好ましい方向があり、値が大きくなる、小さくなる、または所定の値に近づく等がある。また、目的関数については、上述の好ましい方向以外に、好ましい方向とは反対の好ましくない方向もある。
構造体がタイヤである場合、特性値はタイヤの特性値である。この場合、特性値としては、タイヤ性能として評価しようとする物理量であり、例えば、操縦安定性の指標となるスリップ角ゼロ近傍における横力であるCP(コーナリングパワー)、乗心地性の指標となるタイヤの1次固有振動数、転動抵抗の指標となる転がり抵抗、操縦安定性の指標となる横ばね定数、耐摩耗性の指標となるタイヤトレッド部材の摩耗エネルギー、燃費性能等が挙げられる。これ以外に、タイヤの物理量の例として、形状および寸法値がある。形状としては、例えば、断面形状である。寸法値としては、例えば、タイヤの幅、タイヤの外径等である。タイヤの物理量の例として、形状または寸法値に加えて、たわみ量、接地圧分布、転がり抵抗およびコーナリング特性等がある。
The plurality of types of characteristic values set in the condition setting unit 20 are physical quantities to be evaluated, that is, objective functions. The objective function has a preferable direction in terms of performance, and the value increases, decreases, or approaches a predetermined value. As for the objective function, there is an unfavorable direction opposite to the preferred direction in addition to the above-mentioned preferable direction.
When the structure is a tire, the characteristic value is a characteristic value of the tire. In this case, the characteristic value is a physical quantity to be evaluated as tire performance, for example, CP (cornering power) which is a lateral force in the vicinity of zero slip angle, which is an indicator of steering stability, and an indicator of riding comfort. Examples thereof include a primary natural frequency of a tire, rolling resistance as an index of rolling resistance, a lateral spring constant as an index of steering stability, wear energy of a tire tread member as an index of wear resistance, and fuel efficiency. Other than this, examples of the physical quantity of the tire include a shape and a dimensional value. The shape is, for example, a cross-sectional shape. Examples of the dimension value include a tire width and a tire outer diameter. Examples of the physical quantity of a tire include a deflection amount, contact pressure distribution, rolling resistance, cornering characteristics, and the like in addition to the shape or dimensional value.

設計変数は、構造体の形状、構造体の内部構造および材料特性等を規定するものである。タイヤの場合、設計変数は、タイヤの材料挙動、タイヤの形状、タイヤの断面形状、タイヤの固有振動モードおよびタイヤの構造のうち、複数のパラメータである。設計変数としては、例えば、タイヤのトレッド部におけるクラウン形状を規定する曲率半径、タイヤ内部構造を規定するタイヤのベルト幅寸法等が挙げられる。これ以外にも、例えば、トレッド部における材料特性を規定するフィラー分散形状、およびフィラー体積率等が挙げられる。
制約条件は、目的関数の値を所定の範囲に制約したり、設計変数の値を所定の範囲に制約するための条件である。
また、構造体がタイヤである場合、タイヤの負荷荷重、タイヤの転動速度を初めとする走行条件、タイヤが走行する路面条件、例えば、凹凸形状、摩擦係数等、車両の走行シミュレーションに用いるための車両諸元の情報等が設定される。
The design variable defines the shape of the structure, the internal structure of the structure, the material characteristics, and the like. In the case of a tire, design variables are a plurality of parameters among a tire material behavior, a tire shape, a tire cross-sectional shape, a tire natural vibration mode, and a tire structure. Examples of the design variable include a radius of curvature that defines a crown shape in a tread portion of the tire, a belt width dimension of the tire that defines a tire internal structure, and the like. In addition to this, for example, a filler dispersion shape that defines material characteristics in the tread portion, a filler volume ratio, and the like can be given.
The constraint condition is a condition for constraining the value of the objective function to a predetermined range or constraining the value of the design variable to a predetermined range.
Also, when the structure is a tire, it is used for vehicle running simulation such as tire load load, running conditions such as tire rolling speed, road surface conditions where the tire runs, for example, uneven shape, friction coefficient, etc. Information on the vehicle specifications is set.

また、条件設定部20に、複数種の設計変数と複数種の特性値との間の非線形応答関係を定めるための情報が設定される。この非線形応答関係には、例えば、FEM等の数値シミュレーション、理論式等が含まれる。
条件設定部20では、非線形応答関係により生成するモデル、そのモデルの境界条件、FEM等の数値シミュレーションする場合には、そのシミュレーション条件、シミュレーションにおける制約条件を設定する。更には、パレート解を得るための最適化条件、例えば、パレート解探索のための条件等を設定する。
In addition, information for determining a nonlinear response relationship between a plurality of types of design variables and a plurality of types of characteristic values is set in the condition setting unit 20. This nonlinear response relationship includes, for example, a numerical simulation such as FEM, a theoretical formula, and the like.
The condition setting unit 20 sets a simulation condition and a constraint condition in the simulation when performing a numerical simulation such as a model generated by a nonlinear response relationship, a boundary condition of the model, and FEM. Furthermore, optimization conditions for obtaining a Pareto solution, such as conditions for searching for a Pareto solution, are set.

パレート解探索のための条件は、パレート解を探索するための手法、パレート解探索における各種条件である。本実施形態では、例えば、パレート解を探索するための手法として、遺伝的アルゴリズム(GA)を用いることができる。一般に、特性値(目的関数)の増大と共に、遺伝的アルゴリズムの探索能力が低下することが知られている。それを解決する方法の一つが、個体数を増加させる方法である。
これ以外に、条件設定部20に設計変数の定義域を設定する。設計変数の定義域は、離散的な水準値でも、定数であってもよい。なお、複数種の設計変数があるため、全ての設計変数に対して、それぞれに離散的な水準値を設定し、残りの設計変数については定義域を定数として、設計変数の組合せをコンピュータが変更しながら特性値を算出し、後述するパレート解の抽出を行ってもよい。
The conditions for the Pareto solution search are a method for searching for the Pareto solution and various conditions in the Pareto solution search. In the present embodiment, for example, a genetic algorithm (GA) can be used as a method for searching for a Pareto solution. In general, it is known that the search ability of a genetic algorithm decreases as the characteristic value (objective function) increases. One way to solve this is to increase the number of individuals.
In addition to this, a design variable definition area is set in the condition setting unit 20. The domain of the design variable may be a discrete level value or a constant. Since there are multiple types of design variables, discrete level values are set for all design variables, and the computer changes the combination of design variables with the domain defined as the constant for the remaining design variables. The characteristic value may be calculated while extracting a Pareto solution described later.

設計変数は、例えば、ラテンハイパーキューブ法(ラテン超方格法)を用いて、その値、例えば、設計値が条件設定部20により設定される。ラテンハイパーキューブ法は設計変数空間を離散的に満遍なく網羅するサンプル手法である。このため、設計変数空間において満遍なく設計値を設定することができる。ラテンハイパーキューブ法以外に、例えば、直交表、モンテカルロ法等を用いて設計変数の値を設定することもできる。
なお、複数種の設計変数があるため、一部の設計変数に対して、それぞれに離散的な水準値を設定し、残りの設計変数における定義域を定数として、後述するパレート解の抽出を行ってもよい。
多目的最適化計算に関しては、入力変数と出力変数の非線形関係(応答曲面)を用いて逐次的に探索する手法および最適化アルゴリズムに従い入力変数を変化させながら出力値を算出して探索する手法のどちらを用いてもよい。
For example, the design variable is set by the condition setting unit 20 using, for example, a Latin hypercube method (Latin hypersquare method). The Latin hypercube method is a sample method that covers the design variable space discretely and uniformly. For this reason, design values can be set evenly in the design variable space. In addition to the Latin hypercube method, the value of the design variable can be set using, for example, an orthogonal table, a Monte Carlo method, or the like.
Since there are multiple types of design variables, discrete level values are set for some of the design variables, and the Pareto solution described later is extracted using the domain of the remaining design variables as constants. May be.
For multi-objective optimization calculations, either a method of searching sequentially using a nonlinear relationship (response surface) between input variables and output variables, or a method of searching by calculating output values while changing input variables according to an optimization algorithm May be used.

モデル作成部22は、設定された非線形応答関係に基づいて、各種の計算モデルを作成するものである。非線形応答関係は、上述のようにFEM等の数値シミュレーションが含まれており、この場合、モデル作成部22で、設計変数を表わす設計パラメータ、特性値を表わす特性値パラメータに応じたメッシュモデルが生成される。また、理論式等の場合にも、設計パラメータ、特性値パラメータに応じた理論式等が作成される。なお、構造体がタイヤの場合には、タイヤモデルが作成される。演算部24でタイヤモデルを用いてシミュレーション演算がなされる。   The model creation unit 22 creates various calculation models based on the set nonlinear response relationship. As described above, the nonlinear response relationship includes a numerical simulation such as FEM. In this case, the model creation unit 22 generates a mesh model corresponding to a design parameter representing a design variable and a characteristic value parameter representing a characteristic value. Is done. Also in the case of a theoretical formula or the like, a theoretical formula or the like corresponding to the design parameter or characteristic value parameter is created. When the structure is a tire, a tire model is created. The calculation unit 24 performs a simulation calculation using the tire model.

なお、モデル作成部22で作成されるタイヤモデルは、条件設定部20で設定された各種類の設計パラメータを用いて作成されるが、タイヤモデルの作成には公知の作成方法を用いることができる。なお、タイヤモデルは、少なくとも、このタイヤモデルを転動させる対象である路面モデルも併せて生成する。また、タイヤが装着されるリム、ホイール、およびタイヤ回転軸を再現するものをタイヤモデルとしてもよい。また、必要に応じて、タイヤが装着される車両を再現するモデルをタイヤモデルに組み込んでもよい。この際、タイヤモデル、リムモデル、ホイールモデル、およびタイヤ回転軸モデルを、予め設定された境界条件に基づいて一体化したモデルを作成することもできる。
また、解析に用いるタイヤモデルの形態は、特に限定されるものではなく、溝のないスムースタイヤでも主溝のみのものでもパターン付きであってもよい。
The tire model created by the model creation unit 22 is created using each type of design parameters set by the condition setting unit 20, and a known creation method can be used for creating the tire model. . The tire model also generates at least a road surface model that is a target for rolling the tire model. A tire model that reproduces a rim on which a tire is mounted, a wheel, and a tire rotation axis may be used. Further, if necessary, a model that reproduces a vehicle to which a tire is attached may be incorporated into the tire model. At this time, a model in which the tire model, the rim model, the wheel model, and the tire rotation axis model are integrated based on a preset boundary condition can be created.
Moreover, the form of the tire model used for the analysis is not particularly limited, and may be a smooth tire without a groove, only a main groove, or with a pattern.

なお、モデル作成部22で作成されるタイヤモデルは、条件設定部20で設定された各種類の設計パラメータを用いて作成されるが、タイヤモデルの作成には公知の作成方法を用いることができる。
例えば、タイヤを複数の節点で構成される有限個の要素に分割して、タイヤモデルを作成する。粘弾性体として解析モデル化してもよいし、さらには剛体として解析モデル化してもよい。
タイヤモデルを構成する要素は、例えば、2次元平面では四辺形要素、3次元体では四面体ソリッド要素、五面体ソリッド要素、六面体ソリッド要素等のソリッド要素、三角形シェル要素、四角形シェル要素等のシェル要素、面要素等のコンピュータで解析可能な要素とする。このようにして分割された要素は、解析の過程においては、3次元モデルでは3次元座標を用いて、2次元モデルでは2次元座標を用いて逐一特定される。
The tire model created by the model creation unit 22 is created using each type of design parameters set by the condition setting unit 20, and a known creation method can be used for creating the tire model. .
For example, a tire model is created by dividing a tire into a finite number of elements composed of a plurality of nodes. An analytical model may be used as a viscoelastic body, or an analytical model may be used as a rigid body.
The elements constituting the tire model are, for example, a quadrilateral element in a two-dimensional plane, a solid element such as a tetrahedral solid element, a pentahedral solid element, and a hexahedral solid element in a three-dimensional body, and a shell such as a triangular shell element and a rectangular shell element. Elements that can be analyzed by a computer, such as elements and surface elements. In the process of analysis, the elements divided in this way are identified one by one using three-dimensional coordinates in the three-dimensional model and using two-dimensional coordinates in the two-dimensional model.

これら各モデルは数値計算可能な離散化モデルであればよく、例えば、公知の有限要素法(FEM)に用いるための有限要素モデル等であればよい。なお、タイヤモデルを用いて、例えば、タイヤウエット性能を初めとするタイヤ性能を最適化するタイヤ設計案を求める場合等、路面モデルとタイヤモデルの他に、路面上に存在する介在物を再現するモデルを生成しておけばよい。例えば、介在物モデルとして、路面上の水、雪、泥、砂、砂利および氷等を再現する各種モデルを、数値計算可能な離散化モデルで生成しておけばよい。なお、路面モデルも、表面が平坦な路面を再現するモデルに限らず、必要に応じて、表面に凹凸を有する路面形状を再現するモデルであってもよい。   Each of these models may be a discretized model capable of numerical calculation, such as a finite element model for use in a known finite element method (FEM). In addition to the road surface model and the tire model, the inclusions existing on the road surface are reproduced, for example, when a tire design plan that optimizes tire performance such as tire wet performance is obtained using the tire model. Generate a model. For example, as an inclusion model, various models that reproduce water, snow, mud, sand, gravel, ice, and the like on the road surface may be generated as a discretized model that can be numerically calculated. The road surface model is not limited to a model that reproduces a road surface with a flat surface, and may be a model that reproduces a road surface shape having irregularities on the surface as necessary.

演算部24は、モデル作成部22で作成された各種のモデルを用いて特性値を算出するものである。これにより、設計変数に対する特性値(出力値)が得られる。得られた特性値(出力値)は、メモリ28に記憶される。演算部24は、例えば、公知の有限要素ソルバーによるサブルーチンを実行することで機能するものである。
また、演算部24は、非線形応答関係を用いて、複数種の設計変数の値と特性値で構成される特性値空間での出力値(特性値)を計算する。そして、特性値で構成される特性値空間内で、少なくとも1つの出力値を設定し、設定された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値(追加サンプリング点)を取得し、追加出力値と特性値空間の出力値とを用いて、出力値である特性値を目的関数として、近似モデルを作成するものでもある。さらに、演算部24は、作成した近似モデルを用いて、多目的最適化計算を実施するものである。
上述の近似モデル(メタモデル)は、入出力の関係を近似する数学的モデルのことであり、パラメータを調整することにより、様々な入出力関係を近似できるものである。上述の近似モデルには、例えば、多項式モデル、クリギング、ニューラルネットワークおよび動径基底関数等を用いることができる。
The calculation unit 24 calculates characteristic values using various models created by the model creation unit 22. Thereby, a characteristic value (output value) for the design variable is obtained. The obtained characteristic value (output value) is stored in the memory 28. The calculation unit 24 functions, for example, by executing a subroutine using a known finite element solver.
In addition, the calculation unit 24 calculates an output value (characteristic value) in a characteristic value space including a plurality of types of design variable values and characteristic values, using a nonlinear response relationship. Then, at least one output value is set in the characteristic value space composed of the characteristic values, the input parameter values in the set output values are perturbed, a plurality of input parameter values are set, and additional output values ( (Additional sampling point) is acquired, and an approximate model is created by using the additional output value and the output value of the characteristic value space, using the characteristic value as the output value as an objective function. Further, the calculation unit 24 performs multi-objective optimization calculation using the created approximate model.
The above approximate model (meta model) is a mathematical model that approximates the input / output relationship, and various input / output relationships can be approximated by adjusting parameters. For example, a polynomial model, kriging, a neural network, a radial basis function, or the like can be used as the above approximate model.

演算部24は、近似モデルに追加出力値と特性値空間の出力値を用いて交差検証等の検証計算を行うものでもある。
また、演算部24は、多目的最適化計算を実施して得られたパレート解を用いて、有限要素法を利用した実計算を実行させるものである。これ以外にも、演算部24は、近似モデルを用いることなく、有限要素法を用いて、設計変数と特性値の組合せで、特性値を算出するものである。
また、演算部24は、近似モデルを用いて多目的最適化計算を実施するものでもあり、多目的最適化計算結果からパレート解探索部26にて抽出したパレート解を用いて、規定した非線形関係を用いて実計算を実行させるものでもある。これ以外にも、演算部24は、近似モデルを用いることなく、有限要素法を用いて、設計変数と特性値の組合せで、特性値を算出するものでもある。多目的最適化計算手法としては、例えば進化計算手法の一つである遺伝的アルゴリズム(GA)を用いる。遺伝的アルゴリズムとしては、例えば、解集合を目的関数に沿って複数の領域に分割し、この分割した解集合毎に多目的GAを行うDRMOGA(Divided Range Multi-Objective GA)、NCGA(Neighborhood Cultivation GA),DCMOGA(Distributed Cooperation model of MOGA and SOGA)、NSGA(Non-dominated Sorting GA)、NSGA2(Non-dominated Sorting GA-II)、SPEAII(Strength Pareto Evolutionary Algorithm-II)法等の公知の方法を用いることができる。
The calculation unit 24 also performs verification calculation such as cross-validation using the additional output value and the output value of the characteristic value space in the approximate model.
Moreover, the calculating part 24 performs the actual calculation using a finite element method using the Pareto solution obtained by implementing multiobjective optimization calculation. In addition to this, the calculation unit 24 calculates a characteristic value by a combination of a design variable and a characteristic value using a finite element method without using an approximate model.
The calculation unit 24 also performs multi-objective optimization calculation using an approximate model, and uses a specified nonlinear relationship using a Pareto solution extracted by the Pareto solution search unit 26 from the multi-objective optimization calculation result. It is also what causes the actual calculation to be executed. In addition to this, the calculation unit 24 calculates a characteristic value using a combination of a design variable and a characteristic value by using a finite element method without using an approximate model. As the multi-objective optimization calculation method, for example, a genetic algorithm (GA) which is one of evolutionary calculation methods is used. Genetic algorithms include, for example, DRMOGA (Divided Range Multi-Objective GA) or NCGA (Neighborhood Cultivation GA), which divides a solution set into a plurality of regions along an objective function and performs multi-objective GA for each divided solution set. , DCMOGA (Distributed Cooperation model of MOGA and SOGA), NSGA (Non-dominated Sorting GA), NSGA2 (Non-dominated Sorting GA-II), and SPEAII (Strength Pareto Evolutionary Algorithm-II) method are used. Can do.

パレート解探索部26は、条件設定部20で設定されたパレート解探索の条件に応じて、演算部24で得られた近似モデルを用いた多目的最適化計算結果から、パレート解を探索し、パレート解を抽出するものである。得られたパレート解は、メモリ28に記憶される。
ここで、パレート解は、トレードオフの関係にある複数の特性値(目的関数)において、他の任意の解よりも優位にあるとはいえないが、より優れた解が他に存在しない解をいう。一般にパレート解は集合として複数個存在する。
パレート解探索部26は、例えば、パレートランキング法を用いてパレート解を探索する。
The Pareto solution search unit 26 searches for a Pareto solution from the multi-objective optimization calculation result using the approximate model obtained by the calculation unit 24 according to the Pareto solution search conditions set by the condition setting unit 20, The solution is extracted. The obtained Pareto solution is stored in the memory 28.
Here, a Pareto solution cannot be said to be superior to any other solution in a plurality of characteristic values (objective functions) in a trade-off relationship, but a solution that has no other superior solution exists. Say. In general, there are a plurality of Pareto solutions as a set.
The Pareto solution search unit 26 searches for a Pareto solution using, for example, a Pareto ranking method.

パレート解探索部26では、例えば、ベクトル評価遺伝的アルゴリズム(Vector Evaluated Generic Algorithms:VEGA)、パレートランキング法、またはトーナメント法を用いた選択が行われる。遺伝的アルゴリズム(GA)以外にも、同じ進化計算手法として、例えば、焼きなまし法(SA)または粒子群最適化(PSO)を用いてもよい。   In the Pareto solution search unit 26, for example, selection using a vector evaluation genetic algorithm (VEGA), a Pareto ranking method, or a tournament method is performed. In addition to the genetic algorithm (GA), for example, annealing (SA) or particle swarm optimization (PSO) may be used as the same evolutionary calculation method.

本発明では、設計変数と特性値との間で定める非線形応答関係、すなわち、設計変数を用いて特性値を求める場合に利用されるものは、FEM等のシミュレーションに限定されるものではなく、上述のように理論式等を用いることもできる。   In the present invention, the non-linear response relationship defined between the design variable and the characteristic value, that is, the one used when the characteristic value is obtained using the design variable is not limited to the simulation such as FEM. A theoretical formula or the like can also be used.

表示制御部30は、条件設定部20に設定される設計変数、特性値等の各種のパラメータ、演算部24で得られた出力値およびパレート解を表示部16に表示させるものである。例えば、特性値の値、パレート解をメモリ28から読み出し、表示部16に表示させる。この場合、例えば、特性値を軸にとって、パレート解を散布図の形態で表示する。すなわち、特性値空間に設計変数を表示する。散布図以外にも、レーダチャートまたはバブルチャートの形態で表示することができる。
また、表示制御部30は、入力部14を介して入力される各種の情報、タイヤモデル、数値計算の結果、および最適解を表示部16に表示させることもできる。例えば、タイヤモデルをメモリ28から読み出し、表示部16に表示させる。
The display control unit 30 causes the display unit 16 to display various parameters such as design variables and characteristic values set in the condition setting unit 20, the output value obtained by the calculation unit 24, and the Pareto solution. For example, the characteristic value and the Pareto solution are read from the memory 28 and displayed on the display unit 16. In this case, for example, the Pareto solution is displayed in the form of a scatter diagram with the characteristic value as an axis. That is, the design variable is displayed in the characteristic value space. In addition to the scatter diagram, it can be displayed in the form of a radar chart or a bubble chart.
The display control unit 30 can also cause the display unit 16 to display various types of information, tire models, numerical calculation results, and optimal solutions input via the input unit 14. For example, the tire model is read from the memory 28 and displayed on the display unit 16.

制御部32は、上述のように、処理部12を制御するものであり、以下に示す近似モデル作成方法でなされる各種の工程を処理部12のモデル作成部22、演算部24、およびパレート解探索部26に行わせるものである。
近似モデル作成装置10では、形状または構造を変化させる際の入力ファイルにおいて、境界条件および解析ステップ等の共通した部分と節点座標値、補強材の配置角度および初期張力などの個々の形状によって異なる部分を分割し、共通部分に取り込むようなファイル形式を用いて自動化すること、すなわち、個別の情報をインクルードファイル化することにより、多数のタイヤ形状について検討を行う場合であっても容易にタイヤ形状の検討が可能である。
As described above, the control unit 32 controls the processing unit 12, and performs various processes performed by the approximate model creation method described below, including the model creation unit 22, the computation unit 24, and the Pareto solution of the processing unit 12. This is what the search unit 26 performs.
In the approximate model creation device 10, in the input file when changing the shape or structure, common portions such as boundary conditions and analysis steps, and portions that differ depending on individual shapes such as the node coordinate values, the placement angle of the reinforcing material, and the initial tension Can be automated by using a file format that can be divided into common parts, that is, by making individual information into an include file, it is easy to determine the tire shape even when many tire shapes are studied. Consideration is possible.

次に、本実施形態の構造体の近似モデル作成方法の第1の例について説明する。
図2は、本発明の実施形態の構造体の近似モデル作成方法の第1の例を工程順に示すフローチャートである。図3(a)は、設計変数の一例を示すグラフであり、(b)は、特性値1と特性値2の関係を示すグラフであり、(c)は、設計変数値の変更方法を模式的に示すグラフである。
Next, a first example of a method for creating an approximate model of a structure according to the present embodiment will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing a first example of the approximate structure creation method for a structure according to the embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 3A is a graph showing an example of a design variable, FIG. 3B is a graph showing a relationship between the characteristic value 1 and the characteristic value 2, and FIG. 3C schematically shows a method for changing the design variable value. FIG.

まず、図2に示すように、対象となる構造体について設計変数、特性値(目的関数)、制約条件等の最適化条件を設定する(ステップS10)。例えば、構造体としては、サイズが195/65R15のタイヤが挙げられる。
設計変数として、例えば、タイヤの断面形状または構造を変化させる6つの設計変数φ1〜φ6を設定する。設計変数の設定方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ラテンハイパーキューブ法(ラテン超方格法)を用いて設計変数の設計値が設定される。この場合、例えば、図3(a)に示すように設計変数空間において、設計変数の設計値が満遍なく設定される。
特性値としては、例えば、タイヤの物理特性としてタイヤ剛性、転がり抵抗、空気抵抗やコーナリング性能、摩擦エネルギー等がある。例えば、特性値1と特性値2の2つのタイヤ物理特性を目的関数として設定する。なお、特性値は2つ以上設定してもよい。
First, as shown in FIG. 2, optimization conditions such as design variables, characteristic values (objective functions), and constraint conditions are set for the target structure (step S10). For example, as the structure, a tire having a size of 195 / 65R15 can be given.
As design variables, for example, six design variables φ1 to φ6 that change the cross-sectional shape or structure of the tire are set. The design variable setting method is not particularly limited. For example, the design value of the design variable is set using the Latin hypercube method (Latin hypersquare method). In this case, for example, as shown in FIG. 3A, the design values of the design variables are set uniformly in the design variable space.
The characteristic values include, for example, tire rigidity, rolling resistance, air resistance, cornering performance, friction energy, and the like as tire physical characteristics. For example, two tire physical characteristics of characteristic value 1 and characteristic value 2 are set as objective functions. Two or more characteristic values may be set.

設計変数(入力パラメータ)がタイヤの断面形状のパラメータであり、特性値(出力パラメータ)がタイヤ物理特性である2つの特性値である。タイヤの断面形状のパラメータ、2つの特性値が条件設定部20に設定される。例えば、特性値1は大きい値、特性値2は小さい値が要求される特性である。
本実施形態では、このような設定条件で近似モデル作成方法により、近似モデルが作成される。タイヤの断面形状のパラメータの値による特性値1および特性値2の変化を求める。
The design variable (input parameter) is a parameter of the tire cross-sectional shape, and the characteristic value (output parameter) is two characteristic values that are tire physical characteristics. Parameters for the tire cross-sectional shape and two characteristic values are set in the condition setting unit 20. For example, characteristic value 1 is a characteristic that requires a large value, and characteristic value 2 is a characteristic that requires a small value.
In the present embodiment, an approximate model is created by the approximate model creation method under such setting conditions. A change in the characteristic value 1 and the characteristic value 2 depending on the value of the parameter of the tire cross-sectional shape is obtained.

次に、図2に示すように、設計変数から特性値を求める際に用いる非線形応答を条件設定部20に設定する(ステップS12)。すなわち、設計変数と特性値との関係を定める。この非線形応答の種類は、例えば、メモリ28に記憶される。具体的には、タイヤの断面形状のパラメータと、特性値1および特性値2との関係を設定する。タイヤの断面形状のパラメータを入力とし、特性値1および特性値2を出力とした場合、設定する関係は、例えば、特性値1がタイヤの断面形状のパラメータを変数とする多項式等の非線形関数を用いて表現されるものである。また、特性値2がタイヤの断面形状のパラメータを変数とする多項式等の非線形関数を用いて表現されるものである。   Next, as shown in FIG. 2, a non-linear response used when obtaining characteristic values from design variables is set in the condition setting unit 20 (step S12). That is, the relationship between design variables and characteristic values is determined. The type of this nonlinear response is stored in the memory 28, for example. Specifically, the relationship between the tire cross-sectional shape parameter and the characteristic value 1 and characteristic value 2 is set. When a tire cross-sectional shape parameter is input and characteristic value 1 and characteristic value 2 are output, the relationship to be set is, for example, a nonlinear function such as a polynomial in which characteristic value 1 uses a tire cross-sectional shape parameter as a variable. It is expressed using. Further, the characteristic value 2 is expressed by using a nonlinear function such as a polynomial having a tire cross-sectional shape parameter as a variable.

次に、ステップS12で設定された非線形応答関係を用いて、複数種の設計変数の値と特性値で構成される特性値空間での出力値を計算する。すなわち、設計変数を入力とした場合の出力である特性値を算出するサンプリング計算を実施する(ステップS14)。これにより、特性値1および特性値2で構成される特性値空間における設計変数の設計値の位置がわかる。図3(b)に図3(a)に示す設計変数の設計値を用いて得られた結果を、特性値1と特性値2の関係で示す。
図3(b)に示す符号40は、設定された非線形関係で得られた、特性値1と特性値2の組み合わせで表される出力値(サンプリング点)を示す。符号42は、複数の出力値40(サンプリング点)の中から選択された1つの特性値を示す。符号44は、選択された出力値42における入力パラメータ値(設計変数φ1〜φ6の値)を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定して設定された複数の出力値(サンプリング点)を示す。
Next, using the nonlinear response relationship set in step S12, an output value in a characteristic value space composed of a plurality of types of design variable values and characteristic values is calculated. That is, sampling calculation is performed to calculate a characteristic value that is an output when a design variable is input (step S14). Thereby, the position of the design value of the design variable in the characteristic value space composed of the characteristic value 1 and the characteristic value 2 can be known. FIG. 3B shows the result obtained using the design values of the design variables shown in FIG.
Reference numeral 40 shown in FIG. 3B indicates an output value (sampling point) represented by a combination of the characteristic value 1 and the characteristic value 2 obtained by the set nonlinear relationship. Reference numeral 42 indicates one characteristic value selected from among a plurality of output values 40 (sampling points). Reference numeral 44 indicates a plurality of output values (sampling points) set by setting a plurality of input parameter values by perturbing the input parameter values (values of the design variables φ1 to φ6) in the selected output value 42. .

次に、図3(b)に示す出力値40の中から、出力値42を1つ設定する。なお、出力値42は、出力値40の中から少なくとも1つ選択すればよく、複数選択してもよく、出力値40を全部、出力値42として選択してもよい。
なお、出力値42の設定方法は、特に限定されるものではなく、出力値40の中からランダムに設定することができる。
Next, one output value 42 is set from the output values 40 shown in FIG. It should be noted that at least one output value 42 may be selected from the output values 40, a plurality of output values 40 may be selected, or all the output values 40 may be selected as the output values 42.
The method for setting the output value 42 is not particularly limited, and can be set randomly from the output value 40.

本実施形態では、出力値42における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定して、複数の出力値44を得る(ステップS16)。出力値44は、例えば、設計変数φ1〜φ6(入力パラメータ値)の組合せで表される値である。図3(c)の出力値44における各設計変数φ1〜φ6の値を中央値として、設計変数φ1〜φ6にバラつきを与える。具体的には、設計変数φ1においては、点46aに対して所定の幅δの変動を許容する。設計変数φ2においては、点46bに対して所定の幅δの変動を許容する。設計変数φ3においては、点46cに対して所定の幅δの変動を許容する。設計変数φ4においては、点46dに対して所定の幅δの変動を許容する。設計変数φ5においては、点46eに対して所定の幅δの変動を許容する。設計変数φ6においては、点46fに対して所定の幅δの変動を許容する。   In the present embodiment, the input parameter value at the output value 42 is perturbed, and a plurality of input parameter values are set to obtain a plurality of output values 44 (step S16). The output value 44 is a value represented by a combination of design variables φ1 to φ6 (input parameter values), for example. Variations are given to the design variables φ1 to φ6 with the values of the design variables φ1 to φ6 in the output value 44 of FIG. Specifically, in the design variable φ1, the variation of the predetermined width δ is allowed with respect to the point 46a. In the design variable φ2, the predetermined width δ is allowed to vary with respect to the point 46b. In the design variable φ3, the variation of the predetermined width δ is allowed with respect to the point 46c. In the design variable φ4, a predetermined width δ is allowed to vary with respect to the point 46d. In the design variable φ5, the fluctuation of the predetermined width δ is allowed with respect to the point 46e. In the design variable φ6, the fluctuation of the predetermined width δ is allowed with respect to the point 46f.

出力値42の設計変数φ1〜φ6の各点46a〜46fにおいて、所定の幅δだけ設計変数を変動させた組合せを設定する。例えば、モンテカルロ法を用いて出力値42における設計変数の組合せに対して複数、例えば、10ケースの設計変数φ1〜φ6の組合せを作成し、出力値44を設定する。なお、追加する出力値の数は、10ケースに限定されることはなく、例えば、50ケースであってもよい。   At each point 46a to 46f of the design variables φ1 to φ6 of the output value 42, a combination in which the design variables are changed by a predetermined width δ is set. For example, a plurality of, for example, 10 combinations of design variables φ1 to φ6 are created for the combination of design variables in the output value 42 using the Monte Carlo method, and the output value 44 is set. Note that the number of output values to be added is not limited to 10 cases, and may be 50 cases, for example.

また、所定の幅δにおける設計変数φ1〜φ6それぞれの値は、値の間隔を等分割した値を用いてもよく、ガウス分布のような確率分布に基づいてそれぞれの設計変数値の分布を設定してもよい。例えば、ガウス分布を用いた設計変数の組合せによって出力される出力値44は、出力値42に近い値の出力値44が追加される確率が高くなる。また、これら各設計変数値はモンテカルロ法のようなランダムサンプリング手法を用いて組合せることが好ましい。
本発明において、摂動とは、複数種の設計変数で表される特性値において、中央値となる各設計変数の値に対して、所定の幅δの範囲内において値にバラツキを与えることを示す。これらの値の組合せを用いることによって、中央値として選択した設計変数の組合せに似た設計変数の組合せを取得できるため、その選択した設計変数の組合せが示す出力値近傍の出力値を得ることができる。
Further, as the values of the design variables φ1 to φ6 in the predetermined width δ, values obtained by equally dividing the value intervals may be used, and the distribution of the design variable values is set based on a probability distribution such as a Gaussian distribution. May be. For example, an output value 44 output by a combination of design variables using a Gaussian distribution has a high probability that an output value 44 having a value close to the output value 42 is added. These design variable values are preferably combined using a random sampling method such as the Monte Carlo method.
In the present invention, perturbation means that, in the characteristic values represented by a plurality of types of design variables, the value is varied within a predetermined width δ with respect to the value of each design variable serving as a median value. . By using a combination of these values, a combination of design variables similar to the combination of the design variables selected as the median value can be obtained, so that an output value near the output value indicated by the selected combination of design variables can be obtained. it can.

次に、ステップS14で得られた出力値およびステップS16で追加した出力値を用いて近似モデルを作成する(ステップS18)。すなわち、設計変数と特性値の関係を近似モデルまたは近似式にて表す。
次に、演算部24で近似モデルを用いた多目的最適化計算を実施する(ステップS20)。次に、多目的最適化計算結果からパレート解探索部26にてパレート解を抽出し、パレート解を得る(ステップS22)。このようにして、近似モデルを用いてパレート解を得ることができる。なお、上述のように近似モデルを用いて得られたパレート解は、近似予測値である。
Next, an approximate model is created using the output value obtained in step S14 and the output value added in step S16 (step S18). That is, the relationship between the design variable and the characteristic value is expressed by an approximate model or an approximate expression.
Next, multi-objective optimization calculation using the approximate model is performed by the calculation unit 24 (step S20). Next, a Pareto solution is extracted by the Pareto solution search unit 26 from the multi-objective optimization calculation result to obtain a Pareto solution (step S22). In this way, a Pareto solution can be obtained using the approximate model. Note that the Pareto solution obtained using the approximate model as described above is an approximate prediction value.

ステップS16の追加出力値(追加サンプリング点)の取得方法について説明する。
追加出力値の取得については、演算部24でなされ、特性値空間において、出力値が疎の領域を求めて、疎の領域から出力値を選択し、選択された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値を取得することが好ましい。以下、より具体的に説明する。
図4(a)は、追加出力値の取得方法の第1の例を示すグラフであり、(b)は、追加出力値の取得方法の第2の例を示すグラフであり、(c)は、追加出力値の取得方法の第3の例を示すグラフである。
A method for acquiring the additional output value (additional sampling point) in step S16 will be described.
The acquisition of the additional output value is performed by the calculation unit 24. In the characteristic value space, a region where the output value is sparse is obtained, the output value is selected from the sparse region, and the input parameter value in the selected output value is perturbed. It is preferable to set a plurality of input parameter values and acquire additional output values. More specific description will be given below.
4A is a graph showing a first example of an additional output value acquisition method, FIG. 4B is a graph showing a second example of an additional output value acquisition method, and FIG. FIG. 10 is a graph showing a third example of an additional output value acquisition method. FIG.

ステップS16において、ステップS14で図3(b)に示す特性値空間を、例えば、図4(a)に示すように、全出力値の平均値Pb(以下、全出力値の平均値Pbのことを、単に平均値Pbという)を設定し、4つの領域D〜Dに分ける。各領域D〜Dは、いずれも四角形である。特性値空間での出力値の分布を調べ、各領域D〜Dでの出力値の密度を調べる。領域D〜Dにおいて、最も出力値の密度が低い領域に対して、出力値を少なくとも1つ設定して、出力値における入力パラメータ値を、上述のように摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定することで、追加出力値を得る。
領域D〜Dのうち、領域Dが最も出力値の密度が低く、領域Dの出力値40のうち、少なくとも1つの出力値42を設定する。設定された出力値42における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、出力値を追加する。
なお、領域D〜Dを同じ面積にしておけば、各領域D〜D内の出力値の数を比較することで、容易に出力値が疎の領域を特定することができる。このため、平均値Pbは、設計変数空間における各中央値の組合せにより算出される出力値または基準とする値の組合せにより算出される出力値であることが好ましい。平均値Pbは、領域D〜Dの面積がわかれば前述の出力値に限定されるものではない。
In step S16, the characteristic value space shown in FIG. 3B in step S14 is changed to an average value Pb of all output values (hereinafter referred to as an average value Pb of all output values) as shown in FIG. 4A, for example. Is simply referred to as an average value Pb), and is divided into four regions D 1 to D 4 . Each of the regions D 1 to D 4 is a quadrangle. The distribution of the output values in the characteristic value space is examined, and the density of the output values in each region D 1 to D 4 is examined. In the regions D 1 to D 4 , at least one output value is set for the region having the lowest output value density, and the input parameter value in the output value is perturbed as described above, so that a plurality of input parameters are obtained. An additional output value is obtained by setting the value.
Of the regions D 1 to D 4 , the region D 1 has the lowest output value density, and at least one output value 42 is set out of the output values 40 of the region D 1 . A plurality of input parameter values are set by perturbing the input parameter value at the set output value 42, and an output value is added.
Note that if the areas D 1 to D 4 have the same area, it is possible to easily identify the areas with sparse output values by comparing the number of output values in each of the areas D 1 to D 4 . For this reason, the average value Pb is preferably an output value calculated by a combination of medians in the design variable space or an output value calculated by a combination of reference values. The average value Pb is not limited to the output value described above as long as the areas of the regions D 1 to D 4 are known.

これ以外にも、図4(b)に示すように、平均値Pbを設定し、この平均値Pbを中心とした同心円状に領域D11、D21、D31を分けてもよい。この場合、特性値空間での出力値の分布を調べ、各領域D11、D21、D31での出力値の密度を調べる。領域D11、D21、D31において、最も出力値の密度が低い領域に対して、特性値を追加する。領域D11、D21、D31のうち、領域D31が最も出力値の密度が低く、領域D31の出力値40のうち、少なくとも1つの出力値42を設定する。設定された出力値42を用いて、上述のようにして出力値を追加し、追加出力値を取得する。
同心円状に領域D11、D21、D31を分ける際、図4(a)に示す領域D〜Dと組み合わせてもよい。これにより、特性値空間において出力値が疎の領域をより高い精度で特定することができる。図4(b)では、出力値が疎の領域は、領域D31かつ領域Dである。
また、図4(c)に示すように、特性値空間を複数の同じ面積の領域Dに分けて、出力値が疎の領域を判定してもよい。この場合、領域D内に出力値が1つも存在しない場合には、出力値の疎密の対象から外す。領域Dのうち、領域D40が最も出力値の密度が低い。領域D40には出力値40が1つしかないが、その出力値40を出力値42として設定する。設定された出力値42を用いて、上述のようにして出力値を追加し、追加出力値を取得する。
In addition to this, as shown in FIG. 4B, an average value Pb may be set, and the regions D 11 , D 21 , and D 31 may be divided into concentric circles centered on the average value Pb. In this case, the distribution of the output values in the characteristic value space is examined, and the density of the output values in each region D 11 , D 21 , D 31 is examined. In the regions D 11 , D 21 , and D 31 , characteristic values are added to the region having the lowest output value density. Of the regions D 11 , D 21 , and D 31 , the region D 31 has the lowest density of output values, and at least one output value 42 is set out of the output values 40 of the region D 31 . Using the set output value 42, an output value is added as described above, and an additional output value is acquired.
When the regions D 11 , D 21 , and D 31 are divided concentrically, the regions D 1 to D 4 shown in FIG. 4A may be combined. As a result, it is possible to specify a region having a sparse output value in the characteristic value space with higher accuracy. Figure 4 (b), the areas of sparse output value is an area D 31 and region D 1.
Further, as shown in FIG. 4C, the characteristic value space may be divided into a plurality of regions D having the same area, and a region having a sparse output value may be determined. In this case, if there is no output value in the region D, the output value is excluded from the target of density. Among the regions D, the region D 40 has the lowest density of output values. Although there is only one output value 40 in the region D 40 , the output value 40 is set as the output value 42. Using the set output value 42, an output value is added as described above, and an additional output value is acquired.

ステップS16において、特性値空間から、追加出力値を取得するための出力値を少なくとも1つ設定しているが、この設定方法について説明する。
ここで、特性値1および特性値2は要求される仕様等に応じて好ましい方向があり、好ましい方向としては、値が大きくなる、値が小さくなる、または所定の値に近づく等がある。
出力値を選択する場合、2つの特性値1、特性値2が好ましい方向の領域において、出力値の密度を高くすることが好ましい。これにより、パレート解に近傍における近似モデルの精度を向上させ、得られるパレート解の信頼性を向上させることができる。2つの特性値1、特性値2が好ましい方向の領域は、ステップS10において設定することができ、条件設定部20に設定される。
図5(a)は、基準点の設定方法の第1の例を示すグラフであり、(b)は、基準点の設定方法の第2の例を示すグラフであり、(c)は、基準点の設定方法の第3の例を示すグラフである。
In step S16, at least one output value for acquiring an additional output value is set from the characteristic value space. This setting method will be described.
Here, the characteristic value 1 and the characteristic value 2 have a preferable direction according to the required specifications and the like. As a preferable direction, the value increases, the value decreases, or approaches a predetermined value.
When selecting an output value, it is preferable to increase the density of the output values in a region where the two characteristic values 1 and 2 are preferable. Thereby, the accuracy of the approximate model in the vicinity of the Pareto solution can be improved, and the reliability of the obtained Pareto solution can be improved. The region in which the two characteristic values 1 and 2 are preferable can be set in step S10 and set in the condition setting unit 20.
FIG. 5A is a graph showing a first example of the reference point setting method, FIG. 5B is a graph showing a second example of the reference point setting method, and FIG. It is a graph which shows the 3rd example of the setting method of a point.

平均値Pbは、例えば、図5(a)に示すように、設計変数空間における各中央値の組合せにより算出される出力値に設定すること、または図5(b)に示すように、ステップS10で対象となる構造体について設計変数、特性値(目的関数)、制約条件等の最適化条件を設定する際に、特性値空間における平均値Pbを設定する。また、図5(c)に示すように、平均値Pbを任意の点に設定する。
ここで、特性値1および特性値2は要求される仕様等に応じて好ましい方向があり、例えば、特性値1は値が大きい方が良い特性であり、特性値2は値が小さい方が良い特性である。
例えば、図5(a)〜(c)のように基準点を設定した場合、平均値Pbに対して、設定する特性値の値を設定し、良い特性が得られる方向、悪い特性が得られる方向、所定の特性に収束する方向が、特性値の大小の組み合わせにより設定することができる。この設定は、入力部14を介して条件設定部20に設定することができる。
悪い特性が得られる方向とは、例えば、特性値1については、値が大きい方が良い特性であるが、値が小さい方に設定することであり、特性値2は値が小さい方が良い特性であるが、値が大きい方に設定することである。また、所定の特性に収束する方向とは、基準点から、特性値1について予め定められた値に向かう方向であり、基準点から特性値2について予め定められた値に向かう方向である。
For example, as shown in FIG. 5A, the average value Pb is set to an output value calculated by a combination of median values in the design variable space, or as shown in FIG. When setting optimization conditions such as design variables, characteristic values (objective functions), constraint conditions, etc. for the target structure, the average value Pb in the characteristic value space is set. Further, as shown in FIG. 5C, the average value Pb is set to an arbitrary point.
Here, the characteristic value 1 and the characteristic value 2 have a preferable direction according to the required specifications. For example, the characteristic value 1 is a characteristic with a larger value, and the characteristic value 2 has a smaller value. It is a characteristic.
For example, when the reference point is set as shown in FIGS. 5A to 5C, the value of the characteristic value to be set is set with respect to the average value Pb, and a good characteristic can be obtained and a bad characteristic can be obtained. The direction and the direction of convergence to a predetermined characteristic can be set by a combination of the characteristic values. This setting can be set in the condition setting unit 20 via the input unit 14.
The direction in which a bad characteristic is obtained is, for example, a characteristic value having a larger value is better for characteristic value 1, but is set to a smaller value, and characteristic value 2 is a characteristic having a smaller value. However, it is to set the larger value. The direction of convergence to the predetermined characteristic is a direction from the reference point toward a predetermined value for the characteristic value 1, and a direction from the reference point toward a predetermined value for the characteristic value 2.

次に、本実施形態の構造体の近似モデル作成方法の第2の例について説明する。
図6は、本発明の実施形態の構造体の近似モデル作成方法の第2の例を工程順に示すフローチャートである。図7は検証結果の一例を示すグラフである。
近似モデル作成方法の第2の例においては、近似モデル作成方法の第1の例と同様の工程について、その詳細な説明は省略する。
Next, a second example of the approximate model creation method of the structure according to the present embodiment will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing a second example of the approximate structure creation method for a structure according to the embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 7 is a graph showing an example of the verification result.
In the second example of the approximate model creation method, detailed description of the same steps as those in the first example of the approximate model creation method is omitted.

近似モデル作成方法の第2の例は、近似モデル作成方法の第1の例に比して、作成した近似モデルを用いて検証計算をする工程(ステップS30)を有しており、検証計算の結果が、予め定められた判定条件を満たさない場合(ステップS32)、再度近似モデルを作成する点が異なり、それ以外の工程は、第1の例と同じ工程であるため、その詳細な説明は省略する。近似モデル作成方法の第2の例では、特性値空間の出力値(サンプリング点)における近似モデル精度を向上させることができ、これにより、最適化計算結果の精度を向上させることができる。   Compared to the first example of the approximate model creation method, the second example of the approximate model creation method includes a step (step S30) of performing verification calculation using the created approximate model. If the result does not satisfy the predetermined determination condition (step S32), the approximation model is created again, and the other steps are the same as those in the first example. Omitted. In the second example of the approximate model creation method, the approximate model accuracy at the output value (sampling point) in the characteristic value space can be improved, and thereby the accuracy of the optimization calculation result can be improved.

近似モデル作成方法の第2の例では、ステップS30において、ステップS18で作成した近似モデルを用いて近似予測値を演算部24で計算する。また、演算部24で、近似モデルを用いることなく規定した非線形関係を用いて設計変数と特性値の組合せで、近似モデルの誤差を検証するために特性値を算出する実計算を実施する。
次に、ステップS30で得られた近似予測値と実計算値とを比較し、予め定められた判定条件に基づいて判定する(ステップS32)。
ステップS32において、判定条件を満たす場合、ステップS18で作成した近似モデルを用いて多目的最適化計算を実施する(ステップS34)。次に、多目的最適化計算結果からパレート解を抽出し、パレート解を得る(ステップS36)。ステップS34は、上述のステップS20と同じ工程であり、ステップS36は、上述のステップS22と同じ工程であるため、その詳細な説明は省略する。
In the second example of the approximate model creation method, in step S30, the approximate predicted value is calculated by the calculation unit 24 using the approximate model created in step S18. In addition, the calculation unit 24 performs an actual calculation for calculating the characteristic value in order to verify the error of the approximate model with the combination of the design variable and the characteristic value using the nonlinear relationship defined without using the approximate model.
Next, the approximate predicted value obtained in step S30 is compared with the actual calculated value, and a determination is made based on a predetermined determination condition (step S32).
If the determination condition is satisfied in step S32, multi-objective optimization calculation is performed using the approximate model created in step S18 (step S34). Next, a Pareto solution is extracted from the multi-objective optimization calculation result to obtain a Pareto solution (step S36). Step S34 is the same process as step S20 described above, and step S36 is the same process as step S22 described above, and therefore detailed description thereof is omitted.

一方、ステップS32において、判定条件を満たさない、すなわち、サンプリング点における近似モデルの精度が予め定められた許容範囲内に収まらない場合、ステップS16に戻り、再度、追加出力値を取得し、近似モデルを作成する(ステップS18)。すなわち、近似モデルを更新する。
そして、更新した近似モデルを用いて、近似予測値を演算部24で計算する。すなわち、検証計算をする(ステップS30)。検証計算の結果をステップS32で判定条件に基づいて判定する。ステップS32の判定条件を満たすまで、追加出力値の取得(ステップS16)、近似モデルの作成(ステップS18)を繰り返し行う。
On the other hand, if the determination condition is not satisfied in step S32, that is, if the accuracy of the approximate model at the sampling point does not fall within the predetermined allowable range, the process returns to step S16, and an additional output value is obtained again to obtain the approximate model. Is created (step S18). That is, the approximate model is updated.
Then, using the updated approximate model, an approximate prediction value is calculated by the calculation unit 24. That is, verification calculation is performed (step S30). The result of the verification calculation is determined based on the determination condition in step S32. Until the determination condition of step S32 is satisfied, acquisition of additional output values (step S16) and creation of an approximate model (step S18) are repeated.

ステップS32において、判定条件を満たさない場合における追加出力値の取得は、設定する出力値42を変えても、設定する出力値42を同じとして追加出力値の取得方法を変えてもよく、出力値42の設定方法は、特に限定されるものではない。
ステップS32の判定条件としては、例えば、実計算値と近似予測値との近似直線における傾き、相関係数、および決定係数等を用いることができる。また、各サンプリング点における誤差に閾値を与え、これを判定条件としてもよい。
近似予測値と実計算値とを比較する際、より具体的には、1点除外交差検証およびK−分割交差検証を用いることができ、例えば、1点除外交差検証を用いた場合、図7に示す結果が得られる。
In step S32, the acquisition of the additional output value when the determination condition is not satisfied may be performed by changing the output value 42 to be set, or by changing the acquisition method of the additional output value by setting the output value 42 to be the same. The setting method 42 is not particularly limited.
As the determination condition in step S32, for example, the slope of the approximate straight line between the actual calculated value and the approximate predicted value, the correlation coefficient, the determination coefficient, and the like can be used. Further, a threshold value may be given to the error at each sampling point, and this may be used as the determination condition.
More specifically, when comparing the approximate predicted value and the actual calculation value, one-point exclusion cross validation and K-division cross validation can be used. For example, when one-point exclusion cross validation is used, FIG. The result shown in is obtained.

次に、本実施形態の構造体の近似モデル作成方法の第3の例について説明する。
図8は、本発明の実施形態の構造体の近似モデル作成方法の第3の例を工程順に示すフローチャートである。
近似モデル作成方法の第3の例においては、近似モデル作成方法の第1の例と同様の工程について、その詳細な説明は省略する。
Next, a third example of the structure approximate model creation method of the present embodiment will be described.
FIG. 8 is a flowchart showing a third example of the approximate structure creation method for a structure according to the embodiment of the present invention in the order of steps.
In the third example of the approximate model creation method, detailed description of the same steps as those in the first example of the approximate model creation method is omitted.

近似モデル作成方法の第3の例は、近似モデル作成方法の第1の例に比して、抽出したパレート解(ステップS40)について実計算する工程(ステップS42)を有しており、実計算の結果が、予め定められた判定条件を満たさない場合(ステップS44)、すなわち、サンプリング点以外の特性値空間における近似モデルの精度が予め定められた許容範囲内に収まらない場合、再度近似モデルを作成する点が異なり、それ以外の工程は、第1の例と同じ工程であるため、その詳細な説明は省略する。近似モデル作成方法の第3の例では、パレート解の精度を確認する工程を設けることで、サンプリング点以外の特性値空間における近似モデルの精度が予め定められた許容範囲内であることを確認する工程が設けられ、最適化計算結果の精度を向上させることができる。
なお、ステップS40のパレート解を抽出する工程は、第1の例のステップS22のパレート解を得る工程と同じ工程であるため、その詳細な説明は省略する。
Compared with the first example of the approximate model creation method, the third example of the approximate model creation method includes a step (Step S42) of performing actual calculation on the extracted Pareto solution (Step S40). If the result of the above does not satisfy the predetermined determination condition (step S44), that is, if the accuracy of the approximate model in the characteristic value space other than the sampling point does not fall within the predetermined allowable range, the approximate model is again used. The points to be created are different, and the other steps are the same as those in the first example, and thus detailed description thereof is omitted. In the third example of the approximate model creation method, by providing a process for confirming the accuracy of the Pareto solution, it is confirmed that the accuracy of the approximate model in the characteristic value space other than the sampling points is within a predetermined allowable range. A process is provided, and the accuracy of the optimization calculation result can be improved.
In addition, since the process of extracting the Pareto solution of step S40 is the same process as the process of obtaining the Pareto solution of step S22 of the first example, detailed description thereof is omitted.

近似モデル作成方法の第3の例では、ステップS40で得られたパレート解を用いて、パレート解の精度を確認するための確認計算として、実計算を行う(ステップS42)。ステップS42の実計算は、例えば、有限要素法を用いた特性値1、特性値2を計算する計算モデルに、ステップS40で得られたパレート解の設計変数値を入れて計算することである。
次に、ステップS42で得られた実計算値と、有限要素法を用いて算出された実計算値(以下、FEM実計算値という)を比較し、予め定められた判定条件に基づいて判定する(ステップS44)。ステップS44において判定条件を満たす場合、ステップS40で得られたパレート解を、最終的なパレート解として、パレート解を出力する(ステップS46)。
In the third example of the approximate model creation method, actual calculation is performed as confirmation calculation for confirming the accuracy of the Pareto solution using the Pareto solution obtained in step S40 (step S42). The actual calculation in step S42 is, for example, to calculate by putting the design variable value of the Pareto solution obtained in step S40 into a calculation model for calculating characteristic value 1 and characteristic value 2 using the finite element method.
Next, the actual calculation value obtained in step S42 is compared with the actual calculation value calculated using the finite element method (hereinafter referred to as FEM actual calculation value), and the determination is made based on a predetermined determination condition. (Step S44). When the determination condition is satisfied in step S44, the Pareto solution obtained in step S40 is output as the final Pareto solution (step S46).

一方、ステップS44において、判定条件を満たさない場合、ステップS16に戻り、再度、追加出力値を取得し、近似モデルを作成する(ステップS18)。すなわち、近似モデルを更新する。
そして、更新した近似モデルを用いて、多目的最適化計算をし(ステップS20)、パレート解を得る(ステップS40)。得られたパレート解を用いた実計算を行い(ステップS42)、実計算の結果をステップS44で判定条件に基づいて判定する。ステップS44の判定条件を満たすまで、追加出力値の取得(ステップS16)、近似モデルの作成(ステップS18)、多目的最適化の計算(ステップS20)、多目的最適化計算結果からのパレート解の抽出(ステップS40)およびパレート解を用いた実計算(ステップS42)を繰り返し行う。
On the other hand, if the determination condition is not satisfied in step S44, the process returns to step S16, an additional output value is acquired again, and an approximate model is created (step S18). That is, the approximate model is updated.
Then, multi-objective optimization calculation is performed using the updated approximate model (step S20), and a Pareto solution is obtained (step S40). Actual calculation using the obtained Pareto solution is performed (step S42), and the result of the actual calculation is determined based on the determination condition in step S44. Until the determination condition of step S44 is satisfied, acquisition of additional output values (step S16), creation of an approximate model (step S18), calculation of multi-objective optimization (step S20), extraction of Pareto solution from the result of multi-objective optimization calculation (step S20) Step S40) and actual calculation using the Pareto solution (step S42) are repeated.

ステップS42での実計算に用いるパレート解は、ステップS40で得られた全てのパレート解でもよい。しかしながら、効率化の観点から、複数のパレート解のうち、端のパレート解、中央のパレート解など離散的に選択することが好ましい。
ステップS44の判定条件としては、例えば、誤差が用いられる。この誤差は、相対誤差でも実誤差であってもよい。また、複数のパレート解を用いる場合、それらの標準偏差または分散値を設定してもよい。
図9に示すように、パレート解Pに対して、例えば、3つのパレート解P、P、Pを設定する。各パレート解P、P、Pに対応した設計変数値を入力することによりFEM実計算値G、G、Gを算出する。パレート解P、P、Pと、FEM実計算値G、G、Gとの差d、d、dをそれぞれ求める。この場合、差d、d、dを判定条件として設定された誤差と比較して判定する。
The Pareto solution used for the actual calculation in step S42 may be all the Pareto solutions obtained in step S40. However, from the viewpoint of efficiency, it is preferable to select discretely such as an end Pareto solution or a central Pareto solution among a plurality of Pareto solutions.
For example, an error is used as the determination condition in step S44. This error may be a relative error or an actual error. When a plurality of Pareto solutions are used, their standard deviation or variance value may be set.
As shown in FIG. 9, for example, three Pareto solutions P 1 , P 2 , and P 3 are set for the Pareto solution P. FEM actual calculation values G 1 , G 2 , and G 3 are calculated by inputting design variable values corresponding to the Pareto solutions P 1 , P 2 , and P 3 . Differences d 1 , d 2 , and d 3 between the Pareto solutions P 1 , P 2 , and P 3 and the FEM actual calculation values G 1 , G 2 , and G 3 are obtained, respectively. In this case, the determination is made by comparing the differences d 1 , d 2 , and d 3 with an error set as a determination condition.

本発明は、基本的に以上のように構成されるものである。以上、本発明の構造体の近似モデル作成方法、構造体の近似モデル作成装置、およびプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。   The present invention is basically configured as described above. The structure approximate model creation method, the structure approximate model creation apparatus, and the program according to the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment and does not depart from the spirit of the present invention. Of course, various improvements or modifications may be made.

以下、本発明の近似モデル作成方法の実施例について具体的に説明する。
本実施例では、以下に示す実施例1および比較例1、2ならびに基準例を用いて本発明の近似モデル作成方法の効果について確認した。
Examples of the approximate model creation method of the present invention will be specifically described below.
In this example, the effect of the approximate model creation method of the present invention was confirmed using the following Example 1, Comparative Examples 1 and 2, and Reference Example.

本実施例では、タイヤの断面形状を設計変数とし、タイヤの物理特性である2つの特性値(目的関数)を設定した。ここでは、目的関数の望目特性として、特性値1を大きく、かつ特性値2を小さくするように設定し、多目的遺伝的アルゴリズムを用いた最適化計算結果からパレート解を抽出し、本発明の近似モデル作成方法の効果について確認した。
タイヤサイズ215/55R17のタイヤモデルを基準として、タイヤの断面形状に対して設計変数φ1〜φ6で表される入力値を設定した。なお、設計変数φ1〜φ6で表される入力値を、ラテンハイパーキューブ法(LHC)により100ケース設定した。
なお、近似モデルの精度を検証するため、設計変数およびその定義域、ならびに遺伝的アルゴリズムの個体数、世代数、および突然変異率といった計算条件は実施例1、比較例1、2ともにそれぞれ同一の値を用いた。
以下、実施例1および比較例1、2ならびに基準例について説明する。
In this embodiment, the tire cross-sectional shape is used as a design variable, and two characteristic values (objective functions) that are physical characteristics of the tire are set. Here, as the desired characteristic of the objective function, the characteristic value 1 is set to be large and the characteristic value 2 is set to be small, and the Pareto solution is extracted from the optimization calculation result using the multi-objective genetic algorithm. The effect of the approximate model creation method was confirmed.
With reference to a tire model of tire size 215 / 55R17, input values represented by design variables φ1 to φ6 were set for the cross-sectional shape of the tire. Note that 100 cases of input values represented by design variables φ1 to φ6 were set by the Latin hypercube method (LHC).
In addition, in order to verify the accuracy of the approximate model, the design variables and their domain of definition, and the calculation conditions such as the number of individuals, the number of generations, and the mutation rate of the genetic algorithm are the same in both Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. Values were used.
Hereinafter, Example 1, Comparative Examples 1 and 2, and a reference example will be described.

実施例1は、上述の100ケースでサンプリング計算を行った結果に加えて、そのサンプリング計算結果から得られた出力値の中から4点抽出した。抽出した4点の出力値50について、図10(a)に示すように、設計変数φ1〜φ6について中央値を求めた。モンテカルロ法を用いて、設計変数φ1〜φ6の中央値により、変動幅を設計変数の定義域の±20%として設定し、その変動幅の中において値の組合せを変えることにより、追加サンプリング点として出力値52を50ケース設定した。その結果を図11(a)に示す。
比較例1は、ラテンハイパーキューブ法で設定した100ケースだけとした。その結果を図11(b)に示す。
比較例2は、実施例1と同様にして出力値を4点抽出した。抽出した4点について、図10(b)に示すように、設計変数φ1〜φ6に対して抽出した4点の中における上限値と下限値の範囲を変動幅として設定し、その変動幅の中において設計変数の値の組合せを変えることにより、追加サンプリング点として出力値52を50ケース設定した。その結果を図11(c)に示す。
実施例1、比較例2で用いた4点の出力値は、出力値の中で特性値1が大きく、かつ特性値2が小さくなる解を望目特性として定め、最も改善幅の大きい、すなわち、この後の最適化計算において算出されるパレート解に最も近いであろう4点である。
In Example 1, in addition to the result of the sampling calculation in the 100 cases described above, four points were extracted from the output values obtained from the sampling calculation result. With respect to the extracted output values 50 of the four points, as shown in FIG. 10A, medians were obtained for the design variables φ1 to φ6. By using the Monte Carlo method, the fluctuation range is set as ± 20% of the design variable domain by the median value of the design variables φ1 to φ6. By changing the combination of values within the fluctuation range, additional sampling points can be obtained. 50 cases of output value 52 were set. The result is shown in FIG.
In Comparative Example 1, only 100 cases set by the Latin hypercube method were used. The result is shown in FIG.
In Comparative Example 2, four output values were extracted in the same manner as in Example 1. For the four extracted points, as shown in FIG. 10 (b), the range of the upper limit value and the lower limit value among the four extracted points for the design variables φ1 to φ6 is set as the fluctuation range. 50, the output value 52 was set to 50 cases as additional sampling points by changing the combination of design variable values. The result is shown in FIG.
For the four output values used in Example 1 and Comparative Example 2, the solution having the largest characteristic value 1 and the smallest characteristic value 2 is defined as the desired characteristic among the output values, and the improvement range is the largest. These are the four points that will be closest to the Pareto solution calculated in the subsequent optimization calculation.

基準例は、近似モデルを用いることなく、全て有限要素法を用いて特性値を計算したものである。この基準例の実計算結果を図12に示す。図12に示す実計算結果60が計算誤差のないことから、近似モデルの計算精度を確認するための基準として設定した。   In the reference examples, the characteristic values are all calculated using the finite element method without using an approximate model. The actual calculation result of this reference example is shown in FIG. Since the actual calculation result 60 shown in FIG. 12 has no calculation error, it was set as a reference for confirming the calculation accuracy of the approximate model.

実施例1、および比較例1、2について、多項式を用いた近似モデルを作成し、最適化計算を行い、パレート解を抽出し、その結果を図12に示す。
図12に示すように、実計算結果60と実施例1の結果62とは近い。一方、比較例1の結果64は、最も実計算結果60から遠い。比較例2は、実施例1と同じケース数であるが、比較例2の結果66は実施例1の結果62よりも実計算結果60から離れている。
実施例1は、比較例1、2に比して実計算結果60に近い精度を得ることができた。実施例1は、比較例3とケース数が略同じであるが、実施例1の方が高い精度が得られた。また、実計算結果60は近似モデルを用いておらず、実施例1に比して計算量が非常に多く、かつ計算時間も長い。このように本発明では、近似モデルの精度が高く、かつ計算量および計算時間を減らすことができる。
For Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, an approximation model using a polynomial is created, optimization calculation is performed, a Pareto solution is extracted, and the result is shown in FIG.
As shown in FIG. 12, the actual calculation result 60 and the result 62 of Example 1 are close. On the other hand, the result 64 of Comparative Example 1 is farthest from the actual calculation result 60. Comparative Example 2 has the same number of cases as Example 1, but the result 66 of Comparative Example 2 is farther from the actual calculation result 60 than the result 62 of Example 1.
In Example 1, the accuracy close to the actual calculation result 60 was obtained as compared with Comparative Examples 1 and 2. In Example 1, the number of cases is substantially the same as that in Comparative Example 3, but higher accuracy was obtained in Example 1. Further, the actual calculation result 60 does not use an approximate model, and the calculation amount is much larger than that of the first embodiment, and the calculation time is also long. Thus, according to the present invention, the accuracy of the approximate model is high, and the calculation amount and the calculation time can be reduced.

10 構造体の近似モデル作成装置(近似モデル作成装置)
12 処理部
14 入力部
16 表示部
20 条件設定部
22 モデル作成部
24 演算部
26 パレート解探索部
28 メモリ
30 表示制御部
32 制御部
40、50、52 出力値
42 選択された出力値
44 出力値(追加サンプリング点)
46a〜46f 点
Approximate model creation device for structure 10 (approximate model creation device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Processing part 14 Input part 16 Display part 20 Condition setting part 22 Model preparation part 24 Calculation part 26 Pareto solution search part 28 Memory 30 Display control part 32 Control part 40, 50, 52 Output value 42 Selected output value 44 Output value (Additional sampling points)
46a-46f points

Claims (13)

構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち設計変数として定められた複数の入力パラメータと、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち特性値として定められた複数の出力パラメータとの2種類のデータを対象とした構造体の近似モデルの作成方法であって、
前記複数種の設計変数および前記各設計変数の定義域、ならび前記複数種の特性値を設定する第1の工程と、
前記複数種の設計変数と前記複数種の特性値との間の非線形応答関係を定める第2の工程と、
前記第2の工程で定めた前記非線形応答関係を用いて、前記複数種の設計変数の値と前記特性値で構成される特性値空間での出力値を計算する第3の工程と、
前記特性値空間の少なくとも1つの出力値を設定し、前記設定された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値を取得する第4の工程と、
前記追加出力値と前記第3の工程で得られた出力値とを用いて特性値を目的関数として、近似モデルを作成する第5の工程と、
前記近似モデルを用いて、多目的最適化計算を実施する第6の工程とを有することを特徴とする構造体の近似モデルの作成方法。
A plurality of input parameters defined as design variables among the parameters defining the structure and the material constituting the structure, and a plurality of parameters defined as characteristic values among the parameters defining the structure and the material constituting the structure A method of creating an approximate model of a structure for two types of data with output parameters,
A first step of setting the plurality of types of design variables and domains of the design variables, and the plurality of types of characteristic values;
A second step of defining a nonlinear response relationship between the plurality of types of design variables and the plurality of types of characteristic values;
A third step of calculating an output value in a characteristic value space composed of the values of the plurality of types of design variables and the characteristic values, using the nonlinear response relationship determined in the second step;
A fourth step of setting at least one output value of the characteristic value space, perturbing an input parameter value in the set output value, setting a plurality of input parameter values, and acquiring an additional output value;
A fifth step of creating an approximate model using the additional output value and the output value obtained in the third step as a characteristic value as an objective function;
And a sixth step of performing multi-objective optimization calculation using the approximate model. A method for creating an approximate model of a structure.
前記第4の工程の前記追加出力値を取得する工程は、前記特性値空間において、出力値が疎の領域を求めて、前記疎の領域から出力値を選択し、選択された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値を取得する請求項1に記載の構造体の近似モデルの作成方法。   The step of obtaining the additional output value in the fourth step is to obtain a sparse region of the output value in the characteristic value space, select an output value from the sparse region, and input the selected output value The method for creating an approximate model of a structure according to claim 1, wherein the parameter values are perturbed to set a plurality of input parameter values and acquire additional output values. 前記第4の工程で設定される前記出力値は、前記第1の工程で前記特性値空間に基準値を設定し、前記基準値に対して大きいもしくは小さい領域にある出力値、または前記基準値に対して予め定められた距離の領域にある出力値から設定されることを設定する請求項1または2に記載の構造体の近似モデルの作成方法。   The output value set in the fourth step sets a reference value in the characteristic value space in the first step, and the output value is in a region larger or smaller than the reference value, or the reference value The method of creating an approximate model of a structure according to claim 1 or 2, wherein setting is made from an output value in a predetermined distance region. 前記第5の工程と前記第6の工程との間に、前記第5の工程で作成した前記近似モデルに、前記追加出力値と前記特性値空間の前記出力値を用いて検証計算を行い、検証計算の結果が所定の判定条件を満たす場合には、前記第6の工程で多目的最適化計算を実施し、
検証の結果が所定の判定条件を満たさない場合には、前記第4の工程において、別の追加出力値を取得し、前記第5の工程で、別の追加出力値を用いて近似モデルを更新する請求項1〜3のいずれか1項に記載の構造体の近似モデルの作成方法。
Between the fifth step and the sixth step, the approximation model created in the fifth step is subjected to verification calculation using the additional output value and the output value of the characteristic value space, When the result of the verification calculation satisfies a predetermined determination condition, the multi-objective optimization calculation is performed in the sixth step,
If the verification result does not satisfy the predetermined determination condition, another additional output value is acquired in the fourth step, and the approximate model is updated using the other additional output value in the fifth step. A method for creating an approximate model of a structure according to any one of claims 1 to 3.
前記第6の工程の後に、前記第6の工程の前記多目的最適化計算を実施して得られたパレート解を用いて前記近似モデルの誤差を検証するための実計算を行う工程を有し、
前記実計算の結果が所定の判定条件を満たす場合には、前記第6の工程で得られた前記多目的最適化計算を実施して得られたパレート解を最終的なパレート解とし、
前記実計算の結果が所定の判定条件を満たさない場合には、前記第4の工程において、別の追加出力値を取得し、前記第5の工程で、別の追加出力値を用いて近似モデルを更新する請求項1〜3のいずれか1項に記載の構造体の近似モデルの作成方法。
After the sixth step, there is a step of performing an actual calculation for verifying an error of the approximate model using a Pareto solution obtained by performing the multi-objective optimization calculation of the sixth step,
When the result of the actual calculation satisfies a predetermined determination condition, the Pareto solution obtained by performing the multi-objective optimization calculation obtained in the sixth step is set as a final Pareto solution,
When the result of the actual calculation does not satisfy a predetermined determination condition, another additional output value is obtained in the fourth step, and the approximate model is obtained using the other additional output value in the fifth step. The method for creating an approximate model of a structure according to any one of claims 1 to 3.
前記設計変数は、タイヤの形状または構造を変化させる、少なくとも1つのパラメータであり、前記特性値は、タイヤの物理特性値の少なくとも1つであり、
前記多目的最適化計算により、タイヤの物理量が算出される請求項1〜5のいずれか1項に記載の構造体の近似モデルの作成方法。
The design variable is at least one parameter that changes the shape or structure of the tire, and the characteristic value is at least one of the physical characteristic values of the tire;
The method for creating an approximate model of a structure according to any one of claims 1 to 5, wherein a physical quantity of a tire is calculated by the multi-objective optimization calculation.
構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち設計変数として定められた複数の入力パラメータと、構造体および構造体を構成する材料を規定するパラメータのうち特性値として定められた複数の出力パラメータとの2種類のデータを対象とした構造体の近似モデルの作成装置であって、
前記複数種の設計変数および前記各設計変数の定義域、ならび前記複数種の特性値を設定し、前記複数種の設計変数と前記複数種の特性値との間の非線形応答関係を定める条件設定部と、
前記非線形応答関係を用いて、前記複数種の設計変数の値と前記特性値で構成される特性値空間での出力値を計算し、前記特性値空間の少なくとも1つの出力値を設定し、前記設定された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値を取得し、前記追加出力値と前記特性値空間の前記出力値とを用いて特性値を目的関数として、近似モデルを作成し、作成した近似モデルを用いて、多目的最適化計算を実施する演算部と、
パレート解を抽出するパレート解探索部とを有することを特徴とする構造体の近似モデルの作成装置。
A plurality of input parameters defined as design variables among the parameters defining the structure and the material constituting the structure, and a plurality of parameters defined as characteristic values among the parameters defining the structure and the material constituting the structure An apparatus for creating an approximate model of a structure targeting two types of data with output parameters,
Setting of the plurality of types of design variables and the domain of each design variable, and the plurality of types of characteristic values, and setting conditions for determining a nonlinear response relationship between the types of design variables and the types of characteristic values And
Using the nonlinear response relationship, calculating an output value in a characteristic value space composed of the values of the plurality of types of design variables and the characteristic value, setting at least one output value in the characteristic value space, Perturbing the input parameter value at the set output value, setting a plurality of input parameter values, obtaining an additional output value, and using the additional output value and the output value in the characteristic value space to determine the characteristic value As an objective function, create an approximate model, and use the created approximate model to perform a multi-objective optimization calculation,
An apparatus for creating an approximate model of a structure, comprising: a Pareto solution search unit that extracts a Pareto solution.
前記演算部は、前記特性値空間において、出力値が疎の領域を求めて、前記疎の領域から出力値を選択し、選択された出力値における入力パラメータ値を摂動させて、複数の入力パラメータ値を設定し、追加出力値を取得する請求項7に記載の構造体の近似モデルの作成装置。   The calculation unit obtains a sparse region of the output value in the characteristic value space, selects an output value from the sparse region, and perturbs the input parameter value in the selected output value, thereby obtaining a plurality of input parameters. The apparatus for creating an approximate model of a structure according to claim 7, wherein a value is set and an additional output value is acquired. 前記条件設定部に前記特性値空間に基準値を設定し、前記設定される前記出力値は、前記第1の工程で前記特性値空間に基準値を設定し、前記基準値に対して大きいもしくは小さい領域にある出力値、または前記基準値に対して予め定められた距離の領域にある出力値から設定される請求項7または8に記載の構造体の近似モデルの作成装置。   A reference value is set in the characteristic value space in the condition setting unit, and the set output value is set to the characteristic value space in the first step and is larger than the reference value. The apparatus for creating an approximate model of a structure according to claim 7 or 8, set from an output value in a small area or an output value in an area of a predetermined distance with respect to the reference value. 前記演算部に、前記近似モデルに前記追加出力値と前記特性値空間の前記出力値を用いて検証計算を行わせ、前記検証計算の結果が所定の判定条件を満たす場合には、前記演算部で多目的最適化計算を実施させ、前記パレート解探索部でパレート解を抽出し、
前記検証の結果が所定の判定条件を満たさない場合には、前記演算部に別の追加出力値を取得させて、前記別の追加出力値を用いて近似モデルを更新させる制御部を有する請求項7〜9のいずれか1項に記載の構造体の近似モデルの作成装置。
When the calculation unit causes the approximation model to perform a verification calculation using the additional output value and the output value of the characteristic value space, and the result of the verification calculation satisfies a predetermined determination condition, the calculation unit In the multi-objective optimization calculation, the Pareto solution search unit extracts the Pareto solution,
A control unit that, when the result of the verification does not satisfy a predetermined determination condition, causes the arithmetic unit to acquire another additional output value and updates the approximate model using the other additional output value. An apparatus for creating an approximate model of a structure according to any one of 7 to 9.
前記演算部に、前記多目的最適化計算を実施して得られたパレート解を用いて前記近似モデルの誤差を検証するための実計算を行わせ、
前記実計算の結果が所定の判定条件を満たす場合には、前記多目的最適化計算を実施して得られたパレート解を最終的なパレート解とし、
前記実計算の結果が所定の判定条件を満たさない場合には、前記演算部に別の追加出力値を取得させ、前記別の追加出力値を用いて近似モデルを更新させる制御部を有する請求項7〜9のいずれか1項に記載の構造体の近似モデルの作成装置。
Causing the arithmetic unit to perform an actual calculation for verifying an error of the approximate model using a Pareto solution obtained by performing the multi-objective optimization calculation;
When the result of the actual calculation satisfies a predetermined determination condition, the Pareto solution obtained by performing the multi-objective optimization calculation is a final Pareto solution,
A control unit that, when the result of the actual calculation does not satisfy a predetermined determination condition, causes the arithmetic unit to acquire another additional output value and updates the approximate model using the other additional output value. An apparatus for creating an approximate model of a structure according to any one of 7 to 9.
前記設計変数は、タイヤの形状または構造を変化させる、少なくとも1つのパラメータであり、前記特性値は、タイヤの物理特性値の少なくとも1つであり、
前記多目的最適化計算により、タイヤの物理量が算出される請求項7〜11のいずれか1項に記載の構造体の近似モデルの作成装置。
The design variable is at least one parameter that changes the shape or structure of the tire, and the characteristic value is at least one of the physical characteristic values of the tire;
The apparatus for creating an approximate model of a structure according to any one of claims 7 to 11, wherein a physical quantity of a tire is calculated by the multi-objective optimization calculation.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の構造体の近似モデルの作成方法の各工程を手順としてコンピュータに実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform as a procedure each process of the creation method of the approximate model of the structure of any one of Claims 1-6.
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