/ 軟件簡介
SimArk Al Builder是我司自主研發(fā)的基于“代理模型”與“不確定性量化”的機器學(xué)習(xí)與AI建模工具:
? 通過大數(shù)據(jù)（仿真、試驗、物理樣機實測數(shù)據(jù)等）構(gòu)建代理模型，并封裝成數(shù)字樣機進(jìn)行交付
? 使用生成的代理模型進(jìn)行模型降階與圖形渲染，開展數(shù)字孿生系統(tǒng)的搭建與應(yīng)用
? 試驗數(shù)據(jù)修正仿真模型，虛實結(jié)合；從大數(shù)據(jù)到數(shù)學(xué)模型
代理模型（Surrogate Model）與不確定性量化（Uncertainty Quantification）
代理模型，也稱為替代模型或元模型，是一種高可信度的模型生成技術(shù)并最早應(yīng)用在航空航天與軍事領(lǐng)域。代理模型作為仿真與實驗的補充與部分替代，通過對仿真結(jié)果、實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和擬合，提供快速的近似解，是優(yōu)化設(shè)計和實時控制的重要工具。
不確定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）是在系統(tǒng)中存在諸多不確定性因素時向決策者提供高置信度的系統(tǒng)行為預(yù)測的過程。UQ通過量化實際問題模型背后的不確定因素以評估和減少不確定性帶來的風(fēng)險,包含了數(shù)據(jù)采樣、代理模型生成、精度驗證、統(tǒng)計校準(zhǔn)、不確定性傳播、反問題求解等一套完整科學(xué)技術(shù)體系。
代理模型用于快速預(yù)測系統(tǒng)的響應(yīng)，不確定性量化則確保了預(yù)測和決策的可靠性，數(shù)值仿真則為代理模型的生成提供了大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)。三者結(jié)合，可以充分發(fā)揮“AI與機器學(xué)習(xí)、試驗與統(tǒng)計大數(shù)據(jù)、仿真計算”的技術(shù)融合優(yōu)勢，為復(fù)雜工業(yè)品的研發(fā)與測試，在理念、方法、技術(shù)手段上提供新思路。2017年美國國防部DOT&E在指南中強調(diào)了采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法進(jìn)行代理模型建模與仿真的必要性，美國宇航局的建模與仿真標(biāo)準(zhǔn)(NASA-STD-7009A) 中要求對模型的輸入不確定性及輸出不確定性進(jìn)行量化估計，都已明確“代理模型、不確定性量化、仿真計算”是指南推薦的研發(fā)與試驗手段。
代理模型（Surrogate model）的生成與應(yīng)用
通過代理模型技術(shù)生成數(shù)字樣機模型的過程如下：
? 輸入數(shù)據(jù)可以是試驗數(shù)據(jù)、裝備運行實測數(shù)據(jù)、單學(xué)科/多學(xué)科仿真數(shù)據(jù)，通過DOE算法進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣與訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入（下圖①②）
? 通過多項式逼近方法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等AI與機器學(xué)習(xí)方法生成代理模型（下圖③）
? 對代理模型進(jìn)行精度確認(rèn)與模型修正（下圖④⑤）
? 代理模型是封裝好的高可信度數(shù)學(xué)模型，可對此模型進(jìn)行分析與使用，給與輸入?yún)?shù)快速得到輸出參數(shù)（下圖⑥）
? 可導(dǎo)出封裝好的數(shù)字樣機模型，可包含功能特性、目標(biāo)特性、通用性特性等，可選擇去除一些不需要的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)保障設(shè)計數(shù)據(jù)安全
/ 典型應(yīng)用場景
場景一：數(shù)字樣機的“建模交付、考核驗證、樣機模型迭代更新”
數(shù)字樣機搭建過程如下圖示：（ 交付后的數(shù)字樣機模型，可通過使用過程中積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)更新與模型迭代 ）
? 數(shù)字樣機的交付與應(yīng)用
以某工業(yè)裝備的“功能&性能數(shù)字樣機”為例：
用戶通過圖形交互界面，在數(shù)字樣機中輸入?yún)?shù)，快速得到對應(yīng)的樣機特性輸出：
? 數(shù)字模型中的數(shù)據(jù)來源于設(shè)計、試驗、數(shù)值仿真，因此，數(shù)字樣機能包含高可信度的多場/多學(xué)科數(shù)據(jù)
? 給與數(shù)字樣機對應(yīng)的輸入，可通過代理模型快速得到輸出
數(shù)字樣機模型示例
? 數(shù)字樣機模型的考核與驗證
數(shù)字樣機與實體樣機的數(shù)據(jù)對標(biāo)與可信度考核，可通過比較兩種不同類型的樣機所輸出的結(jié)果來進(jìn)行驗證，可操作性強，具體流程如下圖：
同一組輸入下 " 數(shù)字樣機 - 實體樣機 " 輸出對比驗證
在UQ算法中，可通過圖形與曲線，去定量描述數(shù)字樣機和實體樣機之間的誤差：
? 用“代理模型”進(jìn)行數(shù)字樣機建模的優(yōu)勢
通過代理模型技術(shù)生成數(shù)字樣機，有如下較為顯著的優(yōu)勢：
數(shù)據(jù)安全性、數(shù)字樣機實用性兼顧
- 裝備研制院所對使用方關(guān)注的功能、性能、運用效能等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行封裝，生成“數(shù)字樣機/數(shù)字孿生模型”，可選擇去除一些不需要的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)保障設(shè)計數(shù)據(jù)安全；
- 封裝后不影響數(shù)字樣機的精確性與輸入輸出。
數(shù)字樣機易交付、易考核/驗證
- 交付給使用方的數(shù)字樣機，用戶可通過一系列的輸入/輸出結(jié)果，與設(shè)計研制方的仿真模型、歷史數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，評估輸入輸出的功能是否完整，以及數(shù)據(jù)誤差范圍；對數(shù)字樣機關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行定量評估。
數(shù)字樣機的模型健壯性與易用性
- 生成與交付的“數(shù)字樣機/數(shù)字孿生模型”可單獨運行，不需要各學(xué)科、各領(lǐng)域的專業(yè)工具進(jìn)行輔助；不需要復(fù)雜的系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行數(shù)字模型支撐；
- 模型已經(jīng)進(jìn)行封裝與模型降階處理，用戶直接輸入有效數(shù)據(jù)，即可快速獲得有效輸出。
數(shù)字樣機的可迭代性
- 數(shù)字樣機即裝備實物的數(shù)字孿生體，試驗數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)可作為持續(xù)的輸入數(shù)據(jù)對代理模型進(jìn)行修正與優(yōu)化，迭代修正。
場景二：數(shù)字孿生模型的搭建
基于代理模型技術(shù)的數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建示例：
? 飛行器數(shù)字孿生模型
? 裝備性能數(shù)字孿生模型
數(shù)字孿生模型應(yīng)用關(guān)注點：
? 力學(xué)毀傷特性與爆炸性能參數(shù)
? 裝備在復(fù)雜地形環(huán)境下的效能表現(xiàn)
? 裝備性能數(shù)字化驗證
場景三：試驗數(shù)據(jù)修正仿真模型，模型降階與優(yōu)化
問題與挑戰(zhàn)：
? 模型較復(fù)雜，CFD求解器精度不夠，溫度分布與真實情況有差距
? 工況多且單個工況計算時間長，導(dǎo)致多參數(shù)方案優(yōu)化時極為耗時
當(dāng)前CFD求解器計算得到的溫度分布
真實的溫度分布
解決方案：
? CFD仿真數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行機器學(xué)習(xí)生成 "代理模型1" ( "Automate" 功能 )
? 輸入實驗數(shù)據(jù) (例如紅外測試儀測量出的監(jiān)控點溫度)，對 "代理模型1" 進(jìn)行模型校準(zhǔn)，生成 "代理模型2" ，并對此代理模型進(jìn)行精度驗證；( "Data&Validate&Calibrate" 功能 )
? 使用仿真+試驗訓(xùn)練出來的 "代理模型2"，進(jìn)行后續(xù)應(yīng)用：( "Analytics" 功能 )
- 模型降階
- 溫度場快速預(yù)測與評估
- 反問題求解
- 不確定性傳播分析
- 參數(shù)敏感性分析
- 優(yōu)化與設(shè)計空間探索
/ 產(chǎn)品界面展示
/ 高?？蒲邪媾c教育版
SimArk UQ 高校合作及政策協(xié)議
國產(chǎn)化替代是我國工業(yè)軟件發(fā)展的必然趨勢，也是企業(yè)自主創(chuàng)新的關(guān)鍵所在。我們將持續(xù)投入研發(fā)，加速國產(chǎn)化替代進(jìn)程，將我司推出的SimArk UQ軟件與高校深化合作，共同推動教材編寫、課程引入和技能競賽等方面的創(chuàng)新，共同培養(yǎng)出更多適應(yīng)新時代工業(yè)軟件發(fā)展需求的優(yōu)秀人才。
深化校企合作、共同打造高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)學(xué)院。同時我們也將不斷提升自身實力，為高校提供更多優(yōu)質(zhì)的教育資源和服務(wù)支持，共同推動中國高等教育事業(yè)的發(fā)展。
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針對高校師生所提供的軟件版本：
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