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JP7534138B2 - Structural design support program, structural design support device, and structural design support method - Google Patents
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Structural design support program, structural design support device, and structural design support method Download PDF

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Description

本発明は、構造設計支援プログラム、構造設計支援装置及び構造設計支援方法に関する。 The present invention relates to a structural design support program, a structural design support device, and a structural design support method.

近年、構造物、例えば、建物、自動車、橋梁、集積回路を設計する作業の高度化が進んでいるため、これらの設計を支援する技術が注目を集めている。このような技術の一例として、例えば、特許文献1に開示されている設計装置が挙げられる。この設計装置は、コンピュータが柱、梁及び耐力壁を少なくとも含む構造部材の少なくとも一つについて、遺伝的アルゴリズムに基づいて、設計因子の少なくとも一つの最適解を計算する最適化計算工程を含んでいる。また、この設計装置は、遺伝的アルゴリズムを使用しているため、様々な問題に適用され得るという利点を有する。 In recent years, the design of structures, such as buildings, automobiles, bridges, and integrated circuits, has become increasingly sophisticated, and technology to support these designs has attracted attention. One example of such technology is the design device disclosed in Patent Document 1. This design device includes an optimization calculation process in which a computer calculates an optimal solution for at least one design factor based on a genetic algorithm for at least one structural member including at least a column, beam, and load-bearing wall. In addition, because this design device uses a genetic algorithm, it has the advantage of being applicable to a variety of problems.

特開2014-153994号公報JP 2014-153994 A

しかしながら、上述した設計装置は、遺伝的アルゴリズムを使用しているため、局所最適に陥っている構造を算出してしまうことがある。また、上述した設計装置は、個々の問題ごとに最適化を実行する必要があるため、構造の算出に長い時間を必要とすることがある。 However, because the above-mentioned design device uses a genetic algorithm, it may calculate a structure that falls into a local optimum. In addition, because the above-mentioned design device needs to perform optimization for each individual problem, it may take a long time to calculate a structure.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、構造物の構造を設計する作業をより手厚く支援することができる構造設計支援プログラム、構造設計支援装置及び構造設計支援方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a structural design support program, a structural design support device, and a structural design support method that can provide more thorough support for the work of designing the structure of a structure.

本発明の一態様は、コンピュータに、構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件及び前記構造物の構造を設計する際に参照されるべき前提条件を示す条件データを取得する条件データ取得機能と、前記条件データにより示される条件の下、機械学習装置として前記構造物の構造を設計し、前記構造物の構造を示す生成データを生成し、重みを固定した第三モデルに連結されており、第二誤差データにより学習する第一モデルと、前記第一モデルにより生成される生成データを取得する生成データ取得機能と、前記生成データと、前記条件データにより構造計算結果データを出力する構造計算機能と、前記生成データから第一構造計算結果推定データを生成し、第一誤差データにより学習する第二モデルと、前記構造計算結果データ及び前記第一構造計算結果推定データから前記第一誤差データを生成して出力する第一誤差算定機能と、前記第二モデルから重みデータを取得する重みデータ取得機能と、前記重みデータにより前記第二モデルと同一の構成及び同一の重みを有し、前記生成データから第二構造計算結果推定データを生成して出力する第三モデルと、前記条件データの少なくとも一部及び前記第二構造計算結果推定データから前記第二誤差データを算出する第二誤差算定機能と、を実現させる構造設計支援プログラムである。 One aspect of the present invention is a computer that includes a condition data acquisition function for acquiring condition data indicating conditions to be satisfied when designing a structure of a structure and prerequisites to be referenced when designing the structure of the structure, a first model that designs the structure of the structure as a machine learning device under conditions indicated by the condition data, generates generated data indicating the structure of the structure, and is linked to a third model with fixed weights and learns using second error data, a generated data acquisition function for acquiring the generated data generated by the first model, a structural calculation function for outputting structural calculation result data using the generated data and the condition data, and a second model that generates first structural calculation result estimation data from the first structural calculation result data and learns using the first error data; a first error calculation function that generates and outputs the first error data from the structural calculation result data and the first structural calculation result estimation data; a weight data acquisition function that acquires weight data from the second model; a third model that has the same configuration and the same weights as the second model using the weight data and generates and outputs second structural calculation result estimation data from the generated data; and a second error calculation function that calculates the second error data from at least a portion of the condition data and the second structural calculation result estimation data.

また、上述した構造設計支援プログラムにおいて、前記第一モデルは、前記構造物において定義される第一方向に沿って配置される第一構成要素に関する前記生成データを生成する工程と、前記構造物において定義され、前記第一方向と交差する第二方向に沿って配置される第二構成要素に関する前記生成データを生成する工程とを分けてもよい。 In addition, in the structural design support program described above, the first model may be divided into a process of generating the generated data for a first component that is arranged along a first direction defined in the structure, and a process of generating the generated data for a second component that is defined in the structure and arranged along a second direction that intersects with the first direction.

また、上述した構造設計支援プログラムにおいて、前記第一モデル、前記第二モデル及び前記第三モデルの少なくとも一つはニューラルネットワーク及び注意機構の少なくとも一方を含んでいてもよい。 In addition, in the structural design support program described above, at least one of the first model, the second model, and the third model may include at least one of a neural network and an attention mechanism.

本発明の一態様は、構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件及び前記構造物の構造を設計する際に参照されるべき前提条件を示す条件データを取得する条件データ取得部と、前記条件データにより示される条件の下、機械学習装置として前記構造物の構造を設計し、前記構造物の構造を示す生成データを生成し、重みを固定した第三モデルに連結されており、第二誤差データにより学習する第一モデルと、前記第一モデルにより生成される生成データを取得する生成データ取得部と、前記生成データと、前記条件データにより構造計算結果データを出力する構造計算部と、前記生成データから第一構造計算結果推定データを生成し、第一誤差データにより学習する第二モデルと、前記構造計算結果データ及び前記第一構造計算結果推定データから前記第一誤差データを生成して出力する第一誤差算定部と、前記第二モデルから重みデータを取得する重みデータ取得部と、前記重みデータにより前記第二モデルと同一の構成及び同一の重みを有し、前記生成データから第二構造計算結果推定データを生成して出力する第三モデルと、前記条件データの少なくとも一部及び前記第二構造計算結果推定データから前記第二誤差データを算出する第二誤差算定部と、を備える構造設計支援装置である。 One aspect of the present invention includes a condition data acquisition unit that acquires condition data indicating conditions to be satisfied when designing a structure of a structure and prerequisites to be referenced when designing the structure of the structure, a first model that designs the structure of the structure as a machine learning device under the conditions indicated by the condition data, generates generated data indicating the structure of the structure, and is connected to a third model with fixed weights and learns using second error data, a generated data acquisition unit that acquires the generated data generated by the first model, a structural calculation unit that outputs structural calculation result data based on the generated data and the condition data, and a structural calculation unit that calculates structural calculation results from the generated data. The structural design support device includes: a second model that generates first structural calculation result estimation data and learns using first error data; a first error calculation unit that generates and outputs the first error data from the structural calculation result data and the first structural calculation result estimation data; a weight data acquisition unit that acquires weight data from the second model; a third model that has the same configuration and the same weights as the second model using the weight data, and generates and outputs second structural calculation result estimation data from the generated data; and a second error calculation unit that calculates the second error data from at least a portion of the condition data and the second structural calculation result estimation data.

また、上述した構造設計支援装置において、前記第二誤差データに基づいて重みが更新された前記第一モデルは、前記条件データを使用して前記構造物の構造を設計し、前記構造物の構造を設計した結果を示す生成データを出力してもよい。 Furthermore, in the above-mentioned structural design support device, the first model whose weighting has been updated based on the second error data may design a structure of the structure using the condition data , and output generated data indicating a result of designing the structure of the structure.

本発明の一態様は、構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件及び前記構造物の構造を設計する際に参照されるべき前提条件を示す条件データを取得するステップと、前記条件データにより示される条件の下、前記構造物の構造を示す生成データを生成するモデルであって第二誤差データにより学習するモデルである第一モデルが、機械学習装置として前記構造物の構造を設計し、生成した前記生成データを取得するステップと、前記生成データと、前記条件データにより構造計算装置を使用して構造計算結果データを出力するステップと、前記生成データから第一構造計算結果推定データを生成するモデルであって第一誤差データにより学習するモデルである第二モデルが生成する前記第一構造計算結果推定データと、前記構造計算結果データとに基づいて、第一誤差データを生成して出力するステップと、前記第一誤差データに基づいて前記第二モデルの重みを更新することにより学習するステップと、前記第二モデルから更新後の重みデータを取得するステップと、前記第二モデルと同一の構成を有し、前記第一モデルに連結されたモデルであって、前記生成データから第二構造計算結果推定データを生成して出力するモデルである第三モデルに、前記重みデータをコピーすることにより、前記第三モデルを、前記第二モデルと同一の重みを有するモデルにするステップと、前記条件データの少なくとも一部及び第二構造計算結果推定データから第二誤差データを算出するステップと、前記第一モデルと前記第三モデルを連結した連結モデルについて、前記第二誤差データから前記連結モデルのうち前記第一モデルの重みのみを更新することにより学習するステップと、前記第一モデル及び前記第二モデルの少なくとも一方を学習済モデルとして取得するステップと、を含む構造設計支援方法である。 One aspect of the present invention includes a step of acquiring condition data indicating conditions to be satisfied when designing a structure of a structure and prerequisites to be referred to when designing the structure of the structure; a step of a first model, which is a model that generates generation data indicating the structure of the structure under the conditions indicated by the condition data and is a model that learns using second error data, designing the structure of the structure as a machine learning device and acquiring the generated generation data; a step of outputting structural calculation result data using a structural calculation device based on the generation data and the condition data; a step of generating and outputting first error data based on the first structural calculation result estimation data generated by a second model, which is a model that generates first structural calculation result estimation data from the generation data and is a model that learns using first error data, and the structural calculation result data; The structural design support method includes the steps of: learning by updating weights of a model; acquiring updated weight data from the second model ; copying the weight data to a third model, which has the same configuration as the second model and is connected to the first model, and which generates and outputs second structural calculation result estimation data from the generation data, thereby making the third model a model having the same weights as the second model ; calculating second error data from at least a portion of the condition data and the second structural calculation result estimation data; learning a connected model in which the first model and the third model are connected, by updating only the weight of the first model of the connected models from the second error data; and acquiring at least one of the first model and the second model as a learned model.

また、上述した構造設計支援方法は、前記第二誤差データに基づいて重みが更新された前記第一モデルが、前記条件データを使用して前記構造物の構造を設計し、前記構造物の構造を設計した結果を示す生成データを出力するステップを更に含んでいてもよい。 In addition, the above-mentioned structural design support method may further include a step in which the first model, whose weights have been updated based on the second error data , designs a structure of the structure using the condition data, and outputs generated data indicating a result of designing the structure of the structure.

本発明によれば、構造物の構造を設計する作業をより手厚く支援することができる。 The present invention provides more thorough support for the work of designing the structure of a structure.

実施形態に係る構造設計支援プログラムが備える機能の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of functions included in a structural design support program according to an embodiment. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが実行する処理の一例を示す概念図である。1 is a conceptual diagram illustrating an example of processing executed by a structural design support program according to an embodiment. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階で生成され、建物の一階のX通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of generated data that is generated at a stage when the structural design support program according to the embodiment generates a trained model, and indicates a position where it is determined that it is preferable to place a load-bearing wall in the X direction on the first floor of a building. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階で生成され、建物の二階のX通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of generated data that is generated at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates a trained model, and indicates a position where it is determined that it is preferable to place a load-bearing wall in the X direction on the second floor of a building. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階で生成され、建物の一階のY通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of generated data generated at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates a trained model, and indicating a position where it is determined that it is preferable to place a load-bearing wall in the Y direction on the first floor of a building. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階で生成され、建物の二階のY通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of generated data generated at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates a trained model, showing a position where it is determined that it is preferable to place a load-bearing wall in the Y direction on the second floor of a building. 実施形態に係る学習済モデル取得機能が実行する処理の一例を示す概念図である。A conceptual diagram showing an example of processing executed by a trained model acquisition function according to an embodiment. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階における機械学習装置のエポック数と第一誤差算定機能による損失関数の値との関係の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs of the machine learning device and the value of the loss function calculated by the first error calculation function at the stage when the structural design assistance program according to the embodiment generates a trained model. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階における機械学習装置のエポック数と第二誤差算定機能による損失関数の値との関係の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs of the machine learning device and the value of the loss function calculated by the second error calculation function at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates a trained model. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階においてテストデータが入力された場合における機械学習装置のエポック数と第二誤差算定機能による損失関数の値との関係の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs of the machine learning device and the value of the loss function calculated by the second error calculation function when test data is input at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates a trained model. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の一階のX通り方向について第三モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a relationship between the eccentricity ratio estimated by a third model in the X direction on the first floor of a building related to learning of a first model and a second model, at a stage when the structural design support program according to the embodiment generates a first model and a second model as trained models, and the number of epochs. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の二階のX通り方向について第三モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a relationship between the eccentricity ratio estimated by a third model in the X direction on the second floor of a building related to learning of a first model and a second model, at a stage when the structural design support program according to the embodiment generates a first model and a second model as trained models, and the number of epochs. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の一階のY通り方向について第三モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by the third model in the Y direction on the first floor of a building related to the learning of the first model and the second model, at a stage when the structural design support program of the embodiment generates the first model and the second model as trained models, and the number of epochs. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の二階のY通り方向について第三モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by the third model in the Y direction on the second floor of a building related to the learning of the first model and the second model, at a stage when the structural design support program of the embodiment generates the first model and the second model as trained models, and the number of epochs. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の一階のX通り方向について第三モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a relationship between the number of epochs and a load-bearing wall test value estimated by a third model for the X-direction on the first floor of a building related to learning of the first model and the second model, at a stage when the structural design support program according to the embodiment generates a first model and a second model as trained models. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の二階のX通り方向について第三モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a relationship between the number of epochs and a load-bearing wall test value estimated by a third model for the X-direction on the second floor of a building related to learning of the first model and the second model, at a stage when the structural design support program according to the embodiment generates a first model and a second model as trained models. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の一階のY通り方向について第三モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。This figure shows an example of the relationship between the load-bearing wall test value estimated by the third model for the Y direction on the first floor of a building related to the learning of the first model and the second model, at the stage when the structural design support program of the embodiment generates the first model and the second model as trained models, and the number of epochs. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の二階のY通り方向について第三モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。This figure shows an example of the relationship between the load-bearing wall test value estimated by the third model for the Y direction on the second floor of a building related to the learning of the first model and the second model, at the stage when the structural design support program of the embodiment generates the first model and the second model as trained models, and the number of epochs. 実施形態に係る二階建ての建物の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a two-story building according to an embodiment. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが図19に示した建物の一階のX通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of generated data indicating a position determined by the structural design support program according to the embodiment as being preferable for placing a load-bearing wall in the X direction on the first floor of the building shown in FIG. 19 . 実施形態に係る構造設計支援プログラムが図19に示した建物の二階のX通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of generated data indicating a position determined by the structural design support program according to the embodiment to be preferable for placing a load-bearing wall in the X direction on the second floor of the building shown in FIG. 19 . 実施形態に係る構造設計支援プログラムが図19に示した建物の一階のY通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。20 is a diagram showing an example of generated data indicating a position determined by the structural design support program according to the embodiment to be preferable for placing a load-bearing wall in the Y direction on the first floor of the building shown in FIG. 19 . FIG. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが図19に示した建物の二階のY通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of generated data indicating a position determined by the structural design support program according to the embodiment to be preferable for placing a load-bearing wall in the Y direction on the second floor of the building shown in FIG. 19 . 実施形態に係る構造設計支援プログラムが機械学習装置により使用される学習済モデルを再学習させる段階における機械学習装置のエポック数と損失関数の値との関係の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs of a machine learning device and the value of a loss function at a stage when the structural design support program according to the embodiment re-learns a trained model used by the machine learning device. 実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを再学習させる段階における機械学習装置のエポック数と損失関数の値との関係の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the value of the loss function of the machine learning device at a stage where the structural design assistance program according to the embodiment re-learns a trained model. 図19に示した建物の一階のX通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity ratio estimated by a trained model undergoing re-learning in the X-direction on the first floor of the building shown in FIG. 19 and the number of epochs. 図19に示した建物の二階のX通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity ratio estimated by a trained model undergoing re-learning in the X-direction on the second floor of the building shown in FIG. 19 and the number of epochs. 図19に示した建物の一階のY通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity ratio estimated by a trained model undergoing re-learning in the Y direction on the first floor of the building shown in FIG. 19 and the number of epochs. 図19に示した建物の二階のY通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity ratio estimated by a trained model undergoing re-learning in the Y direction on the second floor of the building shown in FIG. 19 and the number of epochs. 図19に示した建物の一階のX通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of the relationship between the load-bearing wall test value estimated by a trained model undergoing re-learning for the X-direction of the first floor of the building shown in FIG. 19 and the number of epochs. 図19に示した建物の二階のX通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of the relationship between the load-bearing wall test value estimated by a trained model undergoing re-learning for the X-direction on the second floor of the building shown in FIG. 19 and the number of epochs. 図19に示した建物の一階のY通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。This figure shows an example of the relationship between the load-bearing wall test value estimated by a trained model undergoing re-learning for the Y direction on the first floor of the building shown in Figure 19 and the number of epochs. 図19に示した建物の二階のY通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。This figure shows an example of the relationship between the load-bearing wall test value estimated by a trained model for which re-learning is in progress for the Y direction on the second floor of the building shown in Figure 19 and the number of epochs. 図34は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習フェーズにおいて実行する処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 34 is a flowchart showing an example of processing executed by the structural design support program according to the embodiment in the learning phase.

[実施形態]
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが備える機能の一例を示す図である。図2は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが実行する処理の一例を示す概念図である。図1及び図2に示すように、構造設計支援プログラム10は、条件データ取得機能11と、第一モデル102と、生成データ取得機能103と、構造計算機能104と、第二モデル105と、第一誤差算定機能106と、重みデータ取得機能107と、第三モデル108と、第二誤差算定機能109と、学習済モデル取得機能110とを備える。
[Embodiment]
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a diagram showing an example of functions provided in a structural design support program according to an embodiment. Fig. 2 is a conceptual diagram showing an example of processing executed by a structural design support program according to an embodiment. As shown in Figs. 1 and 2, a structural design support program 10 includes a condition data acquisition function 11, a first model 102, a generated data acquisition function 103, a structural calculation function 104, a second model 105, a first error calculation function 106, a weight data acquisition function 107, a third model 108, a second error calculation function 109, and a trained model acquisition function 110.

構造設計支援プログラム10が有する機能の少なくとも一部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のハードウェアプロセッサが記憶装置に格納されている構造設計支援プログラム10を読み出して実行することにより実現される。なお、ここで言う記憶装置は、例えば、ハードディスクドライブ(HDD:Hard Disk Drive)、ソリッドステートドライブ(SSD:Solid State Drive)、フラッシュメモリ(Flash Memory)、ROM(Read Only Memory)である。 At least some of the functions of the structural design support program 10 are realized by, for example, a hardware processor such as a CPU (Central Processing Unit) reading and executing the structural design support program 10 stored in a storage device. The storage device referred to here is, for example, a hard disk drive (HDD: Hard Disk Drive), a solid state drive (SSD: Solid State Drive), a flash memory, or a read only memory (ROM).

条件データ取得機能11は、構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件及び構造物の構造を設計する際に参照されるべき前提条件を示す条件データを取得する。ここで言う構造物は、例えば、建物、自動車、橋梁、集積回路、分子である。また、条件データは、例えば、前提条件として、構造物の意匠、構造物の骨組み及び構造物の主要な構成要素のレイアウトの少なくとも一つに要求される条件を規定するデータである。さらに、条件データは、構造物を構成する材料又は部品について、例えば、許容する荷重、変形量の制限値、透過するエネルギー、吸収するエネルギーを規定するデータである。 The condition data acquisition function 11 acquires condition data indicating the conditions that should be satisfied when designing the structure of a structure and the prerequisites that should be referred to when designing the structure of a structure. The structures referred to here are, for example, buildings, automobiles, bridges, integrated circuits, and molecules. The condition data is, for example, data that specifies the conditions required for at least one of the design of the structure, the framework of the structure, and the layout of the main components of the structure as prerequisites. Furthermore, the condition data is data that specifies, for example, the allowable load, deformation limit, transmitted energy, and absorbed energy for the materials or parts that make up the structure.

条件データにより示される前提条件は、構造物が建物である場合、例えば、外壁、内壁、床スラブ及び窓の少なくとも一つに関して形状、寸法、材質及び位置の少なくとも一つに課されている条件を示すデータである。例えば、条件データは、外壁又は内壁が存在しているため、耐力壁を配置することが可能な箇所に耐力壁を配置することを推奨する度合いを示す値に、係数「1」を掛けることを条件とするデータである。また、例えば、条件データは、外壁又は内壁が存在していないため、耐力壁を配置することが不可能な箇所に耐力壁を配置することを推奨する度合いを示す値に、係数「0」を掛けることを条件とするデータである。或いは、条件データは、第一方向に沿った外壁及び内壁各々について少なくとも一つの耐力壁を配置し、第一方向と交差する第二方向に沿った外壁及び内壁各々について少なくとも一つの耐力壁を配置すること条件とするデータである。なお、条件データは、例えば、耐力壁の形状、寸法、材質及び位置の少なくとも一つに課されている条件を示すデータであってもよい。 When the structure is a building, the preconditions indicated by the condition data are data indicating conditions imposed on at least one of the shape, dimensions, material, and position of at least one of the exterior walls, interior walls, floor slabs, and windows. For example, the condition data is data that sets a condition that a value indicating the degree to which it is recommended to place a bearing wall in a location where it is possible to place a bearing wall because an exterior wall or interior wall exists is multiplied by a coefficient "1". Also, for example, the condition data is data that sets a condition that a value indicating the degree to which it is recommended to place a bearing wall in a location where it is impossible to place a bearing wall because an exterior wall or interior wall does not exist is multiplied by a coefficient "0". Alternatively, the condition data is data that sets a condition that at least one bearing wall is placed for each of the exterior walls and interior walls along a first direction, and at least one bearing wall is placed for each of the exterior walls and interior walls along a second direction intersecting the first direction. Note that the condition data may be data that indicates conditions imposed on at least one of the shape, dimensions, material, and position of the bearing wall, for example.

また、条件データより示される前提条件は、構造物が建物であり、耐力壁を適切に配置したい場合、好ましい耐力壁の検定値として「0.9」を与えてもよく、耐力壁が配置された後に算定される建物の各階の偏心率の好ましい値として「0.0」を与えてもよい。なお、ここで言う耐力壁の検定値は、耐力壁に加わる外力に対する耐力壁の耐力の比率である。 In addition, the prerequisites indicated by the condition data may be that, if the structure is a building and it is desired to appropriately place the load-bearing walls, "0.9" may be given as the preferred load-bearing wall test value, and "0.0" may be given as the preferred value for the eccentricity ratio of each floor of the building calculated after the load-bearing walls are placed. Note that the load-bearing wall test value referred to here is the ratio of the load-bearing wall's strength to the external force acting on the load-bearing wall.

条件データのうち構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件は、構造物が建物であり、耐力壁を適切に配置したい場合、耐力壁の検定値の上限として「1.0」を与えてもよく、耐力壁が配置された後に算定される建物の各階の偏心率の上限として「0.3」、「0.15」等の値を与えてもよい。 Among the condition data, the conditions to be satisfied when designing the structure of a structure may be, if the structure is a building and it is desired to properly position load-bearing walls, "1.0" may be given as the upper limit of the load-bearing wall test value, and values such as "0.3" or "0.15" may be given as the upper limit of the eccentricity ratio of each floor of the building calculated after the load-bearing walls are placed.

図2に示すように、条件データ取得機能101は、条件データを取得した後、条件データの少なくとも一部を第一モデル102、第二モデル105、構造計算機能104、第三モデル108、第一誤差算定機能106及び第二誤差算定機能109に参照させる。 As shown in FIG. 2, after acquiring the condition data, the condition data acquisition function 101 causes at least a portion of the condition data to be referenced by the first model 102, the second model 105, the structural calculation function 104, the third model 108, the first error calculation function 106, and the second error calculation function 109.

第一モデル102は、条件データにより示される条件の下、図2に示した機械学習装置として構造物の構造を設計し、構造物の構造を示す生成データを生成する。例えば、第一モデル102は、条件データが入力されるニューラルネットワークを使用して構造物の構造を設計し、図3から図6に示した生成データを生成する。また、第一モデル102は、重みを固定した第三モデル108に連結されており、後述する第二誤差データにより学習する。さらに、第一モデル102は、ニューラルネットワーク及び注意機構の少なくとも一方を含んでいてもよい。なお、第一モデル102は、学習可能なモデル、すなわち重みを更新可能なモデルである。 The first model 102 designs the structure of a structure as the machine learning device shown in FIG. 2 under the conditions indicated by the condition data, and generates generated data indicating the structure of the structure. For example, the first model 102 designs the structure of a structure using a neural network to which the condition data is input, and generates the generated data shown in FIGS. 3 to 6. The first model 102 is also linked to a third model 108 with fixed weights, and learns using second error data, which will be described later. The first model 102 may further include at least one of a neural network and an attention mechanism. The first model 102 is a model that can be learned, i.e., a model whose weights can be updated.

図3は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階で生成され、建物の一階のX通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。図4は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階で生成され、建物の二階のX通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。図5は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階で生成され、建物の一階のY通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。図6は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階で生成され、建物の二階のY通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。図3から図6に示した生成データは、条件データに係る建物を上方から見た場合に、第一モデルが耐力壁を配置した方が好ましいと判定した位置を示しており、黒に近い色で示された位置である程、耐力壁を配置することが強く推奨されている位置となっている。 3 is a diagram showing an example of generated data generated at the stage of generating a trained model by the structural design support program according to the embodiment, showing a position determined to be preferable for arranging a load-bearing wall in the X direction on the first floor of a building. FIG. 4 is a diagram showing an example of generated data generated at the stage of generating a trained model by the structural design support program according to the embodiment, showing a position determined to be preferable for arranging a load-bearing wall in the X direction on the second floor of a building. FIG. 5 is a diagram showing an example of generated data generated at the stage of generating a trained model by the structural design support program according to the embodiment, showing a position determined to be preferable for arranging a load-bearing wall in the Y direction on the first floor of a building. FIG. 6 is a diagram showing an example of generated data generated at the stage of generating a trained model by the structural design support program according to the embodiment, showing a position determined to be preferable for arranging a load-bearing wall in the Y direction on the second floor of a building. The generated data shown in FIGS. 3 to 6 show a position determined to be preferable for arranging a load-bearing wall by the first model when the building related to the condition data is viewed from above, and the closer the position is to black, the more strongly it is recommended to place the load-bearing wall.

また、第一モデル102は、図3に示した生成データを生成する工程と、図4に示した生成データを生成する工程とを分けてもよい。同様に、第一モデル102は、図5に示した生成データを生成する工程と、図6に示した生成データを生成する工程とを分けてもよい。つまり、第一モデル102は、建物において定義されるX通り方向に沿って配置される耐力壁に関する生成データを生成する工程と、建物において定義され、X通り方向と交差するY通り方向に沿って配置される耐力壁に関する生成データを生成する工程とを分けてもよい。X通り方向は、構造物において定義される第一方向の一例である。X通り方向に沿って配置される耐力壁は、構造物の構成要素であり、第一方向に沿って配置される第一構成要素の一例である。同様に、Y通り方向は、構造物において定義される第二方向の一例である。Y通り方向に沿って配置される耐力壁は、構造物の構成要素であり、第二方向に沿って配置される第二構成要素の一例である。 The first model 102 may also separate the process of generating the generated data shown in FIG. 3 from the process of generating the generated data shown in FIG. 4. Similarly, the first model 102 may separate the process of generating the generated data shown in FIG. 5 from the process of generating the generated data shown in FIG. 6. That is, the first model 102 may separate the process of generating the generated data for the bearing walls arranged along the X-direction defined in the building from the process of generating the generated data for the bearing walls arranged along the Y-direction defined in the building and intersecting the X-direction. The X-direction is an example of a first direction defined in the structure. The bearing walls arranged along the X-direction are components of the structure and are an example of a first component arranged along the first direction. Similarly, the Y-direction is an example of a second direction defined in the structure. The bearing walls arranged along the Y-direction are components of the structure and are an example of a second component arranged along the second direction.

生成データ取得機能103は、図2に示すように、第一モデル102に条件データを入力することにより生成データを取得し、当該生成データを構造計算機能104、第二モデル105及び第三モデル108に入力する。 As shown in FIG. 2, the generated data acquisition function 103 acquires generated data by inputting condition data into the first model 102, and inputs the generated data into the structural calculation function 104, the second model 105, and the third model 108.

構造計算機能104は、条件データと生成データを入力として構造計算を実行し、構造計算結果を示す構造計算結果データを出力する。 The structural calculation function 104 performs structural calculations using condition data and generated data as input, and outputs structural calculation result data that indicates the results of the structural calculations.

第二モデル105は、条件データと生成データを入力として第一構造計算結果推定データを出力する。また、第二モデル105は、ニューラルネットワーク及び注意機構の少なくとも一方を含んでいてもよい。なお、第二モデル105は、学習可能なモデル、すなわち重みを更新可能なモデルである。 The second model 105 receives condition data and generated data as input and outputs first structure calculation result estimation data. The second model 105 may also include at least one of a neural network and an attention mechanism. The second model 105 is a learnable model, i.e., a model whose weights can be updated.

第一誤差算定機能106は、構造計算結果データ及び第一構造計算結果推定データを入力として第一誤差データを生成して出力する。 The first error calculation function 106 receives the structural calculation result data and the first structural calculation result estimation data as input, and generates and outputs first error data.

第二モデル105は、第一誤差データに基づき、誤差逆伝搬法により重みを更新する。これにより、第二モデル105は、構造計算機能104を有する構造計算装置に近しい関数として学習される。 The second model 105 updates the weights using the backpropagation method based on the first error data. This allows the second model 105 to learn as a function close to that of a structural calculation device having a structural calculation function 104.

重みデータ取得機能107は、第二モデル105から第二モデル105の重みを示す重みデータを取得する。 The weight data acquisition function 107 acquires weight data indicating the weight of the second model 105 from the second model 105.

第三モデル108は、第二モデル105から取得された重みデータにより示される重みを第三モデル103自身の重みとしてコピーする。したがって、第三モデル108は、重みデータにより第二モデルと同一の構成及び同一の重みを有する。また、第三モデル108は、生成データから第二構造計算結果推測データを生成して出力する。なお、第三モデル108は、学習不可能なモデル、すなわち重みを更新不可可能なモデルである。 The third model 108 copies the weights indicated by the weight data acquired from the second model 105 as the third model 103's own weights. Therefore, the third model 108 has the same configuration and the same weights as the second model due to the weight data. The third model 108 also generates and outputs second structure calculation result prediction data from the generated data. The third model 108 is a model that cannot be learned, i.e., a model whose weights cannot be updated.

第一モデル102と第三モデル108を連結したモデルは、条件データを入力として第二構造計算結果推定データを出力する。なお、以下の説明では、第一モデル102と第三モデル108を連結したモデルを連結モデルと称することがある。 The model linking the first model 102 and the third model 108 receives condition data as input and outputs second structure calculation result estimation data. In the following description, the model linking the first model 102 and the third model 108 may be referred to as the linked model.

第二誤差算定機能109は、条件データの少なくとも一部及び第二構造計算結果推測データから第二誤差データを算出して出力する。ここで、条件データの少なくとも一部は、条件データのうち望ましい評価結果である。 The second error calculation function 109 calculates and outputs second error data from at least a portion of the condition data and the second structural calculation result estimation data. Here, at least a portion of the condition data is a desired evaluation result from the condition data.

連結モデルは、第二誤差データに基づき、誤差逆伝搬法により重みを更新する。ここで連結モデルのうち、第三モデル108については重みが固定されているため、第一モデル102のみ重みが更新される。 The weights of the linked model are updated using the backpropagation method based on the second error data. Here, since the weights of the third model 108 among the linked models are fixed, the weights of only the first model 102 are updated.

構造設計支援プログラム10は、上述した一連の処理を繰り返すことにより、第二モデル105が更に構造計算機能104を有する構造計算装置に近い出力をするようにし、第一モデル102が更に好ましい構造計算結果を得られる生成データを出力するようにする。 By repeating the above-mentioned series of processes, the structural design support program 10 causes the second model 105 to output data that is closer to that of a structural calculation device having a structural calculation function 104, and causes the first model 102 to output generated data that can provide more preferable structural calculation results.

ここで、構造計算機能104を有する構造計算装置について、構造計算結果と、望ましい評価結果の差から算定される誤差データから誤差逆伝搬法を用いて第一モデル102を学習させるシステムも考えられる。しかしながら、そのシステムを実現させるためには、構造計算装置を誤差逆伝搬法の適用可能な関数としてプログラムを書き換える必要があり、当該プログラムを改造するコストは大きい。そこで、上述した手法を用いることで、従来のプログラム資産を維持しながら手厚い設計支援が可能となる。導入コストを抑制できることから産業上の利用価値は高い。 Here, a system can be considered in which a structural calculation device having a structural calculation function 104 learns the first model 102 using the backpropagation method from error data calculated from the difference between the structural calculation result and the desired evaluation result. However, in order to realize such a system, it is necessary to rewrite the program of the structural calculation device as a function to which the backpropagation method can be applied, and the cost of modifying the program is high. Therefore, by using the above-mentioned method, it is possible to provide thorough design support while maintaining existing program assets. Since it is possible to suppress the introduction cost, it has high industrial value.

類似の生成モデルとして、敵対的生成ネットワークという方法が知られている。敵対的生成ネットワークは、画像を生成する生成モデルと、その真偽を判定する判定モデルを組み合わせることで、生成モデルと判定モデルが均衡を保ちながら学習する。ハイパーパラメータ等を適切に設定することで、質の高い生成画像を得られることが知られている。本発明では、この仕組みを応用し、設計条件を入力として生成データを得る生成モデルと、生成データについてその性能を評価するシステムと、その評価結果を教師データとして生成データの評価を推定する評価結果推定モデルからなる。ここで、評価結果推定モデルの重みを固定したモデルと生成モデルを連結し、望ましい評価結果を教師データとして生成モデルを学習させる。これにより生成モデルは、より望ましい評価結果を得られるよう学習される。言い換えれば、敵対的生成ネットワークの正解ラベルの真偽値の代わりに、望ましい評価指標値を目標として多値の回帰問題としている。 A method called a generative adversarial network is known as a similar generative model. A generative adversarial network combines a generative model that generates an image with a judgment model that judges its truth and falsehood, and the generative model and judgment model learn while maintaining a balance. It is known that high-quality generated images can be obtained by appropriately setting hyperparameters, etc. In the present invention, this mechanism is applied, and the system is composed of a generative model that obtains generated data using design conditions as input, a system that evaluates the performance of the generated data, and an evaluation result estimation model that estimates the evaluation of the generated data using the evaluation result as training data. Here, a model with fixed weights for the evaluation result estimation model is linked to the generative model, and the generative model is trained using the desired evaluation result as training data. This allows the generative model to be trained to obtain a more desirable evaluation result. In other words, instead of the truth value of the correct label of the generative adversarial network, a multi-value regression problem is created with a desirable evaluation index value as the goal.

図7は、実施形態に係る学習済モデル取得機能が実行する処理の一例を示す概念図である。図7に示すように、学習済モデル取得機能110は、第一モデル102を第一学習済モデルとして取得する処理及び第二モデル105を第二学習済モデルとして取得する処理の少なくとも一方を行う。 Figure 7 is a conceptual diagram showing an example of a process executed by the trained model acquisition function according to the embodiment. As shown in Figure 7, the trained model acquisition function 110 performs at least one of a process of acquiring the first model 102 as a first trained model and a process of acquiring the second model 105 as a second trained model.

次に、図8から図18を参照しながら構造設計支援プログラム10が上述した手法により学習済モデルを生成する段階における損失関数の値、偏心率及び耐力壁検定値について説明する。 Next, with reference to Figures 8 to 18, we will explain the loss function value, eccentricity ratio, and load-bearing wall test value at the stage when the structural design support program 10 generates a trained model using the above-mentioned method.

図8は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階における機械学習装置のエポック数と第一誤差算定機能による損失関数の値との関係の一例を示す図である。図8の横軸は、エポック数を示している。図8の縦軸は、第一モデル102と第三モデル108を連結したモデルで、トレーニングデータを用いて学習させた際の損失関数の値を示している。 Figure 8 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs of the machine learning device and the value of the loss function by the first error calculation function at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates a trained model. The horizontal axis of Figure 8 indicates the number of epochs. The vertical axis of Figure 8 indicates the value of the loss function when a model in which the first model 102 and the third model 108 are linked is trained using training data.

ここで言うエポック数は、条件データ取得機能11、第一モデル102、生成データ取得機能103、構造計算機能104、第二モデル105、第一誤差算定機能106、重みデータ取得機能107、第三モデル108及び第二誤差算定機能109により上述した処理が実行された回数である。 The number of epochs referred to here is the number of times the above-mentioned processes are executed by the condition data acquisition function 11, the first model 102, the generated data acquisition function 103, the structural calculation function 104, the second model 105, the first error calculation function 106, the weight data acquisition function 107, the third model 108 and the second error calculation function 109.

また、ここで言う損失関数の値は、上述した通り、第二構造計算結果推定データと、構造計算結果データのうち望ましい構造計算結果とを比較して第二誤差算定機能に組込まれた損失関数により算出された損失関数の値である。図8に示した点線は、各エポック数についての損失関数の値を表している。また、図8に示した実線は、図8に示した点線上の各点により表されている損失関数の値の移動平均を表している。図8に示すように、エポック数が増加するに従い、損失関数の値が減少し、第一モデル102の学習が進んでいることが分かる。ここで、第一モデル102と第三モデル108は、連結して学習させる。ただし、第三モデル108は、重みが固定されていることから、第一モデル102のみ学習されることとなる。 The loss function value referred to here is the value of the loss function calculated by the loss function incorporated in the second error calculation function by comparing the second structural calculation result estimated data with the desired structural calculation result from the structural calculation result data, as described above. The dotted line shown in FIG. 8 represents the value of the loss function for each epoch number. The solid line shown in FIG. 8 represents the moving average of the loss function values represented by each point on the dotted line shown in FIG. 8. As shown in FIG. 8, as the number of epochs increases, the value of the loss function decreases, and it can be seen that the learning of the first model 102 is progressing. Here, the first model 102 and the third model 108 are linked and trained. However, since the weight of the third model 108 is fixed, only the first model 102 is trained.

図9は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階における機械学習装置のエポック数と第二誤差算定機能による損失関数の値との関係の一例を示す図である。図9は、横軸がエポック数を示しており、縦軸が第二モデル105について学習させた際の損失関数の値を示している。 Figure 9 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs of the machine learning device at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates a trained model and the value of the loss function by the second error calculation function. In Figure 9, the horizontal axis shows the number of epochs, and the vertical axis shows the value of the loss function when the second model 105 is trained.

ここで言うエポック数は、条件データ取得機能11、第一モデル102、生成データ取得機能103、構造計算機能104、第二モデル105、第一誤差算定機能106、重みデータ取得機能107、第三モデル108及び第二誤差算定機能109により上述した処理が実行された回数である。 The number of epochs referred to here is the number of times the above-mentioned processes are executed by the condition data acquisition function 11, the first model 102, the generated data acquisition function 103, the structural calculation function 104, the second model 105, the first error calculation function 106, the weight data acquisition function 107, the third model 108 and the second error calculation function 109.

また、ここで言う損失関数の値は、構造計算結果データと、第一構造計算結果推定データとを比較して、第一誤差算定機能に組込まれた損失関数により算定された損失関数の値である。図9に示した点線は、各エポック数についての損失関数の値を表している。また、図9に示した実線は、図9に示した点線上の各点により表されている損失関数の値の移動平均を表している。図9に示すように、エポック数が増加するに従い、損失関数の値が減少し、第二モデル105の学習が適切に進行していることが分かる。 The loss function value referred to here is the value of the loss function calculated by comparing the structural calculation result data with the first structural calculation result estimated data and using the loss function built into the first error calculation function. The dotted line shown in FIG. 9 represents the value of the loss function for each number of epochs. Furthermore, the solid line shown in FIG. 9 represents the moving average of the loss function values represented by each point on the dotted line shown in FIG. 9. As shown in FIG. 9, as the number of epochs increases, the value of the loss function decreases, indicating that the learning of the second model 105 is progressing appropriately.

図10は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを生成する段階においてテストデータが入力された場合における機械学習装置のエポック数と第二誤差算定機能による損失関数の値との関係の一例を示す図である。図10の横軸は、テストデータが入力された場合におけるエポック数を示している。図10の縦軸は、第一モデル102と第三モデル108を連結したモデルで、テストデータを用いて生成データを生成させて第二構造計算結果推定データを出力させた際の損失関数の値を示している。 Figure 10 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs of the machine learning device and the value of the loss function by the second error calculation function when test data is input at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates a trained model. The horizontal axis of Figure 10 indicates the number of epochs when test data is input. The vertical axis of Figure 10 indicates the value of the loss function when the model in which the first model 102 and the third model 108 are linked generates generation data using test data and outputs second structural calculation result estimation data.

ここで言うエポック数は、条件データ取得機能11、第一モデル102、生成データ取得機能103、構造計算機能104、第二モデル105、第一誤差算定機能106、重みデータ取得機能107、第三モデル108及び第二誤差算定機能109により上述した処理が実行された回数である。 The number of epochs referred to here is the number of times the above-mentioned processes are executed by the condition data acquisition function 11, the first model 102, the generated data acquisition function 103, the structural calculation function 104, the second model 105, the first error calculation function 106, the weight data acquisition function 107, the third model 108 and the second error calculation function 109.

また、ここで言う損失関数の値は、テストデータが入力された場合において、第二構造計算結果推定データと、構造計算結果データのうち望ましい構造計算結果とを比較して第二誤差算定機能109に組込まれた損失関数により算出された損失関数の値である。 The loss function value referred to here is the value of the loss function calculated by the loss function incorporated in the second error calculation function 109 when test data is input and the second structural calculation result estimated data is compared with a desirable structural calculation result from among the structural calculation result data.

図10に示した点線は、各エポック数についての損失関数の値を表している。また、図10に示した実線は、図10に示した点線上の各点により表されている損失関数の値の移動平均を表している。図10に示すように、エポック数が5000を表す5kを超えると、エポック数が増加するに従い、損失関数の値が減少している。テストデータは、学習に用いたトレーニングデータに含まれていない。つまり、未知のデータについても適切な推測ができており、いわゆる汎化能力を獲得していることが分かる。 The dotted line in Fig. 10 represents the loss function value for each number of epochs. The solid line in Fig. 10 represents the moving average of the loss function values represented by each point on the dotted line in Fig. 10. As shown in Fig. 10, when the number of epochs exceeds 5k, which represents 5,000, the value of the loss function decreases as the number of epochs increases. The test data is not included in the training data used for learning. In other words, it can be seen that appropriate inferences can be made even for unknown data, and so-called generalization ability has been acquired.

図11は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の一階のX通り方向について第三モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。図12は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の二階のX通り方向について第三モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。図13は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の一階のY通り方向について第三モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。図14は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の二階のY通り方向について第三モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。 11 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by the third model for the X direction of the first floor of a building related to the learning of the first model and the second model at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates the first model and the second model as trained models, and the number of epochs. FIG. 12 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by the third model for the X direction of the second floor of a building related to the learning of the first model and the second model at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates the first model and the second model as trained models, and the number of epochs. FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by the third model for the Y direction of the first floor of a building related to the learning of the first model and the second model at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates the first model and the second model as trained models, and the number of epochs. FIG. 14 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by the third model for the Y direction of the second floor of a building related to the learning of the first model and the second model at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates the first model and the second model as trained models, and the number of epochs.

図11から図14の横軸は、エポック数を示している。ここで言うエポック数は、条件データ取得機能11、第一モデル102、生成データ取得機能103、構造計算機能104、第二モデル105、第一誤差算定機能106、重みデータ取得機能107、第三モデル108及び第二誤差算定機能109により上述した処理が実行された回数である。 The horizontal axis in Figures 11 to 14 indicates the number of epochs. The number of epochs here refers to the number of times the above-mentioned processes are executed by the condition data acquisition function 11, the first model 102, the generation data acquisition function 103, the structural calculation function 104, the second model 105, the first error calculation function 106, the weight data acquisition function 107, the third model 108, and the second error calculation function 109.

図11から図14の縦軸は、学習済モデルとしての第二モデル105により算出された構造物の構造の偏心率を示している。偏心率は、構造物の重心と剛心と隔たりのねじり抵抗に対する割合である。 The vertical axis in Figures 11 to 14 shows the eccentricity of the structure calculated by the second model 105 as a trained model. The eccentricity is the ratio of the distance between the center of gravity and the center of rigidity of the structure to the torsional resistance.

図11から図14に示した点線は、いずれも各エポック数についての偏心率を表している。また、図11から図14に示した実線は、いずれも図11から図14に示した点線上の各点により表されている偏心率の移動平均を表している。図11から図14に示すように、エポック数が増加するに従い、偏心率が概ね0.3以下の範囲で若干減少していることが分かる。つまり、図11から図14を参照すると、構造設計支援プログラム10が第二モデル105の学習を進めるに従い、偏心率が小さな構造を示す構造設計データを出力可能な第二モデル105を生成することができるようになることが分かる。 The dotted lines shown in Figures 11 to 14 all represent the eccentricity for each number of epochs. Furthermore, the solid lines shown in Figures 11 to 14 all represent the moving average of the eccentricity represented by each point on the dotted lines shown in Figures 11 to 14. As shown in Figures 11 to 14, it can be seen that as the number of epochs increases, the eccentricity decreases slightly, generally within a range of 0.3 or less. In other words, with reference to Figures 11 to 14, it can be seen that as the structural design support program 10 progresses with the learning of the second model 105, it becomes possible to generate a second model 105 capable of outputting structural design data showing a structure with a small eccentricity.

図15は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の一階のX通り方向について第三モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。図16は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の二階のX通り方向について第三モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。図17は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の一階のY通り方向について第三モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。図18は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルとしての第一モデル及び第二モデルを生成する段階において、当該第一モデル及び第二モデルの学習に係る建物の二階のY通り方向について第三モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。 15 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the load-bearing wall test value estimated by the third model for the X direction of the first floor of a building related to the learning of the first model and the second model at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates the first model and the second model as trained models. FIG. 16 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the load-bearing wall test value estimated by the third model for the X direction of the second floor of a building related to the learning of the first model and the second model at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates the first model and the second model as trained models. FIG. 17 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the load-bearing wall test value estimated by the third model for the Y direction of the first floor of a building related to the learning of the first model and the second model at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates the first model and the second model as trained models. FIG. 18 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the load-bearing wall test value estimated by the third model for the Y direction of the second floor of a building related to the learning of the first model and the second model at the stage when the structural design support program according to the embodiment generates the first model and the second model as trained models.

図15から図18は、横軸がエポック数を示しており、縦軸が第二モデル105により算出された構造物の構造の耐力壁検定値を示している。図15から図18に示した点線は、いずれも各エポック数についての耐力壁検定値を表している。また、図15から図18に示した実線は、いずれも図15から図18に示した点線上の各点により表されている耐力壁検定値の移動平均を表している。耐力壁検定値は、耐力壁が有する耐力の大きさと耐力壁に加えられる外力の大きさとの比率であり、耐力壁が不足している場合、1を超える値となり、耐力壁Bが多過ぎる場合、小さな値となり、0.9程度の値となることが好ましい。図15から図18に示すように、エポック数に増加するに従い、耐力壁検定値が1未満の値に近づいていることが分かる。つまり、図15から図18を参照すると、構造設計支援プログラム10が第二モデル105の学習を進めるに従い、耐力壁検定値が好適な値を示すような構造を示す構造設計データを出力可能な学習済モデルを生成することができるようになることが分かる。 15 to 18, the horizontal axis indicates the number of epochs, and the vertical axis indicates the load-bearing wall test value of the structure of the structure calculated by the second model 105. The dotted lines shown in Figs. 15 to 18 all represent the load-bearing wall test value for each epoch number. In addition, the solid lines shown in Figs. 15 to 18 all represent the moving average of the load-bearing wall test value represented by each point on the dotted lines shown in Figs. 15 to 18. The load-bearing wall test value is the ratio between the magnitude of the load-bearing wall's strength and the magnitude of the external force applied to the load-bearing wall, and when the load-bearing wall is insufficient, the value exceeds 1, and when the load-bearing wall B is too much, the value becomes small, and it is preferable that the value is about 0.9. As shown in Figs. 15 to 18, it can be seen that the load-bearing wall test value approaches a value less than 1 as the number of epochs increases. In other words, referring to Figures 15 to 18, it can be seen that as the structural design support program 10 progresses with the learning of the second model 105, it becomes possible to generate a learned model capable of outputting structural design data that shows a structure in which the load-bearing wall test value shows an appropriate value.

また、構造設計支援プログラム10は、第二モデル105が使用する学習済モデルの学習が一定以上進行した場合、特定の建物から条件データを抽出し、当該条件データを使用して第二モデル105を再学習させてもよい。当該条件データは、条件データ取得機能11により取得される。 In addition, when the learning of the trained model used by the second model 105 has progressed to a certain extent, the structural design support program 10 may extract condition data from a specific building and re-train the second model 105 using the condition data. The condition data is acquired by the condition data acquisition function 11.

図19は、実施形態に係る二階建ての建物の一例を示す図である。図19に示した建物Hは、上述した構造物の一例であり、外壁E、内壁G、床スラブF1、床スラブF2、床スラブF3、窓W1及び窓W2を備える。床スラブF1は、建物Hの一階の床構造を形成し、床に垂直な荷重を支える板状の部材である。床スラブF2は、建物Hの二階の床構造を形成し、床に垂直な荷重を支える板状の部材である。床スラブF3は、建物Hの屋上の構造を形成し、当該屋上に垂直な荷重を支える板状の部材である。窓W1は、外壁Eのうち建物Hの一階部分に設置された窓である。窓W2は、外壁Eのうち建物Hの二階部分に設置された窓である。また、建物Hは、外壁Eのうち窓W1、窓W2が設置されていない部分及び内壁Gの少なくとも一方の一部に耐力壁Bが設置される。 Figure 19 is a diagram showing an example of a two-story building according to an embodiment. The building H shown in Figure 19 is an example of the above-mentioned structure, and includes an exterior wall E, an interior wall G, floor slabs F1, F2, F3, windows W1 and W2. The floor slab F1 is a plate-shaped member that forms the floor structure of the first floor of the building H and supports a load perpendicular to the floor. The floor slab F2 is a plate-shaped member that forms the floor structure of the second floor of the building H and supports a load perpendicular to the floor. The floor slab F3 is a plate-shaped member that forms the roof structure of the building H and supports a load perpendicular to the roof. The window W1 is a window installed in the first floor part of the exterior wall E of the building H. The window W2 is a window installed in the second floor part of the exterior wall E of the building H. In addition, the building H has a load-bearing wall B installed in at least one part of the interior wall G and the part of the exterior wall E where the windows W1 and W2 are not installed.

第一モデル102は、条件データにより示される条件の下、機械学習装置として図19に示した建物Hの構造を設計し、構造物の構造を示す生成データを生成する。例えば、第一モデル102は、図20から図23に示した構造データを生成する。 The first model 102, as a machine learning device, designs the structure of the building H shown in FIG. 19 under the conditions indicated by the condition data, and generates generated data indicating the structure of the structure. For example, the first model 102 generates the structural data shown in FIGS. 20 to 23.

図20は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが図19に示した建物の一階のX通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。図21は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが図19に示した建物の二階のX通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。図22は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが図19に示した建物の一階のY通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。図23は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが図19に示した建物の二階のY通り方向において耐力壁を配置することが好ましいと判定した位置を示す生成データの一例を示す図である。図20から図23に示した生成データは、図19に示した建物Hを上方から見た場合に、構造設計支援プログラムが図19に示した建物の一階のX通り方向においてが耐力壁を配置した方が好ましいと判定した位置を示しており、黒に近い色で示された位置である程、耐力壁を配置することが強く推奨されている位置となっている。 20 is a diagram showing an example of generated data indicating a position where the structural design support program according to the embodiment judges that it is preferable to place a load-bearing wall in the X direction of the first floor of the building shown in FIG. 19. FIG. 21 is a diagram showing an example of generated data indicating a position where the structural design support program according to the embodiment judges that it is preferable to place a load-bearing wall in the X direction of the second floor of the building shown in FIG. 19. FIG. 22 is a diagram showing an example of generated data indicating a position where the structural design support program according to the embodiment judges that it is preferable to place a load-bearing wall in the Y direction of the first floor of the building shown in FIG. 19. FIG. 23 is a diagram showing an example of generated data indicating a position where the structural design support program according to the embodiment judges that it is preferable to place a load-bearing wall in the Y direction of the second floor of the building shown in FIG. 19. The generated data shown in FIG. 20 to FIG. 23 indicate positions where the structural design support program judges that it is preferable to place a load-bearing wall in the X direction of the first floor of the building shown in FIG. 19 when the building H shown in FIG. 19 is viewed from above, and the closer the position is to black, the more strongly it is recommended to place a load-bearing wall.

また、第一モデル102は、図20に示した構造データを生成する工程と、図21に示した構造データを生成する工程とを分けてもよい。同様に、構造データ生成機能12は、図22に示した構造データを生成する工程と、図23に示した構造データを生成する工程とを分けてもよい。 The first model 102 may also separate the process of generating the structure data shown in FIG. 20 from the process of generating the structure data shown in FIG. 21. Similarly, the structure data generation function 12 may separate the process of generating the structure data shown in FIG. 22 from the process of generating the structure data shown in FIG. 23.

構造設計支援プログラム10は、再学習を実行する場合も、上述した学習を実行する場合と同様に、条件データ取得機能11、第一モデル102、生成データ取得機能103、構造計算機能104、第二モデル105、第一誤差算定機能106、重みデータ取得機能107、第三モデル108及び第二誤差算定機能109による処理及び学習済モデル取得機能110による処理を実行する。 When performing re-learning, the structural design support program 10 executes processing by the condition data acquisition function 11, the first model 102, the generated data acquisition function 103, the structural calculation function 104, the second model 105, the first error calculation function 106, the weight data acquisition function 107, the third model 108, and the second error calculation function 109, as well as processing by the learned model acquisition function 110, in the same manner as when performing the above-mentioned learning.

次に、図24から図33を参照しながら構造設計支援プログラム10が上述した手法により学習済モデルを再学習させる段階における損失関数の値、偏心率及び耐力壁検定値について説明する。 Next, with reference to Figures 24 to 33, we will explain the loss function value, eccentricity ratio, and load-bearing wall test value at the stage when the structural design support program 10 re-learns the trained model using the above-mentioned method.

図24は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが機械学習装置により使用される学習済モデルを再学習させる段階における機械学習装置のエポック数と損失関数の値との関係の一例を示す図である。図24の横軸は、エポック数を示している。図24の縦軸は、第二モデル105を再学習させた際の損失関数の値を示している。エポック数及び損失関数の値は、図9の場合と同様である。図24に示した点線は、各エポック数についての損失関数の値を表している。また、図24に示した実線は、図24に示した点線上の各点により表されている損失関数の値の移動平均を表している。図24に示すように、エポック数が増加するに従い、損失関数の値が減少し、第二モデル105の再学習が適切に進行していることが分かる。 24 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs of a machine learning device and the value of a loss function at the stage when the structural design support program according to the embodiment re-learns a trained model used by the machine learning device. The horizontal axis of FIG. 24 indicates the number of epochs. The vertical axis of FIG. 24 indicates the value of the loss function when the second model 105 is re-learned. The number of epochs and the value of the loss function are the same as those in FIG. 9. The dotted line shown in FIG. 24 represents the value of the loss function for each number of epochs. The solid line shown in FIG. 24 represents the moving average of the values of the loss function represented by each point on the dotted line shown in FIG. 24. As shown in FIG. 24, as the number of epochs increases, the value of the loss function decreases, and it can be seen that the re-learning of the second model 105 is proceeding appropriately.

図25は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習済モデルを再学習させる段階における機械学習装置のエポック数と損失関数の値との関係の一例を示す図である。図25の横軸は、エポック数を示している。図25の縦軸は、学習済モデルの損失関数の値を示している。エポック数及び損失関数の値は、図8の場合と同様である。図25に示した点線は、各エポック数についての損失関数の値を表している。また、図25に示した実線は、図25に示した点線上の各点により表されている損失関数の値の移動平均を表している。図25に示すように、エポック数が増加するに従い、損失関数の値が減少し、第一モデル102の再学習が適切に進行していることが分かる。 25 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the value of the loss function of a machine learning device at the stage when the structural design support program according to the embodiment re-learns the trained model. The horizontal axis of FIG. 25 indicates the number of epochs. The vertical axis of FIG. 25 indicates the value of the loss function of the trained model. The number of epochs and the value of the loss function are the same as those in FIG. 8. The dotted line shown in FIG. 25 represents the value of the loss function for each number of epochs. The solid line shown in FIG. 25 represents the moving average of the values of the loss function represented by each point on the dotted line shown in FIG. 25. As shown in FIG. 25, as the number of epochs increases, the value of the loss function decreases, and it can be seen that the re-learning of the first model 102 is proceeding appropriately.

図26は、図19に示した建物の一階のX通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。図27は、図19に示した建物の二階のX通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。図28は、図19に示した建物の一階のY通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。図29は、図19に示した建物の二階のY通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した偏心率とエポック数との関係の一例を示す図である。 Figure 26 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by a trained model undergoing re-learning for the X direction on the first floor of the building shown in Figure 19 and the number of epochs. Figure 27 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by a trained model undergoing re-learning for the X direction on the second floor of the building shown in Figure 19 and the number of epochs. Figure 28 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by a trained model undergoing re-learning for the Y direction on the first floor of the building shown in Figure 19 and the number of epochs. Figure 29 is a diagram showing an example of the relationship between the eccentricity estimated by a trained model undergoing re-learning for the Y direction on the second floor of the building shown in Figure 19 and the number of epochs.

図26から図29の横軸は、エポック数を示している。図26から図29の縦軸は、再学習が進行している学習済モデルにより算出された構造物の構造の偏心率を示している。図26から図29に示した点線は、いずれも各エポック数についての偏心率を表している。また、図26から図29に示した実線は、いずれも図26から図29に示した点線上の各点により表されている偏心率の移動平均を表している。図26から図29に示すように、エポック数が増加するに従い、偏心率が減少していることが分かる。つまり、図26から図29を参照すると、構造設計支援プログラム10が第二モデル105の再学習を進行させるに従い、偏心率が小さな構造を示す構造設計データを出力可能な第二モデル105を生成することができるようになることが分かる。 The horizontal axis in Figs. 26 to 29 indicates the number of epochs. The vertical axis in Figs. 26 to 29 indicates the eccentricity of the structure calculated by the trained model in which re-learning is in progress. The dotted lines in Figs. 26 to 29 all indicate the eccentricity for each number of epochs. The solid lines in Figs. 26 to 29 all indicate the moving average of the eccentricity represented by each point on the dotted lines in Figs. 26 to 29. As shown in Figs. 26 to 29, it can be seen that the eccentricity decreases as the number of epochs increases. In other words, referring to Figs. 26 to 29, it can be seen that as the structural design support program 10 progresses in re-learning the second model 105, it becomes possible to generate a second model 105 capable of outputting structural design data showing a structure with a small eccentricity.

図30は、図19に示した建物の一階のX通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。図31は、図19に示した建物の二階のX通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。図32は、図19に示した建物の一階のY通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。図33は、図19に示した建物の二階のY通り方向について再学習が進行している学習済モデルが推定した耐力壁検定値とエポック数との関係の一例を示す図である。 Figure 30 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the load-bearing wall test value estimated by a trained model undergoing re-learning for the X direction of the first floor of the building shown in Figure 19. Figure 31 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the load-bearing wall test value estimated by a trained model undergoing re-learning for the X direction of the second floor of the building shown in Figure 19. Figure 32 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the load-bearing wall test value estimated by a trained model undergoing re-learning for the Y direction of the first floor of the building shown in Figure 19. Figure 33 is a diagram showing an example of the relationship between the number of epochs and the load-bearing wall test value estimated by a trained model undergoing re-learning for the Y direction of the second floor of the building shown in Figure 19.

図30から図33は、横軸がエポック数を示しており、縦軸が再学習が進行している学習済モデルにより算出された構造物の構造の耐力壁検定値を示している。図30から図33に示した点線は、いずれも各エポック数についての耐力壁検定値を表している。また、図30から図33に示した実線は、いずれも図30から図33に示した点線上の各点により表されている耐力壁検定値の移動平均を表している。図30から図33に示すように、エポック数に増加するに従い、耐力壁検定値が1未満の値に近づいていることが分かる。つまり、図30から図33を参照すると、構造設計支援プログラム10が第二モデル105の再学習を進行させるに従い、耐力壁検定値が好適な値を示すような構造を示す構造設計データを出力可能な第二モデル105を生成することができるようになることが分かる。 30 to 33, the horizontal axis indicates the number of epochs, and the vertical axis indicates the load-bearing wall test value of the structure of the structure calculated by the trained model in which re-learning is in progress. The dotted lines shown in Figs. 30 to 33 all represent the load-bearing wall test value for each epoch number. In addition, the solid lines shown in Figs. 30 to 33 all represent the moving average of the load-bearing wall test value represented by each point on the dotted lines shown in Figs. 30 to 33. As shown in Figs. 30 to 33, it can be seen that as the number of epochs increases, the load-bearing wall test value approaches a value less than 1. In other words, referring to Figs. 30 to 33, it can be seen that as the structural design support program 10 progresses in re-learning the second model 105, it becomes possible to generate a second model 105 capable of outputting structural design data showing a structure in which the load-bearing wall test value shows an appropriate value.

次に、図34を参照しながら実施形態に係る構造設計支援プログラム10が実行する処理の一例を説明する。図34は、実施形態に係る構造設計支援プログラムが学習フェーズにおいて実行する処理の一例を示すフローチャートである。図34に示した処理が一回実行される度に、上述したエポック数が1増加する。 Next, an example of processing executed by the structural design support program 10 according to the embodiment will be described with reference to FIG. 34. FIG. 34 is a flowchart showing an example of processing executed by the structural design support program according to the embodiment in the learning phase. Each time the processing shown in FIG. 34 is executed once, the number of epochs described above is incremented by 1.

ステップS10において、条件データ取得機能11は、構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件及び構造物の構造を設計する際に参照されるべき前提条件を示す条件データを取得する。 In step S10, the condition data acquisition function 11 acquires condition data indicating the conditions that should be satisfied when designing the structure of the structure and the prerequisites that should be referred to when designing the structure of the structure.

ステップS20において、第一モデル102は、条件データにより示される前記条件の下、機械学習装置として構造物の構造を設計し、構造物の構造を示す生成データを生成する。 In step S20, the first model 102 designs the structure of the structure as a machine learning device under the conditions indicated by the condition data, and generates generated data indicating the structure of the structure.

ステップS30において、生成データ取得機能103は、第一モデルにより生成される生成データを取得する。 In step S30, the generated data acquisition function 103 acquires the generated data generated by the first model.

ステップS40において、構造計算機能104は、生成データと、条件データにより構造計算装置を使用して構造計算結果データを出力する。 In step S40, the structural calculation function 104 outputs structural calculation result data using a structural calculation device based on the generated data and the condition data.

ステップS50において、第二モデル105は、生成データから第一構造計算結果推定データを生成する。 In step S50, the second model 105 generates first structural calculation result estimation data from the generated data.

ステップS60において、第一誤差算定機能106は、構造計算結果データ及び第一構造計算結果推定データから第一誤差データを生成して出力する。 In step S60, the first error calculation function 106 generates and outputs first error data from the structural calculation result data and the first structural calculation result estimation data.

ステップS70において、第二モデル105は、第一誤差データから第二モデルの重みを更新することにより学習する。 In step S70, the second model 105 learns by updating the weights of the second model from the first error data.

ステップS80において、重みデータ取得機能107は、第二モデルから重みデータを取得する。 In step S80, the weight data acquisition function 107 acquires weight data from the second model.

ステップS90において、第三モデル108は、重みデータを第三モデルにコピーする。 In step S90, the third model 108 copies the weight data to the third model.

ステップS100において、第二誤差算定機能109は、条件データの少なくとも一部及び第二構造計算結果推定データから第二誤差データを算出する。 In step S100, the second error calculation function 109 calculates second error data from at least a portion of the condition data and the second structural calculation result estimation data.

ステップS110において、連結モデルは、第一モデルと第三モデルを連結した連結モデルについて、第二誤差データから連結モデルのうち第一モデルの重みのみを更新することにより学習する。 In step S110, the concatenated model learns about the concatenated model that concatenates the first model and the third model by updating only the weights of the first model in the concatenated model from the second error data.

ステップS120において、構造設計支援プログラム10は、終了条件が満たされているか否かを判定する。構造設計支援プログラム10は、終了条件が満たされていると判定した場合(ステップS120:YES)、処理を終了させる。一方、構造設計支援プログラム10は、終了条件が満たされていないと判定した場合(ステップS120:NO)、処理をステップS10に戻す。 In step S120, the structural design support program 10 determines whether the termination condition is satisfied. If the structural design support program 10 determines that the termination condition is satisfied (step S120: YES), it terminates the process. On the other hand, if the structural design support program 10 determines that the termination condition is not satisfied (step S120: NO), it returns the process to step S10.

以上、実施形態に係る構造設計支援プログラム10について説明した。構造設計支援プログラム10は、条件データ取得機能101と、第一モデル102と、生成データ取得機能103と、構造計算機能104と、第二モデル105と、第一誤差算定機能106と、重みデータ取得機能107と、第三モデル108と、第二誤差算定機能109と、学習済モデル取得機能110とを備える。 The structural design support program 10 according to the embodiment has been described above. The structural design support program 10 includes a condition data acquisition function 101, a first model 102, a generated data acquisition function 103, a structural calculation function 104, a second model 105, a first error calculation function 106, a weight data acquisition function 107, a third model 108, a second error calculation function 109, and a trained model acquisition function 110.

条件データ取得機能101は、構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件及び構造物の構造を設計する際に参照されるべき前提条件を示す条件データを取得する。第一モデル102は、条件データにより示される条件の下、機械学習装置として構造物の構造を設計し、構造物の構造を示す生成データを生成し、重みを固定した第三モデルに連結されており、誤差データにより学習する。生成データ取得機能103は、第一モデルにより生成される生成データを取得する。構造計算機能104は、生成データと、条件データにより構造計算結果データを出力する。 The condition data acquisition function 101 acquires condition data indicating the conditions to be satisfied when designing the structure of a structure and the prerequisites to be referenced when designing the structure of a structure. The first model 102 designs the structure of a structure as a machine learning device under the conditions indicated by the condition data, generates generated data indicating the structure of the structure, is linked to a third model with fixed weights, and learns using error data. The generated data acquisition function 103 acquires the generated data generated by the first model. The structural calculation function 104 outputs structural calculation result data based on the generated data and the condition data.

第二モデル105は、生成データから第一構造計算結果推定データを生成し、第一誤差データにより学習する。第一誤差算定機能106は、構造計算結果データ及び第一構造計算結果推定データから第一誤差データを生成して出力する。重みデータ取得機能107は、第二モデルから重みデータを取得する。第三モデル108は、重みデータにより第二モデルと同一の構成及び同一の重みを有し、生成データから第二構造計算結果推定データを生成して出力する。第二誤差算定機能109は、条件データの少なくとも一部及び第二構造計算結果推定データから第二誤差データを算出する。学習済モデル取得機能110は、第一モデル102を第一学習済モデルとして取得する処理及び第二モデル105を第二学習済モデルとして取得する処理の少なくとも一方を行う。 The second model 105 generates first structural calculation result estimation data from the generated data and learns using the first error data. The first error calculation function 106 generates and outputs first error data from the structural calculation result data and the first structural calculation result estimation data. The weight data acquisition function 107 acquires weight data from the second model. The third model 108 has the same configuration and the same weights as the second model using the weight data, and generates and outputs second structural calculation result estimation data from the generated data. The second error calculation function 109 calculates second error data from at least a portion of the condition data and the second structural calculation result estimation data. The learned model acquisition function 110 performs at least one of a process of acquiring the first model 102 as a first learned model and a process of acquiring the second model 105 as a second learned model.

したがって、構造設計支援プログラム10は、構造物の構造を設計する作業をより手厚く支援することができる。 Therefore, the structural design support program 10 can provide more thorough support for the work of designing the structure of a structure.

また、構造設計支援プログラム10は、構造物において定義される第一方向に沿って配置される第一構成要素に関する生成データを生成する工程と、構造物において定義され、第一方向と交差する第二方向に沿って配置される第二構成要素に関する生成データを生成する工程とを分ける。これにより、構造設計支援プログラム10は、例えば、図9に示した処理の少なくとも一部で畳み込みを使用し、第一方向に沿って配置される第一構成要素と第二方向に沿って配置される第二構成要素とが接していたり、近接していたりする箇所があっても、生成データにより示される構造が不明瞭になってしまうことを避けることができる。 The structural design support program 10 also separates the process of generating generated data for a first component that is arranged along a first direction defined in the structure from the process of generating generated data for a second component that is defined in the structure and arranged along a second direction that intersects with the first direction. This allows the structural design support program 10 to use convolution in at least a portion of the process shown in FIG. 9, for example, to avoid the structure shown by the generated data becoming unclear even if there are locations where the first component arranged along the first direction and the second component arranged along the second direction are in contact or close to each other.

なお、上述した実施形態では、図1に示した各機能が構造設計支援プログラム10を読み出して実行するハードウェアプロセッサにより実現される場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。 In the above embodiment, the functions shown in FIG. 1 are implemented by a hardware processor that reads and executes the structural design support program 10, but the present invention is not limited to this.

図1に示した機能の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)等の回路部(circuitry)を含むハードウェアにより実現されてもよい。或いは、図1に示した機能の少なくとも一部は、ソフトウェアとハードウェアの協働により実現されてもよい。また、これらのハードウェアは、一つに統合されていてもよいし、複数に分かれていてもよい。 At least some of the functions shown in FIG. 1 may be realized by hardware including circuitry such as a large-scale integration (LSI), an application-specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), or a graphics processing unit (GPU). Alternatively, at least some of the functions shown in FIG. 1 may be realized by a combination of software and hardware. Furthermore, these pieces of hardware may be integrated into one, or may be divided into multiple pieces.

また、図1に示した機能の少なくとも一部がハードウェアを使用して実現される場合、図2に示した構成要素の少なくとも一つは、当該ハードウェアに組み込まれていてもよい。さらに、図2に示した構成要素の少なくとも一つは、ソフトウェアとして実現されてもよい。 In addition, when at least a part of the functions shown in FIG. 1 are realized using hardware, at least one of the components shown in FIG. 2 may be incorporated into the hardware. Furthermore, at least one of the components shown in FIG. 2 may be realized as software.

また、上述したニューラルネットワークは、注意機構(Attention Mechanism)が実装されていてもよい。一般的に、畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolutional Neural Network)は、データの部分的な特徴を捉える性能に優れているという利点を有する。一方、畳み込みニューラルネットワークは、部分的な特徴が含まれている限り、当該部分的な特徴を組み合わせた全体の構成が不適切であっても適切な画像と誤認することがあるという欠点を有する。このような欠点を補うために、注意機構として、データの中から注視すべき部位を学習するモデルを学習モデルに付加するという手法が知られている。 The above-mentioned neural network may also be implemented with an attention mechanism. In general, a convolutional neural network (CNN) has the advantage of being excellent at capturing partial features of data. On the other hand, a convolutional neural network has the disadvantage that, as long as partial features are included, an image may be mistaken for an appropriate image even if the overall configuration combining the partial features is inappropriate. To compensate for this disadvantage, a method is known in which a model that learns which parts of the data should be focused on is added to the learning model as an attention mechanism.

第一モデル102に含まれるニューラルネットワークに注意機構が実装されている場合、当該ニューラルネットワークは、構造物全体の構造のバランスを考慮しつつ、構造データを生成することができる。第二モデル105に含まれるニューラルネットワークに注意機構が実装されている場合、当該ニューラルネットワークは、構造物全体の構造のバランスを考慮しつつ、重みデータにより示される重みを学習することができる。また、第二モデル105に含まれるニューラルネットワークに注意機構が実装されている場合、当該ニューラルネットワークは、構造物全体の構造のバランスを考慮しつつ、推定データを生成することができる。つまり、構造設計支援プログラム10は、これらのニューラルネットワークの少なくとも一つに注意機構が実行されている場合、注意機構により構造物全体の構造のバランスを考慮しつつ、学習済モデル及び構造設計データを生成することができる。 When an attention mechanism is implemented in the neural network included in the first model 102, the neural network can generate structural data while taking into account the balance of the structure of the entire structure. When an attention mechanism is implemented in the neural network included in the second model 105, the neural network can learn the weights indicated by the weight data while taking into account the balance of the structure of the entire structure. Furthermore, when an attention mechanism is implemented in the neural network included in the second model 105, the neural network can generate estimated data while taking into account the balance of the structure of the entire structure. In other words, when an attention mechanism is implemented in at least one of these neural networks, the structural design support program 10 can generate a learned model and structural design data while taking into account the balance of the structure of the entire structure using the attention mechanism.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述した。ただし、本発明の実施形態の具体的な構成は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の組み合わせ、変形、置換及び設計変更の少なくとも一つを上述した実施形態に加えたものであってもよい。 The above describes the embodiments of the present invention in detail with reference to the drawings. However, the specific configurations of the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and at least one of various combinations, modifications, substitutions, and design changes may be added to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention.

10…構造設計支援プログラム、101…条件データ取得機能、102…第一モデル、103…生成データ取得機能、104…構造計算機能、105…第二モデル、106…第一誤差算定機能、107…重みデータ取得機能、108…第三モデル、109…第二誤差算定機能、110…学習済モデル取得機能 10...Structural design support program, 101...Condition data acquisition function, 102...First model, 103...Generation data acquisition function, 104...Structural calculation function, 105...Second model, 106...First error calculation function, 107...Weight data acquisition function, 108...Third model, 109...Second error calculation function, 110...Trained model acquisition function

Claims (7)

コンピュータに、
構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件及び前記構造物の構造を設計する際に参照されるべき前提条件を示す条件データを取得する条件データ取得機能と、
前記条件データにより示される条件の下、機械学習装置として前記構造物の構造を設計し、前記構造物の構造を示す生成データを生成し、重みを固定した第三モデルに連結されており、第二誤差データにより学習する第一モデルと、
前記第一モデルにより生成される生成データを取得する生成データ取得機能と、
前記生成データと、前記条件データにより構造計算結果データを出力する構造計算機能と、
前記生成データから第一構造計算結果推定データを生成し、第一誤差データにより学習する第二モデルと、
前記構造計算結果データ及び前記第一構造計算結果推定データから前記第一誤差データを生成して出力する第一誤差算定機能と、
前記第二モデルから重みデータを取得する重みデータ取得機能と、
前記重みデータにより前記第二モデルと同一の構成及び同一の重みを有し、前記生成データから第二構造計算結果推定データを生成して出力する第三モデルと、
前記条件データの少なくとも一部及び前記第二構造計算結果推定データから前記第二誤差データを算出する第二誤差算定機能と、
を実現させる構造設計支援プログラム。
On the computer,
a condition data acquisition function for acquiring condition data indicating conditions to be satisfied when designing a structure of a structure and prerequisites to be referred to when designing the structure of the structure;
A first model that designs the structure of the structure as a machine learning device under conditions indicated by the condition data, generates generation data indicating the structure of the structure, and is connected to a third model with fixed weights and learns using second error data;
A generated data acquisition function that acquires generated data generated by the first model;
a structural calculation function for outputting structural calculation result data based on the generated data and the condition data;
A second model that generates first structure calculation result estimation data from the generated data and learns using first error data;
a first error calculation function that generates and outputs the first error data from the structural calculation result data and the first structural calculation result estimation data;
a weight data acquisition function for acquiring weight data from the second model;
a third model that has the same configuration and the same weights as the second model using the weight data, and generates and outputs second structure calculation result estimation data from the generated data;
a second error calculation function for calculating the second error data from at least a part of the condition data and the second structure calculation result estimation data;
A structural design support program that makes this possible.
前記第一モデルは、前記構造物において定義される第一方向に沿って配置される第一構成要素に関する前記生成データを生成する工程と、前記構造物において定義され、前記第一方向と交差する第二方向に沿って配置される第二構成要素に関する前記生成データを生成する工程とを分ける
請求項1に記載の構造設計支援プログラム。
2. The structural design support program according to claim 1, wherein the first model separates a process of generating the generated data for a first component arranged along a first direction defined in the structure from a process of generating the generated data for a second component defined in the structure and arranged along a second direction that intersects with the first direction.
前記第一モデル、前記第二モデル及び前記第三モデルの少なくとも一つはニューラルネットワーク及び注意機構の少なくとも一方を含む
請求項1又は請求項2に記載の構造設計支援プログラム。
3. The structural design support program according to claim 1, wherein at least one of the first model, the second model and the third model includes at least one of a neural network and an attention mechanism.
構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件及び前記構造物の構造を設計する際に参照されるべき前提条件を示す条件データを取得する条件データ取得部と、
前記条件データにより示される条件の下、機械学習装置として前記構造物の構造を設計し、前記構造物の構造を示す生成データを生成し、重みを固定した第三モデルに連結されており、第二誤差データにより学習する第一モデルと、
前記第一モデルにより生成される生成データを取得する生成データ取得部と、
前記生成データと、前記条件データにより構造計算結果データを出力する構造計算部と、
前記生成データから第一構造計算結果推定データを生成し、第一誤差データにより学習する第二モデルと、
前記構造計算結果データ及び前記第一構造計算結果推定データから前記第一誤差データを生成して出力する第一誤差算定部と、
前記第二モデルから重みデータを取得する重みデータ取得部と、
前記重みデータにより前記第二モデルと同一の構成及び同一の重みを有し、前記生成データから第二構造計算結果推定データを生成して出力する第三モデルと、
前記条件データの少なくとも一部及び前記第二構造計算結果推定データから前記第二誤差データを算出する第二誤差算定部と、
を備える構造設計支援装置。
a condition data acquisition unit that acquires condition data indicating conditions that should be satisfied when designing a structure of a structure and prerequisites that should be referred to when designing the structure of the structure;
A first model that designs the structure of the structure as a machine learning device under conditions indicated by the condition data, generates generation data indicating the structure of the structure, and is connected to a third model with fixed weights and learns using second error data;
A generated data acquisition unit that acquires generated data generated by the first model;
a structural calculation unit that outputs structural calculation result data based on the generated data and the condition data;
A second model that generates first structure calculation result estimation data from the generated data and learns using first error data;
a first error calculation unit that generates and outputs the first error data from the structural calculation result data and the first structural calculation result estimation data;
a weight data acquisition unit that acquires weight data from the second model;
a third model that has the same configuration and the same weights as the second model using the weight data, and generates and outputs second structure calculation result estimation data from the generated data;
a second error calculation unit that calculates the second error data from at least a part of the condition data and the second structure calculation result estimation data;
A structural design support device comprising:
前記第二誤差データに基づいて重みが更新された前記第一モデルは、前記条件データを使用して前記構造物の構造を設計し、前記構造物の構造を設計した結果を示す生成データを出力する
請求項4に記載の構造設計支援装置。
The structural design support device according to claim 4, wherein the first model, whose weights have been updated based on the second error data , uses the condition data to design a structure of the structure, and outputs generated data indicating a result of designing the structure of the structure.
構造物の構造を設計する際に満たされるべき条件及び前記構造物の構造を設計する際に参照されるべき前提条件を示す条件データを取得するステップと、
前記条件データにより示される条件の下、前記構造物の構造を示す生成データを生成するモデルであって第二誤差データにより学習するモデルである第一モデルが、機械学習装置として前記構造物の構造を設計し、生成した前記生成データを取得するステップと、
前記生成データと、前記条件データにより構造計算装置を使用して構造計算結果データを出力するステップと
前記生成データから第一構造計算結果推定データを生成するモデルであって第一誤差データにより学習するモデルである第二モデルが生成する前記第一構造計算結果推定データと、前記構造計算結果データとに基づいて、第一誤差データを生成して出力するステップと、
前記第一誤差データに基づいて前記第二モデルの重みを更新することにより学習するステップと、
前記第二モデルから更新後の重みデータを取得するステップと、
前記第二モデルと同一の構成を有し、前記第一モデルに連結されたモデルであって、前記生成データから第二構造計算結果推定データを生成して出力するモデルである第三モデルに、前記重みデータをコピーすることにより、前記第三モデルを、前記第二モデルと同一の重みを有するモデルにするステップと、
前記条件データの少なくとも一部及び第二構造計算結果推定データから第二誤差データを算出するステップと、
前記第一モデルと前記第三モデルを連結した連結モデルについて、前記第二誤差データから前記連結モデルのうち前記第一モデルの重みのみを更新することにより学習するステップと、
前記第一モデル及び前記第二モデルの少なくとも一方を学習済モデルとして取得するステップと、
を含む構造設計支援方法。
obtaining condition data indicating conditions to be satisfied when designing a structure of a structure and prerequisites to be referred to when designing the structure of the structure;
A step in which a first model, which is a model that generates generation data indicating a structure of the structure under conditions indicated by the condition data and learns using second error data, designs the structure of the structure as a machine learning device and acquires the generated generation data;
a step of outputting structural calculation result data using a structural calculation device based on the generated data and the condition data ;
a step of generating and outputting first error data based on the first structural calculation result estimation data generated by a second model, which is a model that generates first structural calculation result estimation data from the generated data and learns using first error data, and the structural calculation result data;
learning by updating weights of the second model based on the first error data;
obtaining updated weight data from the second model;
a step of making the third model a model having the same weight as that of the second model by copying the weight data to a third model, the third model being a model having the same configuration as the second model, linked to the first model, and generating and outputting second structure calculation result estimation data from the generated data ;
calculating second error data from at least a part of the condition data and second structure calculation result estimation data;
a step of learning a concatenated model obtained by concatenating the first model and the third model by updating only the weights of the first model in the concatenated model from the second error data;
acquiring at least one of the first model and the second model as a trained model;
A structural design support method comprising:
前記第二誤差データに基づいて重みが更新された前記第一モデルが、前記条件データを使用して前記構造物の構造を設計し、前記構造物の構造を設計した結果を示す生成データを出力するステップを更に含む請求項6に記載の構造設計支援方法。 7. The structural design support method according to claim 6, further comprising a step of: using the first model, whose weights have been updated based on the second error data , to design a structure of the structure using the condition data; and outputting generated data indicative of a result of designing the structure of the structure.
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