Predicción de utilización mediante un modelo de aprendizaje automático

Esta funcionalidad está disponible para determinadas plantillas de unión paramétricas incluidas en el conjunto predefinido de IDEA StatiCa. En la versión 26.0, solo un número limitado de plantillas admite la predicción, pero la cobertura se ampliará gradualmente en versiones futuras.

Para las plantillas compatibles, la utilización predicha se muestra directamente en la escena, proporcionando retroalimentación inmediata sobre la capacidad esperada de la configuración actual. El valor mostrado representa una estimación generada por un modelo de aprendizaje automático.

El método de predicción

La utilización predicha se basa en un modelo de aprendizaje automático entrenado con un gran conjunto de datos de variantes de unión precalculadas. Para cada plantilla paramétrica compatible, se generaron automáticamente decenas de miles de modelos con diferentes combinaciones de parámetros.

Todos estos modelos se calcularon completamente mediante el análisis estándar de IDEA StatiCa Connection. A partir de los resultados, se entrenó un modelo de aprendizaje automático para predecir la utilización de la plantilla para nuevas combinaciones de parámetros que no habían sido calculadas explícitamente con anterioridad.

Este enfoque proporciona una estimación rápida de la utilización de la unión sin necesidad de ejecutar un cálculo completo tras cada cambio de parámetro.

Cómo se evalúa la predicción

Para cada plantilla paramétrica compatible, el modelo de aprendizaje automático considera la geometría y los parámetros de la plantilla, junto con los componentes de carga aplicados durante el entrenamiento.

Cuando el usuario modifica un parámetro de la plantilla (p. ej., el espesor de la placa, el tamaño del tornillo o las distancias al borde), la utilización predicha se actualiza de inmediato. Esto permite al usuario evaluar rápidamente si la configuración actual está más cerca o más lejos de la capacidad esperada.

Ventajas para el usuario de la utilización predicha

Gracias a la utilización predicha, el usuario puede optimizar la configuración de la unión sin necesidad de ejecutar repetidamente el cálculo completo. La predicción proporciona retroalimentación instantánea durante los cambios de parámetros.

Una vez que el usuario esté satisfecho con la utilización predicha, la verificación final debe realizarse siempre ejecutando el cálculo estándar de tensión/deformación. Solo el resultado calculado representa la verificación normativa real según el código seleccionado.

Este enfoque acelera significativamente el proceso de diseño, ya que ya no es necesario verificar mediante cálculo cada variante de diseño intermedia.

Predicción mostrada en la escena

Si se definen múltiples efectos de carga en el proyecto, la utilización predicha mostrada en la escena corresponde siempre al efecto de carga en el que la unión alcanza la mayor utilización. Las predicciones para otros efectos de carga no se muestran simultáneamente.

Del mismo modo, cuando se utilizan dos o más plantillas paramétricas dentro de un único modelo de unión, la utilización predicha mostrada en la escena representa la plantilla más utilizada, no la utilización de la junta en su conjunto, ya que no se tiene en cuenta la interacción entre las plantillas combinadas.

Las utilizaciones predichas para plantillas individuales pueden consultarse seleccionando cada plantilla por separado. Esto permite al usuario evaluar la utilización estimada de cada plantilla de forma independiente, teniendo en cuenta que el valor mostrado no representa el comportamiento combinado de todo el modelo de unión.

Limitaciones

La utilización predicha está destinada a proporcionar una estimación rápida durante el diseño de la unión. Al interpretar el valor mostrado, es importante comprender las hipótesis utilizadas durante el entrenamiento del modelo de aprendizaje automático y las limitaciones inherentes que se derivan de ellas.

Las siguientes limitaciones se aplican a la utilización predicha:

 1  Consideraciones de carga

• Componentes de carga limitadas – El entrenamiento de cada plantilla incluyó solo dos componentes de carga (p. ej., Vz y My), con casos de anclaje entrenados para tres componentes. Otras componentes de carga no se consideran para la predicción. Si estas componentes son determinantes para el comportamiento de la unión, la utilización predicha puede diferir significativamente del resultado calculado.
• Solo el elemento conectado – La predicción considera únicamente las cargas aplicadas al elemento conectado. Las cargas que actúan sobre el elemento de apoyo no están incluidas. Cuando el elemento de apoyo está significativamente cargado, el resultado calculado puede ser sustancialmente menos favorable que la predicción.

2  Hipótesis de modelado

• Se asumen soldaduras a tope (CJP) – Los modelos se entrenaron asumiendo soldaduras a tope (CJP). Por tanto, el tamaño de la soldadura no se refleja en la utilización predicha. Si la capacidad de la soldadura es determinante, la predicción puede diferir significativamente del resultado calculado. El autodiseño de soldaduras con sobreresistencia, para resistencia total, ductilidad mínima o estimación de capacidad está disponible en el menú contextual del elemento del proyecto.
• Se requiere la configuración predeterminada del proyecto – La utilización predicha ofrece resultados fiables solo si la configuración del proyecto coincide con la utilizada durante el entrenamiento. Esto significa que deben utilizarse los ajustes predeterminados del proyecto, en particular los coeficientes de seguridad, la configuración de la malla, las longitudes predeterminadas y la división en segmentos.

3  Disponibilidad

• Solo para los códigos de diseño EN y AISC.
• Solo cuando se selecciona el análisis Tensión–Deformación.
• Se requiere conexión a Internet.
  

4  Modificaciones de plantillas

• Pestaña de desarrollador y cambios en el esquema estructural – Si el usuario modifica la plantilla en la pestaña de desarrollador (p. ej., eliminando parámetros, cambiando los límites de los parámetros) o selecciona un elemento de apoyo diferente, la predicción deja de estar disponible. En tales casos, el algoritmo no puede controlar en qué medida la unión modificada difiere de la plantilla original entrenada.
• Cambios geométricos – Algunos cambios geométricos aún no se reflejan en la utilización predicha. Por ejemplo, cambiar el ángulo o la excentricidad del eje del elemento conectado no se tiene en cuenta, y en tales casos la utilización predicha puede diferir significativamente del resultado calculado.
• Operaciones adicionales – Si se añade una operación adicional a la plantilla (p. ej., un rigidizador), la utilización predicha seguirá mostrándose, pero el efecto de dicha operación no está incluido en la predicción.
  

5  Múltiples plantillas

• Cuando se utilizan múltiples plantillas dentro de un mismo modelo de unión, la utilización de cada plantilla puede predecirse por separado. Sin embargo, su interacción mutua no se considera.

Observación final

La utilización predicha debe entenderse siempre como una estimación. Las herramientas de aprendizaje automático no pueden sustituir a un cálculo estructural completo realizado por un ingeniero.

La predicción puede proporcionar un ahorro de tiempo significativo durante la optimización de la unión al permitir una comparación rápida de diferentes configuraciones de parámetros.

Las limitaciones enumeradas se reducirán gradualmente a medida que el proceso de aprendizaje automático y los conjuntos de datos de entrenamiento se amplíen. Al mismo tiempo, el número de plantillas paramétricas compatibles con la funcionalidad de predicción seguirá aumentando.