WO2006048919A1

WO2006048919A1 - 最適設計管理装置、最適設計計算システム、最適設計管理方法、最適設計管理プログラム

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Publication number: WO2006048919A1
Application number: PCT/JP2004/016227
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Matsumoto
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2006-05-11
Also published as: JP4643586B2; US20070198252A1; US7991617B2; JPWO2006048919A1

Abstract

　外部の少なくとも１つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理装置１であって、計算ノード２へ解析に用いる説明変数値の組を送信する説明変数送信部と、計算ノード２から解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信部と、説明変数値と目的変数値の組から少なくとも１つの応答曲面を算出する応答曲面計算部２１と、前記応答曲面において所定の最適化条件に近づく説明変数値の組を、新たな説明変数値の組として更新する最適化計算部２２と、所定の終了条件を満たすまで、説明変数送信部から続く処理を繰り返し実行させる制御部１１とを備えた。

Description

明細書

最適設計管理装置、最適設計計算システム、最適設計管理方法、最適設計管理プログラム

技術分野

[0001] 本発明は、説明変数と目的変数について最適設計を行うための最適設計管理装置、最適設計計算システム、最適設計管理方法、最適設計管理プログラムに関するものである。

背景技術

[0002] 従来の計算機シミュレーションにおヽては、特定の場合を想定した説明変数値を利用者が指定することにより、目的変数値を検証していた。ここで、説明変数とは、縦、横、高さの寸法のような設計の対象となる変数であり、目的変数とは、応力のように最適化の対象となる変数のことである。しかし、近年、計算機能力の向上により、多数の場合を想定した説明変数値の組み合わせについて目的変数値を調べることにより、説明変数と目的変数の関係を調べたり、目的変数値が最適になる説明変数値の組み合わせを調べたりする最適設計計算システムが実現されてきている。

[0003] 従来の最適設計計算システムは、説明変数値の組み合わせについて総当たりで計算する方式や、線形性を仮定して説明変数値の組み合わせの数を減らす方式が採用されていた。

[0004] なお、本発明の関連ある従来技術として、例えば、下記に示す特許文献 1が知られている。この設備信頼性設計支援装置は、タグチメソッドに基づいて設備と部品の設計変数を直交表に割り付け、この直交表に基づ!/、て設計解析モデルまたは逆問題解析モデルの解析を行い、この解析結果に基づいて応答曲面を求め、この応答曲面を用いて最適化設計を行うものである。

特許文献 1 :特開 2001-125933号公報（第 3-10頁、第 1図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかしながら、説明変数の数が多い場合に、現実的な時間の範囲で計算を終了させることができな力つたり、非線形の場合に説明変数値の組み合わせの選定が適切でな力つたりする問題がある。

[0006] 例えば、直交表を用いる場合、均等に説明変数値の組み合わせを設定することは可能である。しかし、このような方法は、説明変数値の間隔が広すぎたり、線形性を仮定したりする場合、高精度な最適化に適していない。また、例えば、タグチメソッドは、 SN比を用いて説明変数毎にその重要度を決定する。しかし、このような方法は、説明変数の組み合わせが目的変数に寄与する場合、十分な情報を利用者に提示できない。

[0007] さらに、説明変数と目的変数の関係を表す応答曲面については、通常、 1つまたは複数の応答曲面を作成し、そのうち説明変数と目的変数の関係を最も適切に表現するものを選択し、最適化に使用する。応答曲面は例えば重回帰分析を用いて求めることができ、応力の例の場合、 A、 B、 C、 Dを係数として、応力 =A X縦 +B X横 + C X高さ + Dのように与えられる。しかし、この方法において、応答曲面の選択は統計解析に関する専門知識を必要とするため、利用者を限定してしまう。また、応答曲面の選択は通常、説明変数値の範囲全体にわたって説明変数と目的変数の関係を適切に表現するものを選択するが、選択された応答曲面が目的変数を最適にする説明変数の領域において適切となっているとは限らず、応答曲面の精度に問題がある場合がある。さらに、応答曲面を 1つし力選択しないことにより、最適化の探索範囲を狭くすることになり、最適化の精度が不十分となる場合がある。

[0008] このため、目的変数値を最適とする説明変数値の組み合わせを計算するためには、利用者が試行錯誤で最適設計の計算を繰り返すことになるため、利用者によって計算結果の精度がばらつき、さらに利用者によっては計算を諦めてしまう場合がある

[0009] また、近年、複数の CPU (Central Processing Unit)を搭載した SMP (Symmetric

Multiple Processor)型の計算機や、複数の計算機をネットワークで接続したクラスタ型の計算機システム、より広域の計算機をネットワークで接続したグリッドコンビユーテイング等の潤沢な計算機能力が利用可能となってきている。しかし、このような潤沢な計算機能力を、計算精度の向上に活かしていな力つた。 [0010] 本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、利用者に対する難易度を上げることなぐ最適設計の精度を向上させる最適設計管理装置、最適設計計算システム、最適設計管理方法、最適設計管理プログラムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 上述した課題を解決するため、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理装置であって、計算ノードへ解析に用いる説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信部と、計算ノードから解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信部と、説明変数値と目的変数値の組から少なくとも 1つの応答曲面を算出する応答曲面計算部と、前記応答曲面において所定の最適化条件に近づく説明変数値の組を、新たな説明変数値の組として更新する最適化計算部と、所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信部から続く処理を繰り返し実行させる制御部とを備えたものである。

[0012] また、本発明に係る最適設計管理装置において、さらに前記最適化計算部が算出した説明変数値の組を、所定の数の代表的な説明変数値の組にまとめるクラスタリング計算部を備えることを特徴とするものである。

[0013] また、本発明に係る最適設計管理装置において、前記応答曲面計算部は、それぞれ異なるアルゴリズムを用いて複数の応答曲面を算出することを特徴とするものである。

[0014] また、本発明に係る最適設計管理装置において、前記応答曲面は、説明変数と目的変数の関係を誤差のないようにモデルィ匕する誤差なし応答曲面であることを特徴とするちのである。

[0015] また、本発明に係る最適設計管理装置において、前記応答曲面計算部は、説明変数値と目的変数値の組を重複を許して複数組抜き出したものを用いて応答曲面を算出する処理を、重複の仕方を変えながら複数行うことにより複数の応答曲面を算出し、該複数の応答曲面の代表値で表される応答曲面を出力することを特徴とするものである。 [0016] また、本発明に係る最適設計管理装置において、前記応答曲面計算部は、それぞれ異なるアルゴリズムを用、て複数の応答曲面を算出し、該複数の応答曲面の代表値で表される応答曲面を出力することを特徴とするものである。

[0017] また、本発明に係る最適設計管理装置において、前記最適化条件は、目的変数値が最適となるような説明変数値の組であることを特徴とするものである。

[0018] また、本発明に係る最適設計管理装置において、前記最適化条件は、目的変数値の分布が均一になるような説明変数値の組であることを特徴とするものである。

[0019] また、本発明に係る最適設計管理装置において、前記最適化条件は、説明変数値と目的変数値の偏りが少なくなるような説明変数値の組であることを特徴とするものである。

[0020] また、本発明に係る最適設計管理装置において、目的変数値が最適となるような説明変数値の組であることを第 1の条件と、目的変数値や説明変数値の分布が均一になるような説明変数値の組であることを第 2の条件とし、前記最適化条件は前記第 1 の条件と前記第 2の条件を所定の割合で満たすことを特徴とするものである。

[0021] また、本発明に係る最適設計管理装置において、前記応答曲面計算部は、最適でない目的変数値と、該目的変数値に対応する説明変数値の組を省き、応答曲面を算出することを特徴とするものである。

[0022] また、本発明に係る最適設計管理装置において、前記最適化計算部は、前記説明変数送信部が用いた説明変数の組と前記所定の最適化条件に近づく説明変数値の組が所定の類似度を満たす場合、前記所定の最適化条件に近づく説明変数値の組を前記説明変数送信部が用いた説明変数値の組とし、対応する解析結果の目的変数値を次回の解析結果の代用とし、前記代用とした目的変数値については次回の前記説明変数送信部と前記目的変数受信部を実行させないことを特徴とするものである。

[0023] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理装置であつて、計算ノードへ解析に用いる説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信部と、計算ノードから解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信部と、説明変数値と目的変数値の組から回帰木データを算出する統計情報計算部と、前記回帰木データに基づいて表示画面を生成する表示画面生成部とを備えたものである。

[0024] また、本発明に係る最適設計管理装置において、さらに、前記回帰木データを用いて目的変数値が所定の目的変数範囲を満足するような説明変数値を、新たな説明変数値の組として更新する集中計算部と、所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信部から続く処理を繰り返し実行させる制御部とを備えることを特徴とするものである。

[0025] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理装置であつて、計算ノードへ説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信部と、計算ノードから目的変数値を受信する目的変数受信部と、説明変数値と目的変数値の組から主成分分析データを算出する統計情報計算部と、前記主成分分析データに基づいて表示画面を生成する表示画面生成部とを備えたものである。

[0026] また、本発明に係る最適設計管理装置において、さらに、前記主成分分析データを用いて目的変数値が所定の目的変数範囲を満足するような説明変数値を、新たな説明変数値の組として更新する集中計算部と、所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信部からの処理を繰り返し実行させる制御部と、を備えることを特徴とするものである。

[0027] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理装置であつて、計算ノードへ説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信部と、計算ノードから目的変数値を受信する目的変数受信部と、説明変数値と目的変数値の組から-ユーラルネットワークデータを算出する統計情報計算部と、前記-ユーラルネットワークデータに基づいて表示画面を生成する表示画面生成部とを備えたものである。

[0028] また、本発明は、少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行!ヽ、解析結果を用いて最適化を行う最適設計計算システムであって、計算ノードへ解析に用いる説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信部と、前記説明変数送信部力もの説明変数値に基づいて解析を行い、解析結果の目的変数値を算出する計算ノードと、計算ノードから前記解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信部と、説明変数値と目的変数値の組から少なくとも 1つの応答曲面を算出する応答曲面計算部と、前記応答曲面において所定の最適化条件に近づく説明変数値の組を、新たな説明変数値の組として更新する最適化計算部と、所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信部から続く処理を繰り返し実行させる制御部とを備えたものである。

[0029] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法であつて、計算ノードへ解析に用いる説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信ステップと、計算ノードから解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信ステップと、説明変数値と目的変数値の組から少なくとも 1つの応答曲面を算出する応答曲面計算ステップと、前記応答曲面において所定の最適化条件に近づく説明変数値の組を、新たな説明変数値の組として更新する最適化計算ステップと、所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信ステップ力続く処理を繰り返し実行させる制御ステップとを実行するものである。

[0030] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法であつて、計算ノードへ解析に用いる説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信ステップと、計算ノードから解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信ステップと、説明変数値と目的変数値の組から回帰木データを算出する統計情報計算ステップと、前記回帰木データに基づ、て表示画面を生成する表示画面生成ステツプとを実行するものである。

[0031] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法であつて、計算ノードへ説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信ステツプと、計算ノードから目的変数値を受信する目的変数受信ステップと、説明変数値と目的変数値の組から主成分分析データを算出する統計情報計算ステップと、前記主成分分析データに基づ、て表示画面を生成する表示画面生成ステップとを実行するものである。

[0032] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法であつて、計算ノードへ説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信ステツプと、計算ノードから目的変数値を受信する目的変数受信ステップと、説明変数値と目的変数値の組から-ユーラルネットワークデータを算出する統計情報計算ステップと、前記ニューラルネットワークデータに基づ、て表示画面を生成する表示画面生成ステップとを実行するものである。

[0033] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法をコンピュータに実行させる最適設計管理プログラムであって、計算ノードへ解析に用いる説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信ステップと、計算ノードから解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信ステップと、説明変数値と目的変数値の組から少なくとも 1つの応答曲面を算出する応答曲面計算ステップと、前記応答曲面において所定の最適化条件に近づく説明変数値の組を、新たな説明変数値の組として更新する最適化計算ステップと、所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信ステップ力続く処理を繰り返し実行させる制御ステップとをコンビユータに実行させるものである。

[0034] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法をコンピュータに実行させる最適設計管理プログラムであって、計算ノードへ解析に用いる説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信ステップと、計算ノードから解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信ステップと、説明変数値と目的変数値の組から回帰木データを算出する統計情報計算ステップと、前記回帰木データに基づいて表示画面を生成する表示画面生成ステップとをコンピュータに実行さ ·¾：るものである。 [0035] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法をコンピュータに実行させる最適設計管理プログラムであって、計算ノードへ説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信ステップと、計算ノードから目的変数値を受信する目的変数受信ステップと、説明変数値と目的変数値の組から主成分分析データを算出する統計情報計算ステップと、前記主成分分析データに基づいて表示画面を生成する表示画面生成ステップとをコンピュータに実行させるものである。

[0036] また、本発明は、外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法をコンピュータに実行させる最適設計管理プログラムであって、計算ノードへ説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信ステップと、計算ノードから目的変数値を受信する目的変数受信ステップと、説明変数値と目的変数値の組から-ユーラルネットワークデータを算出する統計情報計算ステップと、前記ニューラルネットヮークデータに基づいて表示画面を生成する表示画面生成ステップとをコンピュータに実行させるものである。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]本発明に係る最適設計計算システムの構成の一例を示すブロック図である。

[図 2]本発明に係る最適設計管理装置の動作の一例を示すフローチャートである。

[図 3]説明変数値の組の例を表す表である。

[図 4]目的変数値の一例を表す表である。

[図 5]最適化結果の説明変数値の組の一例を示す表である。

[図 6]本発明に係る回帰木データに基づく表示画面の一例を示す図である。

[図 7]本発明に係る主成分分析データに基づく表示画面の一例を示す図である。

[図 8]本発明に係るニューラルネットワークデータに基づく表示画面の一例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0038] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

[0039] まず、最適設計計算システムの構成について説明する。図 1は、本発明に係る最適設計計算システムの構成の一例を示すブロック図である。この最適設計計算システムは、最適設計管理装置 1、複数の計算ノード 2、操作端末 3を備える。最適設計計算システムは、例えばグリッドコンピューティングシステムやクラスタ型計算機システムで実現され、最適設計管理装置 1は管理サーバであり、操作端末 3は利用者の端末であり、計算ノード 2は PC (Personal Computer)やワークステーション等のコンピュータであり、これらはネットワークを介して接続される。最適設計管理装置 1は、制御部 11 、記憶部 12、応答曲面計算部 21、最適化計算部 22、統計情報計算部 31、集中計算部 32、クラスタリング計算部 41、解析結果省略部 42、解析結果代用部 43を備える。操作端末 3は、入力部 51、表示部 52を備える。

[0040] 次に、最適設計管理装置 1の動作について説明する。図 2は、本発明に係る最適設計管理装置の動作の一例を示すフローチャートである。まず、制御部 11は、入力部 51における利用者からの入力に従って、最適設計計算の設定値を記憶部 12に格納する (Sl l)。設定値は例えば、説明変数値の範囲を表す説明変数範囲、目的変数値の範囲を表す目的変数範囲、説明変数値、目的変数値、終了条件、省略件数、出力件数、最適化とモデルィ匕の割合等である。個々の設定値については後述する

[0041] 次に、制御部 11は、説明変数範囲において初期値の説明変数値のサンプリングを行うことにより、説明変数値の組を所定の数だけ作成し、記憶部 12に格納する（S 12 )。次に、制御部 11は、記憶部 12に格納されている初期値の説明変数値の組、または最適化結果の説明変数値の組を、解析に用いる説明変数値の組として計算ノード 2毎に割り当て、解析の指示と共に各計算ノード 2へ送信する (S13)。図 3は、説明変数値の組の一例を表す表である。この例において、説明変数は縦、横、高さの寸法であり、 8組分サンプリングされている。

[0042] 各計算ノード 2は、解析の指示と説明変数値の組を受信すると、あらかじめ配布された解析プログラムを用いて目的変数値を算出し、解析結果の目的変数値として制御部 11へ送信する。図 4は、目的変数値の一例を表す表である。この例において、目的変数は応力であり、図 3における説明変数値の組毎に解析プログラムで算出された、 8個の解析結果の目的変数値が示されている。 [0043] 次に、制御部 11は、各計算ノード 2から解析結果の目的変数値を受信し、解析に用いた説明変数値と対応づけ、解析結果の説明変数値と目的変数値の組として記憶部 12に格納する（S14)。制御部 11がすべての目的変数値を受信すると、応答曲面計算を行うか否力の判断を行う（S15)。

[0044] 応答曲面計算を行う場合 (S15, Y)、制御部 11は、解析結果の説明変数値と目的変数値の組、設定値である省略件数を解析結果省略部 42へ渡し、解析結果省略の指示を行う（S21)。解析結果省略部 42は、解析結果の目的変数値が最適でない方から省略件数分の説明変数値と目的変数値の組を省略し、制御部 11へ渡す。制御部 11は、記憶部 12における解析結果の説明変数値と目的変数値の組を、解析結果省略部 42からの説明変数値と目的変数値の組に更新する。

[0045] 次に、制御部 11は、記憶部 12に格納された解析結果の説明変数値と目的変数の組等のデータを応答曲面計算部 21へ渡し、応答曲面計算の指示を行う（S22)。応答曲面計算部 21は、解析結果の説明変数値と目的変数値の組から所定の数の応答曲面を算出し、得られた応答曲面を制御部 11へ渡す。制御部 11は、得られた応答曲面を記憶部 12に格納する。

[0046] 次に、制御部 11は、格納されたデータを最適化計算部 22へ渡し、最適化計算の指示を行う（S23)。次に、最適化計算部 22は、応答曲面において目的変数値が最適となる説明変数値の組を算出し、最適化結果の説明変数値の組として制御部 11 へ渡す。制御部 11は、最適化結果の説明変数値の組を記憶部 12へ格納する。図 5 は、最適化結果の説明変数値の組の一例を示す表である。この例において、図 3と同様、説明変数は縦、横、高さの寸法であり、 4組分サンプリングされている。

[0047] 一方、応答曲面計算を行わない場合 (S 15, N)、制御部 11は記憶部 12に格納された解析結果の説明変数値と目的変数の組等のデータを統計情報計算部 31へ渡し、統計情報計算の指示を行う（S31)。統計情報計算部 31は、解析結果の説明変数値と目的変数値の組から統計情報を生成し、得られた統計情報を制御部 11へ渡す。制御部 11は、得られた統計情報を記憶部 12に格納する。

[0048] 次に、制御部 11は、記憶部 12に格納された解析結果の説明変数値と目的変数値の組、統計情報、設定値である説明変数範囲、目的変数範囲、類似度しきい値を集中計算部 32へ渡し、最適化計算の指示を行う（S32)。集中計算部 32は、説明変数範囲内において所定の条件を満足する説明変数値の組をサンプリングする最適化計算を行い、最適化結果の説明変数値の組として制御部 11へ渡す。制御部 11は、最適化結果の説明変数値の組を記憶部 12へ格納する。

[0049] 次に、制御部 11は、最適化結果の説明変数値の組、設定値である出力件数をクラスタリング計算部 41へ渡し、クラスタリング計算の指示を行う（S41)。クラスタリング計算部 41は、多数の最適化結果の説明変数値の組を出力件数分の代表的な説明変数値の組にまとめるクラスタリング計算を行、、まとめた説明変数値の組を制御部 11 へ渡す。クラスタリングの計算方法としては例えば、最遠隣法や Ward法等を用いる。制御部 11は、記憶部 12における最適化結果の説明変数値の組を、クラスタリング計算部 41からの説明変数値の組に更新する。このクラスタリング計算を用いることにより、次回の解析の資源を削減するとともに、広域探索を行う場合の最適化の精度を向上させることができる。

[0050] 次に、制御部 11は、記憶部 12から、解析結果の説明変数値と目的変数値の組、最適化結果の説明変数値と目的変数値の組、応答曲面、設定値である説明変数範囲、類似度しきい値を解析結果代用部 43へ渡し、解析結果代用の指示を行う (S42 )。解析結果代用部 43は、解析結果の説明変数値の組と最適化結果の説明変数値の組と類似度を組み合わせ毎に算出する。 2つの説明変数値の類似度とは例えば、 2つの説明変数値の差の二乗和の逆数として計算される。類似度の最大値が類似度しきい値を超える場合、最適化計算部 22は、類似度の最大値に対応する最適化結果の説明変数値と目的変数値の組、すなわち次回の解析に用いる説明変数値の組とその解析結果である目的変数値を、既に解析に用いられた説明変数値と目的変数値の組に置き換え、この説明変数値と目的変数値の組については次回の解析を行わない。この解析結果代用により、最適化結果の説明変数値の領域を重視した応答曲面を作成することができるとともに、解析を行う資源を削減することができる。

[0051] 次に、制御部 11は、終了条件を満たしたか否かの判断を行う（S51)。ここで、終了条件とは例えば、繰り返し計算回数の上限や、解析結果の説明変数値の組と最適化結果の説明変数値の組の類似度しき！ヽ値等を設定する。終了条件を満たした場合 ( S51, Y)、このフローを終了する。一方、終了条件を満たさない場合 (S51, Ν)、処理 S13へ戻る。

[0052] 次に、応答曲面計算の動作の詳細について説明する。応答曲面計算部 21は、次に示す 4つの応答曲面計算方法までのいずれかを用いる。ここで、複数の応答曲面を計算する場合、複数の応答曲面計算部 21を備えることにより、並列に計算しても良い。

[0053] まず、第 1の応答曲面計算方法について説明する。制御部 11は、 Κ組 (Κは整数）の解析結果の説明変数値と目的変数値の組を応答曲面計算部 21へ入力する。次に、応答曲面計算部 21は、 S (Lは整数)の異なるアルゴリズムを用いて応答曲面計算を行い、 L個の応答曲面を算出する。応答曲面の算出には例えば、重回帰分析や-ユーラルネットワーク等を用いる。次に、応答曲面計算部 21は、 L個の応答曲面を制御部 11へ出力する。

[0054] 次に、第 2の応答曲面計算方法について説明する。この応答曲面計算方法は、説明変数と目的変数の関係を誤差のないようにモデルィ匕する誤差なし応答曲面を算出するものである。まず、制御部 11は、 K組の解析結果の説明変数値と目的変数値の組を応答曲面計算部 21へ入力する。解析結果の説明変数値と目的変数値の組の番号を i= 1一 K、説明変数を Xi、目的変数を Yi、説明変数と目的変数の関係を Yi= Fi(Xi)とすると、例えば K= 3のとき、 Al, Α2, A3を次の式で定義する。

[0055] A1 =Y1/ (F2 (XI)— Υ2) / (F3 (XI)— Υ3)

Α2 = Υ2/ (F3 (Χ2) Υ3) / (Fl (Χ2) Y1 )

A3 = Υ3Ζ (Fl (Χ3) Yl) / (F2 (Χ3) - Υ2)

[0056] これらの値を用いると、誤差なし応答曲面 F (X)は次の式で求めることができる。

[0057] F (X) = Al * (F2 (X)—Y2) * (F3 (X)—Y3)

+A2 * (F3 (X) - Y3) * (Fl (X)-Yl)

+A3 * (Fl (X)-Yl) * (F2 (X)-Y2)

[0058] 応答曲面計算部 21は、この誤差なし応答曲面を応答曲面として制御部 11に出力する。なお、ここでは K= 3の例について説明した力 Κが他の値であっても同様にして F (X)を求めることができる。 [0059] 次に、第 3の応答曲面計算方法について説明する。まず、制御部 11は、 K組の解析結果の説明変数値と目的変数値の組と、設定値である応答曲面の数 M (Mは整数)を、応答曲面計算部 21へ入力する。応答曲面計算部 21は、 K組の説明変数値と目的変数値の組から重複を許して K組の説明変数値と目的変数値の組を抜き出し、応答曲面を算出する。さらに、応答曲面計算部 21は、重複の仕方を変えながら K 組の説明変数値と目的変数値の組を抜き出し、この応答曲面の算出を M回繰り返すことにより、 M個の応答曲面を算出する。最後に、応答曲面計算部 21は、 M個の応答曲面の代表値で表される応答曲面を算出し、これを制御部 11へ出力する。この応答曲面計算方法によれば、信頼性の低い説明変数値と目的変数値の組の影響を低減することができるとともに、解析結果が少数である場合の最適化の精度を向上させることがでさる。

[0060] 次に、第 4の応答曲面計算方法について説明する。まず、制御部 11は、 K組の説明変数値と目的変数値の組と、アルゴリズムの数 N (Nは整数）、 N個のアルゴリズムの種類を、応答曲面計算部 21へ入力する。応答曲面計算部 21は、 N個の異なるァルゴリズムを用いて、 N個の応答曲面を算出する。次に、応答曲面計算部 21は、 N 個の応答曲面の代表値で表される応答曲面を算出し、これを制御部 11へ出力する。この応答曲面計算方法によれば、応答曲面とこれを用いる最適化の精度を向上させることがでさる。

[0061] 次に、最適化計算の動作の詳細について説明する。最適化計算部 22は、次に示す 4つの最適化計算方法までのいずれ力を用いる。最適設計の初期では第 2の最適化計算方法または第 3の最適化計算方法が選択され、最適設計の末期では第 1の最適化計算方法が選択される。また、両者のバランスを取って最適設計を行う場合、第 4の最適化計算方法が選択される。

[0062] まず、第 1の最適化計算方法について説明する。この最適化計算方法は、利用者が説明変数値の組を絞り込む場合に用いられる。まず、制御部 11は、説明変数範囲、応答曲面を最適化計算部 22へ入力する。最適化計算部 22は、最急降下法や遺伝的アルゴリズム等により、応答曲面において目的変数値が最適となる説明変数値の組を算出し、最適化結果の説明変数値の組として制御部 11へ渡す。 [0063] 次に、第 2の最適化計算方法について説明する。この最適化計算方法は、目的変数のモデルィ匕であり、目的変数値の分布が均一になるような説明変数値の組のサンプリングを目的とし、利用者が目的変数範囲全体の様子を把握する場合に用いられる。まず、制御部 11は、説明変数範囲、応答曲面、解析結果の目的変数値を最適化計算部 22へ入力する。最適化計算部 22は、目的変数値の間隔が最大の区間の中間値を、最適化対象値とする。最適化計算部 22は、応答曲面を用いて算出される目的変数値が最適化対象値に近いことを評価対象として最適化計算を行うことにより、目的変数値が最適化対象値に近くなるような説明変数値の組を、最適化結果の説明変数値の組として制御部 11へ渡す。

[0064] 次に、第 3の最適化計算方法について説明する。この最適化計算方法は、説明変数のモデルィ匕であり、説明変数値と目的変数値の偏りが少なくなるような説明変数値の組のサンプリングを目的とし、利用者が説明変数範囲全体の様子を把握する場合に用いられる。まず、制御部 11は、説明変数範囲、応答曲面、説明変数値の組を最適化計算部 22へ入力する。次に、最適化計算部 22は、説明変数範囲において説明変数値の組をサンプリングし、応答曲面を用いて目的変数値を算出し、説明変数値の組と目的変数値の類似度を算出する。説明変数値の組と目的変数値の類似度とは例えば、それぞれの説明変数値と目的変数値の差の二乗和の逆数として計算される。次に、最適化計算部 22は、この類似度の最大値を最小にするような説明変数値の組を、最適化結果の説明変数値の組として制御部 11へ渡す。

[0065] 次に、第 4の最適化計算方法について説明する。まず、制御部 11は、説明変数範囲、応答曲面、説明変数値の組、最適化とモデル化の割合を最適化計算部 22へ入力する。ここで、最適化とは第 1の最適化計算方法であり、目的変数値が最適となるような説明変数値の組を求めるものである。また、モデル化とは第 2の最適化計算方法または第 3の最適化計算方法であり、目的変数値や説明変数値の分布が均一になるような説明変数値の組を求めるものである。次に、最適化計算部 22は、指定された最適化とモデルィ匕の割合を満たすように最適化とモデルィ匕の両方を実行し、得られた説明変数値の組を、最適化結果の説明変数値の組として制御部 11へ渡す。この最適化計算方法によれば、最適化とモデルィ匕を両立させることができる。 [0066] 次に、統計情報計算の動作の詳細について説明する。統計情報計算部 31は、次に示す 3つの統計情報計算方法までのいずれかを用いる。第 1の統計情報計算方法において、統計情報計算部 31は、説明変数値と目的変数値の組から回帰木データを生成し、統計情報として制御部 11へ出力する。第 2の統計情報計算方法において、統計情報計算部 31は、説明変数値と目的変数値の組から主成分分析データを生成し、統計情報として制御部 11へ出力する。第 3の統計情報計算方法において、統計情報計算部 31は、説明変数値と目的変数値の組からニューラルネットワークデータを生成し、統計情報として制御部 11へ出力する。

[0067] 次に、集中計算の動作の詳細について説明する。集中計算部 32は、回帰木データ、主成分分析データの!/、ずれかの統計情報を用いて最適化結果の説明変数値の組を算出する。

[0068] まず、回帰木データを用いる場合、制御部 11は、説明変数範囲、目的変数範囲、回帰木データ、類似度しきい値を集中計算部 32へ入力する。集中計算部 32は、回帰木データを用いて算出される目的変数値が目的変数範囲を満足するような説明変数値の組で、かつ、求める説明変数値の組と入力された説明変数値の組との類似度が類似度しきい値以下となるような説明変数値をサンプリングし、最適化結果の説明変数値の組として制御部 11へ渡す。

[0069] また、主成分分析データを用いる場合、制御部 11は、説明変数範囲、各主成分値範囲、主成分分析データ、類似度しきい値を集中計算部 32へ入力する。集中計算部 32は、各主成分値範囲を満足し、かつ、求める説明変数値の組と入力された説明変数値の組との類似度が類似度しきい値以下となるような説明変数値の組をサンプリングし、最適化結果の説明変数値の組として制御部 11へ渡す。

[0070] 次に、表示の動作について説明する。制御部 11は、入力部 51からの表示の指示を随時受け付けており、表示の指示があると、統計情報に基づいて表示画面を生成し、表示部 52へ出力する。ここで、上述したように統計情報には、回帰木データ、主成分分析データ、ニューラルネットワークデータがあり、それぞれの統計情報に基づく表示画面の具体例を示す。

[0071] まず、図 6は、本発明に係る回帰木データに基づく表示画面の一例を示す図である。この図では、説明変数として、縦、横、高さの寸法が表され、目的変数として応力が表されている。この表示画面によれば、説明変数の領域に対する目的変数の関係について、利用者の理解を促進させることができる。また、図 7は、本発明に係る主成分分析データに基づく表示画面の一例を示す図である。この図では、第 1主成分と目的変数の関係、第 2主成分と目的変数の関係が表されている。この表示画面によれば、説明変数の数が多い場合に少ない説明変数で表すことができる。さらに、図 8は、本発明に係るニューラルネットワークデータに基づく表示画面の一例を示す図である。この図では、入力ノードとして説明変数である縦、横、高さの寸法が表され、 2つの中間ノードが表され、出力ノードとして目的変数である応力が表されている。この表示画面によれば、ノード間を結ぶ矢印の太さで関係の強さを表すことにより、それぞれのノードの影響を表すことができる。

[0072] なお、応答曲面計算部 21、最適化計算部 22、統計情報計算部 31、集中計算部 3 2、クラスタリング計算部 41、解析結果省略部 42、解析結果代用部 43は、必ずしも全てを必要とせず、計算の目的によっては個々の機能を省いても良い。

[0073] 本実施の形態において、最適設計計算システムはグリッドコンピューティングシステムゃクラスタ型計算機システムで実現され、計算ノード 2はそれぞれコンピュータで実現されると述べたが、最適設計計算システムを SMP型の計算機とし、計算ノード 2を CPUとし、最適設計計算システムが 1つのコンピュータであっても良い。また、本実施の形態において、計算ノード 2において解析プログラムを実行することにより説明変数値の組から目的変数値を算出するとしたが、実験装置により説明変数値の組から目的変数値を算出しても良い。

[0074] また、本発明は、目的に応じた解析プログラムを用いることにより、構造解析、流体解析、衝突解析、電磁場解析、音響解析等の分野における最適設計に適用することができる。

[0075] 更に、最適設計管理装置を構成するコンピュータに上述した各ステップを実行させるプログラムを、最適設計管理プログラムとして提供することができる。上述したプログラムは、コンピュータにより読取り可能な記録媒体に記憶させることによって、最適設計管理装置を構成するコンピュータに実行させることが可能となる。ここで、上記コンピュータにより読取り可能な記録媒体としては、 CD— ROMやフレキシブルディスク、 DVDディスク、光磁気ディスク、 ICカード等の可搬型記憶媒体や、コンピュータプログラムを保持するデータベース、或いは、他のコンピュータ並びにそのデータベースや、更に回線上の伝送媒体をも含むものである。

[0076] なお、説明変数送信部と目的変数受信部と制御部と表示画面生成部は、実施の形態における制御部に対応する。また、応答曲面計算部は、実施の形態における応答曲面計算部と解析結果省略部に対応する。また、最適化計算部は、実施の形態における最適化計算部と解析結果代用部に対応する。

産業上の利用可能性

[0077] 以上説明したように、本発明によれば、複数の応答曲面計算を同時に、平行して行い、説明変数値の組について広域探索を行うことにより、最適化の精度を向上させることができる。また、説明変数の組と目的変数の関係を表示することにより、利用者の理解を促進することができる。また、目的変数が最適になると推定される領域について集中的に計算することにより、説得力のある計算を行うことができる。

[0078] また、説明変数の組または目的変数の分布が均一になるようにサンプリングすることにより、説明変数の組または目的変数のモデルィ匕を適切に行うことができる。また、最適化とモデルィ匕を両立させることにより、説明変数の組と目的変数の関係についての説明力を向上させることができる。また、解析結果が少数である場合の最適化の精度を向上させることができる。また、説明変数範囲を、目的関数値が最適となる付近の領域に限定することにより、最適化の精度を向上させることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行、、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理装置であって、

計算ノードへ解析に用いる説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信部と、

計算ノードから解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信部と、説明変数値と目的変数値の組から少なくとも 1つの応答曲面を算出する応答曲面十异 Piご、

前記応答曲面において所定の最適化条件に近づく説明変数値の組を、新たな説明変数値の組として更新する最適化計算部と、

所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信部から続く処理を繰り返し実行させる制御部と、

を備えてなる最適設計管理装置。

[2] 請求項 1に記載の最適設計管理装置にお!、て、

さらに前記最適化計算部が算出した説明変数値の組を、所定の数の代表的な説明変数値の組にまとめるクラスタリング計算部を備えることを特徴とする最適設計管理装置。

[3] 請求項 1に記載の最適設計管理装置にお!、て、

前記応答曲面計算部は、それぞれ異なるアルゴリズムを用、て複数の応答曲面を算出することを特徴とする最適設計管理装置。

[4] 請求項 1に記載の最適設計管理装置にお!、て、

前記応答曲面計算部は、説明変数値と目的変数値の組を重複を許して複数組抜き出したものを用いて応答曲面を算出する処理を、重複の仕方を変えながら複数行うことにより複数の応答曲面を算出し、該複数の応答曲面の代表値で表される応答曲面を出力することを特徴とする最適設計管理装置。

[5] 請求項 1に記載の最適設計管理装置にお!、て、

前記最適化条件は、目的変数値が最適となるような説明変数値の糸且であることを特徴とする最適設計管理装置。

[6] 請求項 1に記載の最適設計管理装置にお!、て、

前記最適化条件は、目的変数値の分布が均一になるような説明変数値の組であることを特徴とする最適設計管理装置。

[7] 請求項 1に記載の最適設計管理装置にお!、て、

目的変数値が最適となるような説明変数値の組であることを第 1の条件とするとともに、目的変数値や説明変数値の分布が均一になるような説明変数値の組であることを第 2の条件とし、前記最適化条件は前記第 1の条件と前記第 2の条件を所定の割合で満たすことを特徴とする最適設計管理装置。

[8] 請求項 1に記載の最適設計管理装置にお!、て、

前記応答曲面計算部は、最適でない目的変数値と、該目的変数値に対応する説明変数値の組を省き、応答曲面を算出することを特徴とする最適設計管理装置。

[9] 外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行、、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理装置であって、

計算ノードから解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信部と、説明変数値と目的変数値の組から回帰木データを算出する統計情報計算部と、前記回帰木データに基づいて表示画面を生成する表示画面生成部と、を備えてなる最適設計管理装置。

[10] 請求項 9に記載の最適設計管理装置において、

さらに、前記回帰木データを用いて目的変数値が所定の目的変数範囲を満足するような説明変数値を、新たな説明変数値の組として更新する集中計算部と、所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信部から続く処理を繰り返し実行させる制御部と、

を備えることを特徴とする最適設計管理装置。

[11] 外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行、、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理装置であって、

計算ノードへ説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信部と、計算ノードから目的変数値を受信する目的変数受信部と、

説明変数値と目的変数値の組から主成分分析データを算出する統計情報計算部と、

前記主成分分析データに基づいて表示画面を生成する表示画面生成部と、を備えてなる最適設計管理装置。

[12] 請求項 11に記載の最適設計管理装置にお!、て、

さらに、前記主成分分析データを用いて目的変数値が所定の目的変数範囲を満足するような説明変数値を、新たな説明変数値の組として更新する集中計算部と、所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信部からの処理を繰り返し実行させる制御部と、

を備えることを特徴とする最適設計管理装置。

[13] 少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計計算システムであって、

前記説明変数送信部力もの説明変数値に基づいて解析を行い、解析結果の目的変数値を算出する計算ノードと、

計算ノードから前記解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信部と、説明変数値と目的変数値の組から少なくとも 1つの応答曲面を算出する応答曲面十异 Piご、

を備えてなる最適設計計算システム。

[14] 外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行、、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法であって、

計算ノードへ解析に用いる説明変数値の組を送信し、解析の指示を行う説明変数送信ステップと、

計算ノードから解析結果の目的変数値を受信する目的変数受信ステップと、説明変数値と目的変数値の組から少なくとも 1つの応答曲面を算出する応答曲面計算ステップと、

前記応答曲面において所定の最適化条件に近づく説明変数値の組を、新たな説明変数値の組として更新する最適化計算ステップと、

所定の終了条件を満たすまで、前記説明変数送信ステップから続く処理を繰り返し実行させる制御ステップと、

を実行することを特徴とする最適設計管理方法。

[15] 外部の少なくとも 1つの計算ノードを用いて説明変数値の組から目的変数値の解析を行い、解析結果を用いて最適化を行う最適設計管理方法をコンピュータに実行させる最適設計管理プログラムであって、

をコンピュータに実行させる最適設計管理プログラム。

[16] 請求項 15に記載の最適設計管理プログラムにおいて、

さらに前記最適化計算ステップが算出した説明変数値の組を、所定の数の代表的な説明変数値の組にまとめるクラスタリング計算ステップを実行させることを特徴とする最適設計管理プログラム。

[17] 請求項 15に記載の最適設計管理プログラムにおいて、

前記応答曲面計算ステップは、それぞれ異なるアルゴリズムを用いて複数の応答曲面を算出することを特徴とする最適設計管理プログラム。

[18] 請求項 15に記載の最適設計管理プログラムにおいて、

前記最適化条件は、目的変数値が最適となるような説明変数値の糸且であることを特徴とする最適設計管理プログラム。

[19] 請求項 15に記載の最適設計管理プログラムにおいて、

前記最適化条件は、説明変数値と目的変数値の偏りが少なくなるような説明変数値の組であることを特徴とする最適設計管理プログラム。