Przewidywanie stopnia wykorzystania przy użyciu modelu uczenia maszynowego

Ta funkcjonalność jest dostępna dla wybranych parametrycznych szablonów połączeń zawartych w predefiniowanym zestawie IDEA StatiCa. W wersji 26.0 tylko ograniczona liczba szablonów obsługuje przewidywanie, jednak zakres będzie stopniowo rozszerzany w kolejnych wersjach.

Dla obsługiwanych szablonów przewidywany stopień wykorzystania jest wyświetlany bezpośrednio w widoku, zapewniając natychmiastową informację zwrotną o oczekiwanej nośności bieżącej konfiguracji. Wyświetlana wartość stanowi oszacowanie wygenerowane przez model uczenia maszynowego.

Metoda przewidywania

Przewidywany stopień wykorzystania oparty jest na modelu uczenia maszynowego wytrenowanym na dużym zbiorze danych zawierającym wstępnie obliczone warianty połączeń. Dla każdego obsługiwanego szablonu parametrycznego automatycznie wygenerowano dziesiątki tysięcy modeli z różnymi kombinacjami parametrów.

Wszystkie te modele zostały w pełni obliczone przy użyciu standardowej analizy IDEA StatiCa Connection. Na podstawie wyników wytrenowano model uczenia maszynowego do przewidywania stopnia wykorzystania szablonu dla nowych kombinacji parametrów, które nie były wcześniej jawnie obliczane.

Podejście to zapewnia szybkie oszacowanie stopnia wykorzystania połączenia bez konieczności uruchamiania pełnego obliczenia po każdej zmianie parametru.

Sposób wyznaczania przewidywania

Dla każdego obsługiwanego szablonu parametrycznego model uczenia maszynowego uwzględnia geometrię i parametry szablonu wraz ze składowymi obciążeń zastosowanymi podczas trenowania.

Gdy użytkownik modyfikuje parametr szablonu (np. grubość blachy, rozmiar śruby lub odległości od krawędzi), przewidywany stopień wykorzystania jest natychmiast aktualizowany. Pozwala to użytkownikowi szybko ocenić, czy bieżąca konfiguracja jest bliżej, czy dalej od oczekiwanej nośności.

Korzyści dla użytkownika z przewidywanego stopnia wykorzystania

Dzięki przewidywanemu stopniowi wykorzystania użytkownik może optymalizować konfigurację połączenia bez wielokrotnego uruchamiania pełnego obliczenia. Przewidywanie zapewnia natychmiastową informację zwrotną podczas zmian parametrów.

Gdy użytkownik jest zadowolony z przewidywanego stopnia wykorzystania, ostateczna weryfikacja musi być zawsze przeprowadzona przez uruchomienie standardowego obliczenia naprężenie/odkształcenie. Tylko wynik obliczeniowy stanowi rzeczywiste sprawdzenie normowe zgodnie z wybraną normą.

Podejście to znacznie przyspiesza proces projektowania, ponieważ nie jest już konieczne weryfikowanie każdego pośredniego wariantu projektowego przez obliczenie.

Wyświetlane przewidywanie w widoku

Jeśli w projekcie zdefiniowano wiele efektów obciążeń, przewidywany stopień wykorzystania wyświetlany w widoku zawsze odpowiada efektowi obciążenia, przy którym połączenie osiąga najwyższy stopień wykorzystania. Przewidywania dla innych efektów obciążeń nie są wyświetlane jednocześnie.

Podobnie, gdy w jednym modelu połączenia zastosowano dwa lub więcej szablonów parametrycznych, przewidywany stopień wykorzystania wyświetlany w widoku reprezentuje najbardziej wykorzystany szablon, a nie stopień wykorzystania złącza jako całości, ponieważ wzajemne oddziaływanie połączonych szablonów nie jest uwzględniane.

Przewidywane stopnie wykorzystania dla poszczególnych szablonów można przeglądać, wybierając każdy szablon osobno. Pozwala to użytkownikowi ocenić szacowany stopień wykorzystania każdego szablonu niezależnie, mając na uwadze, że wyświetlana wartość nie reprezentuje łącznego zachowania całego modelu połączenia.

Ograniczenia

Przewidywany stopień wykorzystania ma na celu zapewnienie szybkiego oszacowania podczas projektowania połączenia. Interpretując wyświetlaną wartość, ważne jest zrozumienie założeń przyjętych podczas trenowania modelu uczenia maszynowego oraz wynikających z nich ograniczeń.

Do przewidywanego stopnia wykorzystania mają zastosowanie następujące ograniczenia:

 1  Uwagi dotyczące obciążeń

• Ograniczone składowe obciążeń – Trenowanie każdego szablonu obejmowało tylko dwie składowe obciążeń (np. Vz i My), przy czym przypadki zakotwień trenowano dla trzech składowych. Inne składowe obciążeń nie są uwzględniane w przewidywaniu. Jeśli te składowe są decydujące dla zachowania połączenia, przewidywany stopień wykorzystania może znacznie różnić się od wyniku obliczeniowego.
• Tylko element przyłączony – Przewidywanie uwzględnia obciążenia przyłożone wyłącznie do elementu przyłączonego. Obciążenia działające na element podpierający nie są uwzględniane. W przypadku gdy element podpierający jest znacznie obciążony, wynik obliczeniowy może być istotnie mniej korzystny niż przewidywanie.

2  Założenia modelowania

• Przyjęte spoiny czołowe (CJP) – Modele były trenowane przy założeniu spoin czołowych (CJP). Rozmiar spoiny nie jest zatem uwzględniany w przewidywanym stopniu wykorzystania. Jeśli nośność spoiny jest decydująca, przewidywanie może znacznie różnić się od wyniku obliczeniowego. Automatyczne projektowanie spoin z nadwytrzymałością, dla pełnej nośności, minimalnej ciągliwości lub szacowania nośności jest dostępne w menu kontekstowym elementu projektu.
• Wymagane domyślne ustawienia projektu – Przewidywany stopień wykorzystania daje wiarygodne wyniki tylko wtedy, gdy ustawienia projektu odpowiadają tym użytym podczas trenowania. Oznacza to, że należy stosować domyślne ustawienia projektu, w szczególności współczynniki bezpieczeństwa, ustawienia siatki, domyślne długości i podział na segmenty.

3  Dostępność

• Tylko dla norm projektowych EN i AISC.
• Tylko gdy wybrana jest analiza naprężenie–odkształcenie.
• Wymagane jest połączenie z Internetem.
  

4  Modyfikacje szablonu

• Zmiany w zakładce Developer i schematu konstrukcyjnego – Jeśli użytkownik modyfikuje szablon w zakładce Developer (np. usuwa parametry, zmienia limity parametrów) lub wybiera inny element podpierający, przewidywanie staje się niedostępne. W takich przypadkach algorytm nie może kontrolować, jak bardzo zmodyfikowane połączenie różni się od oryginalnego wytrenowanego szablonu.
• Zmiany geometryczne – Niektóre zmiany geometryczne nie są jeszcze odzwierciedlone w przewidywanym stopniu wykorzystania. Na przykład zmiana kąta lub mimośrodu osi elementu przyłączonego nie jest uwzględniana i w takich przypadkach przewidywany stopień wykorzystania może znacznie różnić się od wyniku obliczeniowego.
• Dodatkowe operacje – Jeśli do szablonu zostanie dodana dodatkowa operacja (np. usztywnienie), przewidywany stopień wykorzystania będzie nadal wyświetlany, jednak efekt tej operacji nie jest uwzględniany w przewidywaniu.
  

5  Wiele szablonów

• Gdy w jednym modelu połączenia zastosowano wiele szablonów, stopień wykorzystania każdego szablonu może być przewidywany osobno. Jednak ich wzajemne oddziaływanie nie jest uwzględniane.

Uwaga końcowa

Przewidywany stopień wykorzystania powinien być zawsze rozumiany jako oszacowanie. Narzędzia uczenia maszynowego nie mogą zastąpić pełnego obliczenia konstrukcyjnego wykonanego przez inżyniera konstruktora.

Przewidywanie może zapewnić znaczne oszczędności czasu podczas optymalizacji połączenia, umożliwiając szybkie porównanie różnych konfiguracji parametrów.

Wymienione ograniczenia będą stopniowo redukowane w miarę dalszego rozszerzania procesu uczenia maszynowego i zbiorów danych treningowych. Jednocześnie liczba obsługiwanych szablonów parametrycznych z funkcją przewidywania będzie nadal wzrastać.