SimExplore verwendet moderne, für die Analyse von CAE-Daten speziell angepasste Methoden des maschinellen Lernens für die vergleichende Analyse mehrerer Simulationen. Der Workflow besteht aus zwei Schritten: Auf einen Offline-Batch-Prozess folgen eine interaktive Exploration und Analyse. Die Software lässt sich eigenständig einsetzen oder in andere Software-Clients integrieren.
Um alle Simulationen mit einer Referenzsimulation zu vergleichen, kommt zu Beginn optional die Software SimCompare zum Einsatz. Änderungen im Verhalten von Gitterfunktionen (etwa Verformung), lassen sich für alle Bauteile paarweise (im Vergleich) analysieren. Die am stärksten betroffenen Bauteile werden anhand eines benutzerdefinierten Schwellenwerts gesammelt und für die weitere Analyse ausgewählt.
Alternativ können benutzerdefinierte Bauteile in die Analyse miteinbezogen werden.
Für die Berechnung geometrischer Merkmale nutzt SCAI sein patentiertes Verfahren zur Dimensionsreduktion, dass die Verschiebungen oder Gitterfunktionen der ausgewählten Bauteile darstellt. Anhand dieser geometrischen Merkmale kommt ein Cluster-Algorithmus zur Identifizierung von Clustern und Ausreißern zum Einsatz. Da die berechneten Merkmale nur von der Geometrie abhängen, kann man sie für vergleichende Analysen ab zwei Simulationen verwenden – ein erheblicher Vorteil im Vergleich zu anderen Ansätzen des maschinellen Lernens.
Um den Prozess zur Identifizierung von Ausnahmen weiter zu automatisieren, wird für jede Simulation ein Ausreißer-Kennwert berechnet. Dieser basiert hauptsächlich auf dem Abstand der Simulation vom Cluster-Mittelwert in Bezug auf die ausgewählten Gitterfunktionen (beispielsweise Verformung). Nach einer Aggregation über alle Zeitschritte und einer Normalisierung ermöglicht der Ausreißer-Kennwert eine Rangfolge der Simulationen hinsichtlich ihrer Abweichungen voneinander. Zusätzlich zu einem Kennwert pro Simulation wurde ein Bauteil-Kennwert entwickelt, um Muster in den Abweichungen pro Bauteil über alle Simulationen und alle Zeitschritte zu finden.
Die interaktive SimExplore-Komponente ermöglicht es, verschiedene Bauteile oder Bauteilkombinationen fortlaufend zu analysieren. In Bezug auf die gewählten Funktionen bietet die visuelle Darstellung der Simulationen als Streudiagramm einen intuitiven Überblick über die Ähnlichkeiten und Ausnahmen in den Simulationen. Jede Funktion und jedes Bauteil lassen sich für eine detaillierte interaktive Analyse auswählen. Ein Klick auf eine Simulation in der Visualisierung zeigt sofort das entsprechende Bauteil und die zugehörige Gitterfunktion in einer 3D-Vorschau an. Dies ermöglicht eine einfache Erkundung der Simulationsergebnisse. Zusätzliche Informationen für eine bestimmte Simulation oder ein Bauteil lassen sich interaktiv abrufen, einschließlich eines Links zur Software »GNS Animator«.
ModelCompare identifiziert die Änderungen (Entwurfsmaßnahmen) in einem gegebenen Modell im Vergleich zu einem vorausgewählten Modell, beispielsweise der Referenz oder dem Vorgänger. Für einen ganzheitlichen Ansatz zur Bewertung der Folgen von Entwurfsmaßnahmen lassen sich im interaktiven Teil von SimExplore die Entwurfsvariationen gemeinsam mit den resultierenden Cluster-Ergebnissen erkunden.
Der Arbeitsablauf gliedert sich in einen rechenintensiven nicht-interaktiven Teil und einen interaktiven Explorationsteil. Die Offline-Verarbeitung umfasst beispielsweise die Bestimmung der am stärksten betroffenen Bauteile, die Berechnung der geometriebasierten Datenrepräsentation oder die Vorberechnung zusätzlicher Informationen für die spätere visuelle Exploration. Zusätzlich kann man Simulationen mit geringem Rechenaufwand zu einer bestehenden explorativen Analyse hinzufügen. Die Arbeitsschritte von SimExplore sind eigenständig nutzbar oder lassen sich in ein beliebiges Simulationsdaten-Management-System integrieren.
Insgesamt bietet SimExplore eine automatische Identifizierung von Clustern und eine Erkennung von Ausreißern, kombiniert mit einer schnellen Visualisierung und interaktiven Analyse für viele Simulationen. Die Möglichkeit, direkt mit dem bevorzugten Postprozessor zu arbeiten, erleichtert die detaillierte Analyse der identifizierten Simulationen. Die berechneten Ähnlichkeitsinformationen ermöglichen einen Überblick über viele Simulationsergebnisse, wobei die Integration von Modellvariationen die Überprüfung entsprechender Designänderungen erlaubt. Das ist ein Meilenstein bei der Durchführung von Postprocessing und Simulationsdatenanalysen.
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI