JP7589592B2 - DESIGN SUPPORT METHOD, DESIGN SUPPORT PROGRAM, AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM CONTAINING THE DESIGN SUPPORT PROGRAM - Google Patents
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ここに開示する技術は、設計支援方法、設計支援プログラム、および該設計支援プログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体に関する。 The technology disclosed herein relates to a design support method, a design support program, and a computer-readable storage medium that stores the design support program.
例えば特許文献1には、複数の部品を備える構造体の設計支援方法が開示されている。具体的に、この特許文献1に開示されている構造体の設計支援方法は、各部品の仕様を定量化してなる設計変数の線形結合を目的変数に設定するとともに、その目的変数に関して重回帰分析を行うことで、構造体の性能指標を示すモデルを同定するように構成されている。
For example,
ところで、前記特許文献1に開示されているような設計変数を用いて構造体の性能を定式化する場合において、部品同士が相互に及ぼし合う影響等、より複雑な事象を考慮に入れるためには、設計変数同士を掛け合わせた交互作用項、設計変数を引数とした三角関数によって表される項等、より一般的な関数形で表現される各項を性能因子とみなして定式化を行うことが考えられる。
Incidentally, when formulating the performance of a structure using design variables such as those disclosed in
しかしながら、そのような性能因子は無数に存在するため、モデルの定式化に要する計算が複雑化し、その計算に要する時間が膨大なものとなる可能性がある。このことは、モデルを用いた設計支援をスムースに行う上では不都合である。 However, because there are an infinite number of such performance factors, the calculations required to formulate the model become complicated and the time required for the calculations can become enormous. This is inconvenient for smoothly providing design support using the model.
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造体の性能をシンプルかつ高速で定式化することにある。 The technology disclosed here has been developed in light of these issues, and its purpose is to formulate the performance of a structure simply and quickly.
本開示の第1の態様は、プログラムを実行する演算部と、データを読み込む記憶部と、を備えたコンピュータを用いることにより、複数の部品によって構成される構造体の性能を、各部品の仕様が定量化された設計変数を用いて定式化する設計支援方法に係る。 The first aspect of the present disclosure relates to a design support method that uses a computer equipped with a calculation unit that executes a program and a storage unit that reads data to formulate the performance of a structure composed of multiple parts using design variables that quantify the specifications of each part.
そして、本開示の第1の態様によると、前記設計支援方法は、前記記憶部が、前記設計変数の1つ以上を引数としてなる性能因子の集合を読み込む読込ステップと、前記演算部が、前記性能因子の集合に対して複数種類の抽出方法を適用することで、該抽出方法別に、前記構造体の性能に寄与する性能因子を抽出する抽出ステップと、前記演算部が、前記抽出方法別に得られた抽出結果に基づいて、前記性能因子の選択順位を設定する順位設定ステップと、前記演算部が、前記性能因子の集合の中から前記選択順位にしたがって前記性能因子を選択するとともに、選択された前記性能因子を組み合わせることで前記構造体の性能を定式化する定式化ステップと、を備える。 According to a first aspect of the present disclosure, the design support method includes a read step in which the storage unit reads in a set of performance factors each having one or more of the design variables as arguments; an extraction step in which the calculation unit applies multiple types of extraction methods to the set of performance factors to extract performance factors that contribute to the performance of the structure for each extraction method; a ranking setting step in which the calculation unit sets a selection ranking for the performance factors based on the extraction results obtained for each extraction method; and a formulation step in which the calculation unit selects the performance factors from the set of performance factors according to the selection ranking, and formulates the performance of the structure by combining the selected performance factors.
ここで、「性能因子」には、設計変数の1次の項、設計変数の2次の項等、設計変数の多項式近似に際して用いられる因子に加え、設計変数を引数とした三角関数等、非多項式近似を実現する因子も含む。 Here, "performance factors" include factors used in polynomial approximation of design variables, such as linear terms of design variables, quadratic terms of design variables, etc., as well as factors that realize non-polynomial approximation, such as trigonometric functions with design variables as arguments.
前記第1の態様によれば、前記設計支援方法は、性能因子の集合に対して複数種類の抽出方法を適用することで、性能因子の選択順位を設定する。この選択順位は、性能因子の重要度を示しているものと云える。選択順位の設定に際し、特定の抽出方法のみ用いるのではなく、複数の抽出方法を個別に用いることで、選択順位をより適切に設定することができる。そして、選択順位が相対的に高い性能因子については、前記性能を記述するモデル式に積極的に取り込む一方、選択順位が相対的に低い性能因子については、前記モデル式には消極的に取り込むようにすることで、定式化の際に用いられる項の数を抑制しつつも、構造体の性能を忠実に記述することができる。これにより、構造体の性能をシンプルかつ高速で定式化することができるようになる。 According to the first aspect, the design support method applies multiple types of extraction methods to a set of performance factors to set a selection order for the performance factors. This selection order can be said to indicate the importance of the performance factors. When setting the selection order, by using multiple extraction methods individually rather than using only a specific extraction method, the selection order can be set more appropriately. Performance factors with a relatively high selection order are actively incorporated into a model formula that describes the performance, while performance factors with a relatively low selection order are passively incorporated into the model formula, thereby making it possible to faithfully describe the performance of the structure while suppressing the number of terms used in formulation. This makes it possible to formulate the performance of the structure simply and quickly.
また、本開示の第2の態様によると、前記性能因子には、前記設計変数自身からなる線形項と、前記設計変数同士を乗算してなる非線形項と、が含まれる、としてもよい。 Furthermore, according to a second aspect of the present disclosure, the performance factor may include a linear term consisting of the design variables themselves and a nonlinear term consisting of the multiplication of the design variables.
前記第2の態様によれば、性能因子には、設計変数同士を乗算してなる非線形項が含まれる。これにより、部品同士の結合に関係した交互作用をモデルに含めることができる。このことは、構造体の衝突性能等、動的な現象のモデル化に際して有効である。 According to the second aspect, the performance factor includes a nonlinear term that is the product of the design variables. This allows the model to include interactions related to the connections between parts. This is effective when modeling dynamic phenomena such as the crash performance of a structure.
また、本開示の第3の態様によると、前記設計支援方法は、前記抽出ステップに先だって、前記演算部が前記性能因子の集合を設定する事前絞り込みステップを備え、前記事前絞り込みステップにおいて、前記設計変数を終端子ノードとしかつ乗算演算子を非終端子ノードとした木構造に対して遺伝的操作を実行することで、前記性能因子の集合を設定し、前記事前絞り込みステップにおいて、前記木構造の階層数が所定の最大深度以下になるように、前記遺伝的操作を実行する、としてもよい。 According to a third aspect of the present disclosure, the design support method may further include a pre-narrowing step in which the calculation unit sets the set of performance factors prior to the extraction step, and in the pre-narrowing step, the set of performance factors is set by performing a genetic operation on a tree structure in which the design variables are terminal nodes and multiplication operators are non-terminal nodes, and in the pre-narrowing step, the genetic operation is performed so that the number of levels in the tree structure is equal to or less than a predetermined maximum depth.
前記第3の態様によれば、選択順位に基づいた性能因子の選択に先だって、木構造を用いた性能因子の絞り込みを実行する。ここで、終端子ノードから設計変数の係数を排除することで、より高速で絞り込むことができる。その際に、木構造の階層数を事前に設定しておくことで、支援対象とする構造体に適した絞り込みを行うことができる。これにより、より効率的な定式化を行うことができるようになる。 According to the third aspect, prior to selecting the performance factors based on the selection order, the performance factors are narrowed down using a tree structure. Here, by excluding the coefficients of the design variables from the terminal node, the narrowing down can be performed more quickly. At that time, by setting the number of levels of the tree structure in advance, the narrowing down can be performed in a way that is appropriate for the structure to be supported. This allows for more efficient formulation.
また、本開示の第4の態様によると、前記設計支援方法は、前記性能因子を構成する前記設計変数のうち、前記線形項として前記構造体の性能に表れない設計変数からなる前記非線形項を、前記演算部が前記構造体の性能から排除するモデル再構築ステップを備える、としてよい。 According to a fourth aspect of the present disclosure, the design support method may include a model reconstruction step in which the calculation unit excludes from the performance of the structure the nonlinear terms consisting of design variables that do not appear as linear terms in the performance of the structure, among the design variables that constitute the performance factor.
前記第4の態様によれば、非線形項を構成する設計変数のうち、1次の線形項としてモデルに表れない設計変数(例えば、1次項(主効果)としてはモデルに表れず、交互作用項としてのみモデルに表れる設計変数)については、モデルから排除する。この工程を行うことで考慮すべき性能因子の数を減らすことができるため、計算量を減少させることができる。 According to the fourth aspect, among the design variables constituting the nonlinear terms, those that do not appear in the model as first-order linear terms (for example, design variables that do not appear in the model as first-order terms (main effects) but appear in the model only as interaction terms) are excluded from the model. By performing this process, the number of performance factors to be considered can be reduced, thereby reducing the amount of calculations.
また、本開示の第5の態様によると、前記演算部は、前記抽出方法別に得られた抽出結果に基づいて、前記性能因子毎に抽出頻度を判定し、前記演算部は、前記抽出頻度の高低に基づいて、前記選択順位を設定する、としてもよい。 According to a fifth aspect of the present disclosure, the calculation unit may determine the extraction frequency for each of the performance factors based on the extraction results obtained for each of the extraction methods, and the calculation unit may set the selection order based on the level of the extraction frequency.
前記第5の態様によれば、抽出頻度の高い性能因子、例えば全ての抽出方法において抽出されるような性能因子については、選択順位を高順位に設定する一方、抽出頻度の低い性能因子、例えばいずれか1つの抽出方法でしか抽出されないような性能因子については、選択順位を低順位に設定する。このように設定することで、選択順位をより適切に設定し、ひいては構造体の性能をより忠実に定式化することができるようになる。 According to the fifth aspect, a performance factor that is extracted frequently, for example, a performance factor that is extracted by all extraction methods, is set to a high selection priority, while a performance factor that is extracted infrequently, for example, a performance factor that is extracted by only one of the extraction methods, is set to a low selection priority. By setting in this way, the selection priority can be set more appropriately, and the performance of the structure can be formulated more faithfully.
また、本開示の第6の態様によると、前記構造体の性能は、前記性能因子を組み合わせてなる線形結合によって定式化され、前記演算部は、前記複数種類の抽出方法のそれぞれにおいて、前記性能因子を説明変数とし、前記構造体の性能を目的変数とした重回帰分析を実行し、前記演算部は、前記重回帰分析によって算出された前記説明変数それぞれの係数に基づいて、前記抽出頻度を判定する、としてもよい。 According to a sixth aspect of the present disclosure, the performance of the structure may be formulated by a linear combination of the performance factors, and the calculation unit may perform a multiple regression analysis for each of the multiple types of extraction methods with the performance factors as explanatory variables and the performance of the structure as a target variable, and the calculation unit may determine the extraction frequency based on the coefficients of the explanatory variables calculated by the multiple regression analysis.
前記第6の態様によれば、演算部は、各性能因子に乗算される係数の高低に基づいて、抽出頻度を判定する。この場合、例えば、特定の抽出方法において係数がゼロと算出された性能因子については、少なくともその抽出方法においては非抽出とすることができる。このように設定することで、抽出頻度を明確に判定することができ、ひいては、構造体の性能をシンプルかつ高速で定式化する上で有利になる。 According to the sixth aspect, the calculation unit determines the extraction frequency based on the magnitude of the coefficient multiplied by each performance factor. In this case, for example, a performance factor whose coefficient is calculated to be zero in a specific extraction method can be determined as not being extracted at least in that extraction method. By setting in this manner, the extraction frequency can be clearly determined, which is advantageous in formulating the performance of a structure simply and quickly.
また、本開示の第7の態様によると、前記複数種類の抽出方法には、スパース性を有する回帰分析が含まれる、としてもよい。 Furthermore, according to a seventh aspect of the present disclosure, the multiple types of extraction methods may include regression analysis with sparsity.
前記第7の態様によれば、スパース性を有する回帰分析を行った場合、寄与度の低い係数はゼロとなる。これにより、抽出頻度を明確に判定することができ、ひいては、構造体の性能をシンプルかつ高速で定式化する上で有利になる。 According to the seventh aspect, when a regression analysis with sparsity is performed, coefficients with low contribution are set to zero. This allows the extraction frequency to be clearly determined, which is advantageous in formulating the performance of a structure simply and quickly.
また、本開示の第8の態様によると、前記複数種類の抽出方法には、ステップワイズ回帰分析が含まれる、としてもよい。 According to an eighth aspect of the present disclosure, the multiple types of extraction methods may include stepwise regression analysis.
前記第8の態様によれば、ステップワイズ法を行った際に選択されなかった性能因子については、その係数をゼロとみなすことができる。これにより、抽出頻度を明確に判定することができ、ひいては、構造体の性能をシンプルかつ高速で定式化する上で有利になる。 According to the eighth aspect, the coefficients of performance factors that were not selected when the stepwise method was performed can be considered to be zero. This allows the extraction frequency to be clearly determined, which is advantageous in formulating the performance of a structure simply and quickly.
また、本開示の第9の態様によると、前記設計支援方法は、前記定式化ステップにおける定式化の精度を特徴付ける評価指標を算出する指標算出ステップと、前記指標算出ステップによって算出された評価指標に基づいて、前記定式化ステップにおける定式化の精度を検証する検証ステップを備え、前記記憶部は、それぞれ前記性能因子の集合に対応した複数のサンプルデータを読み込み、前記演算部は、前記複数のサンプルデータを所定の分割パターンにしたがって学習データと検証データとに分割し、前記演算部は、前記学習データに基づいて、前記抽出ステップ、前記順位設定ステップおよび前記定式化ステップを実行する一方、残りの前記検証データに基づいて、前記指標算出ステップを実行し、前記演算部は、前記分割パターンを複数回にわたって変更しつつ、変更された分割パターン毎に前記抽出ステップ、前記順位設定ステップ、前記定式化ステップおよび前記指標算出ステップを繰り返し実行した後に、前記検証ステップを実行し、前記検証ステップにおいて、前記演算部は、前記分割パターン毎に算出された評価指標に基づいて、前記分割パターン毎に定式化された前記構造体の性能のうちのいずれか1つを選択する、としてもよい。 According to a ninth aspect of the present disclosure, the design support method includes an index calculation step for calculating an evaluation index that characterizes the accuracy of the formulation in the formulation step, and a verification step for verifying the accuracy of the formulation in the formulation step based on the evaluation index calculated by the index calculation step, the storage unit reads a plurality of sample data corresponding to the set of performance factors, the calculation unit divides the plurality of sample data into learning data and verification data according to a predetermined division pattern, the calculation unit executes the extraction step, the ranking step, and the formulation step based on the learning data, while executing the index calculation step based on the remaining verification data, the calculation unit changes the division pattern multiple times, and repeatedly executes the extraction step, the ranking step, the formulation step, and the index calculation step for each changed division pattern, and then executes the verification step, and in the verification step, the calculation unit selects any one of the performances of the structure formulated for each division pattern based on the evaluation index calculated for each division pattern.
前記第9の態様によれば、前記設計支援方法では、選択順位に基づいた定式化に際して、k分割交差検証を実施する。つまり、k通りの学習データに基づいて定式化を実行するとともに、各定式化に際して、残りの検証データに基づいて評価指標を算出する。そして、各分割パターンで得られたk通りのモデルのうち、最も評価指数に優れたモデルを選択することで、よりロバストな定式化を行うことができるようになる。このことは、構造体の性能のシンプルかつ高速な定式化と、モデル式のロバスト性と、を両立する上で有効である。 According to the ninth aspect, the design support method performs k-fold cross-validation when formulating based on the selection ranking. In other words, formulation is performed based on k types of learning data, and an evaluation index is calculated based on the remaining validation data for each formulation. Then, by selecting the model with the best evaluation index from among the k types of models obtained by each division pattern, a more robust formulation can be performed. This is effective in achieving both a simple and fast formulation of the performance of the structure and robustness of the model formula.
また、本開示の第10の態様によると、前記構造体は、自動車の車体であり、前記設計変数は、前記複数の部品それぞれの板厚である、としてもよい。 Furthermore, according to a tenth aspect of the present disclosure, the structure may be an automobile body, and the design variables may be the plate thicknesses of each of the plurality of parts.
自動車の車体は、多数の部品からなる。この場合、多数の性能因子を考慮する必要があるものと考えられる。本開示は、多数の性能因子が考慮され得る一方で、それ以上のサンプルデータを確保するのが容易ではないような技術分野において、多数の性能因子の中から重要な性能因子を積極的に絞り込むことができるという点で有効である。 An automobile body is made up of many parts. In this case, it is thought that many performance factors need to be considered. The present disclosure is effective in a technical field in which many performance factors can be considered, but it is not easy to secure sample data beyond that, in that it can actively narrow down important performance factors from among the many performance factors.
本開示の第11の態様は、プログラムを実行する演算部と、データを読み込む記憶部と、を備えたコンピュータに実行させることにより、複数の部品によって構成される構造体の性能を、各部品の仕様が定量化された設計変数を用いて定式化する設計支援プログラムに係る。 An eleventh aspect of the present disclosure relates to a design support program that, when executed by a computer having a calculation unit that executes a program and a storage unit that reads data, formulates the performance of a structure composed of multiple parts using design variables that quantify the specifications of each part.
そして、本開示の第11の態様によると、前記設計支援プログラムは、前記コンピュータに、前記記憶部が、前記設計変数の1つ以上を引数とした性能因子の集合を読み込む読込ステップと、前記演算部が、前記性能因子の集合に対して複数種類の抽出方法を適用することで、該抽出方法別に、前記構造体の性能に寄与する性能因子を抽出する抽出ステップと、前記演算部が、前記抽出方法別に得られた抽出結果に基づいて、前記性能因子の選択順位を設定する順位設定ステップと、前記演算部が、前記性能因子の集合の中から前記選択順位にしたがって前記性能因子を選択するとともに、選択された前記性能因子を組み合わせることで前記構造体の性能を定式化する定式化ステップと、を実行させる。 According to an eleventh aspect of the present disclosure, the design support program causes the computer to execute a read step in which the storage unit reads a set of performance factors with one or more of the design variables as arguments, an extraction step in which the calculation unit applies multiple types of extraction methods to the set of performance factors to extract performance factors that contribute to the performance of the structure for each extraction method, a ranking step in which the calculation unit sets a selection ranking of the performance factors based on the extraction results obtained for each extraction method, and a formulation step in which the calculation unit selects the performance factors from the set of performance factors according to the selection ranking and formulates the performance of the structure by combining the selected performance factors.
前記第11の態様によれば、構造体の性能をシンプルかつ高速で定式化することができる。 According to the eleventh aspect, the performance of a structure can be formulated simply and quickly.
本開示の第12の態様は、コンピュータ読取可能な記憶媒体に係る。この記憶媒体は、前記第11の態様に係る設計支援プログラムを記憶している。 A twelfth aspect of the present disclosure relates to a computer-readable storage medium. This storage medium stores the design support program according to the eleventh aspect.
以上説明したように、本開示によれば、構造体の性能をシンプルかつ高速で定式化することができる。 As described above, the present disclosure makes it possible to formulate the performance of a structure simply and quickly.
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that the following description is merely an example.
<装置構成>
図1は、本開示に係る設計支援装置(具体的には、設計支援装置を構成するコンピュータ1)のハードウェア構成を例示する図である。図2は、設計支援装置のソフトウェア構成を例示する図である。
<Device Configuration>
Fig. 1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a design support apparatus (specifically, a
図1に例示するように、コンピュータ1は、コンピュータ1全体の制御を司る中央処理装置(Central Processing Unit:CPU)3と、ブートプログラム等を記憶するリードオンリーメモリ(Read Only Memory:ROM)5と、メインメモリとして機能するランダムアクセスメモリ(Random Access Memory:RAM)7と、2次記憶装置としてのハードディスクドライブ(Hard Disk Drive:HDD)9と、を備える。なお、2次記憶装置としては、HDD9の代わりに、ソリッドステートドライブ(Solid State Drive:SSD)等を用いることもできる。
As shown in FIG. 1, the
これらの要素のうち、CPU3は、種々のプログラムを実行する。CPU3は、本実施形態における演算部として機能する。また、RAM7は、CPU3により実行されるプログラムおよび種々のデータ等を一時的に記憶し、HDD9は、プログラムおよびデータ等を継続的に記憶する。RAM7は、必要に応じて、HDD9からデータを読み込むこともできる。RAM7は、本実施形態における記憶部として機能する。
Of these elements, CPU 3 executes various programs. CPU 3 functions as a calculation unit in this embodiment.
コンピュータ1はまた、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、CRTディスプレイ等からなる表示部11と、表示部11上に表示される画像データを格納するグラフィックスメモリ(Video RAM:VRAM)13と、マンマシンインターフェースとしてのキーボード15およびマウス17と、を備える。表示部11は、CPU3による演算結果を表示することができる。また、本実施形態に係るコンピュータ1は、通信用のインターフェース21を介して外部機器との間でデータを送受することができる。
The
なお、後述のように、本開示に係る設計支援装置は、複数のコンピュータ1によって構成してもよい。その場合、各コンピュータ1のCPU3およびRAM7を、それぞれ、本開示に係る演算部および記憶部とみなすことができる。
As described below, the design support device according to the present disclosure may be configured with
図2に例示するように、HDD9のプログラムメモリには、オペレーティングシステム(Operating System:OS)19、事前絞り込みプログラム29A、性能因子抽出プログラム29B、設計知見抽出プログラム29C等が格納される。
As shown in FIG. 2, the program memory of the
これらの要素のうち、事前絞り込みプログラム29A、性能因子抽出プログラム29Bおよび設計知見抽出プログラム29Cは、本実施形態における設計支援プログラム29を構成する。
Of these elements, the
ここで、設計支援プログラム29とは、本実施形態に係る設計支援方法をコンピュータ1に実行させるように構成されたプログラムであって、その設計支援方法を構成する各ステップをコンピュータ1に実行させることができる。設計支援プログラム29は、コンピュータ読取可能な記憶媒体18に予め記憶されている(図1参照)。
The
HDD9のプログラムメモリにおいて、事前絞り込みプログラム29A、性能因子抽出プログラム29Bおよび設計知見抽出プログラム29Cは、それぞれ、キーボード15、マウス17等から入力される指令に応じて起動される。その際、事前絞り込みプログラム29A等は、HDD9からRAM7にロードされ、CPU3によって実行されることになる。CPU3が事前絞り込みプログラム29A等を実行することで、コンピュータ1が設計支援装置として機能することになる。
In the program memory of the
一方、HDD9のデータメモリには、複数のサンプルデータ49が格納される。各サンプルデータ49は、複数の独立変数によって構成される多変数データとして定義されている。各サンプルデータ49は、必要に応じてHDD9からRAM7にロードされ、CPU3による演算に用いられるようになっている。
On the other hand,
ここで、各サンプルデータ49は、分析対象とされる構造体の仕様と、その構造体において実現される性能値を示している。この構造体は、複数の部品によって構成される。また、各サンプルデータ49には、各部品の仕様が定量化された複数の設計変数xi(i=1,2,…,N)と、その仕様を入力としたときに出力される応答y(性能値y、目的変数yとも呼称する)と、が格納される。各サンプルデータ49は、後述のステップS12、ステップS21等において生成してもよいし、事前に生成したものを外部から読み込んで記憶してもよい。
Here, each
例えば、モデルベース開発によって自動車の車体を設計する場合、構造体は車体に相当し、複数の部品はBピラー、サイドシル、フロントトンネル、ルーフレール、フロントフレーム、サイドフレーム、リアサイドフレーム、クロスメンバ、フロアパネル、フロントパネル、リアパネル、エンジンカバー、ボンネット、リヤフェンダ、ルーフ、ドア、リフトゲート、リアエンドパネル、リアホイールハウスアウター、リアエンドメンバー、リアピラーアウター、リアピラーインナー、リアピラーレインホースメント、アッパーレインホースメント、リアルーフレール等の車体構成部品に相当する。この場合、各部品に対応した設計変数xiとして、対応する部品の板厚、形状、接合強度、重量、材質等を用いることができる。この場合、応答yとしては、車体の衝突性能値(衝突時の変形のし難さを示す性能指標)、車体ねじり剛性(ねじり変形のし難さを示す性能指標)、操縦安定性、NVH性能等を用いることができる。 For example, when designing a car body by model-based development, the structure corresponds to the car body, and the multiple parts correspond to car body components such as B-pillars, side sills, front tunnels, roof rails, front frames, side frames, rear side frames, cross members, floor panels, front panels, rear panels, engine covers, bonnets, rear fenders, roofs, doors, lift gates, rear end panels, rear wheel house outers, rear end members, rear pillar outers, rear pillar inners, rear pillar reinforcements, upper reinforcements, and rear roof rails. In this case, as design variables x i corresponding to each part, the plate thickness, shape, joint strength, weight, material, and the like of the corresponding part can be used. In this case, as the response y, the collision performance value of the car body (performance index indicating the resistance to deformation during a collision), the torsional rigidity of the car body (performance index indicating the resistance to torsional deformation), the driving stability, the NVH performance, and the like can be used.
この他、事前絞り込みプログラム29A、性能因子抽出プログラム29Bおよび設計知見抽出プログラム29Cを実行することで生成される種々のデータ、ならびに、アプリケーションプログラム39の実行結果については、必要に応じて、HDD9のデータメモリに記憶されたり、メインメモリとしてのRAM7に一時的に格納されたりする。
In addition, various data generated by executing the
以下、設計支援方法の具体的な方法論について詳細に説明する。 The specific methodology of the design support method is explained in detail below.
<方法論>
図3は、設計支援方法の手順を例示するフローチャートである。図3に例示したフローは、コンピュータ1を用いることによって、複数の部品によって構成される構造体の性能を、各部品の仕様が定量化された設計変数を用いて定式化する設計支援方法である。
<Methodology>
Fig. 3 is a flow chart illustrating the procedure of a design support method. The flow illustrated in Fig. 3 is a design support method in which the performance of a structure composed of a plurality of parts is formulated by using design variables in which the specifications of each part are quantified, by using a
設計支援方法は、基本的には、事前絞り込みステップとしての事前絞り込みフェーズS1と、後述の読込ステップ、抽出ステップ、順位設定ステップ、定式化ステップ、指標算出ステップおよび検証ステップによって構成される性能因子抽出フェーズS2と、モデル再構築ステップによって構成される設計知見抽出フェーズS3と、を順番に実行することで実施される。なお、事前絞り込みフェーズS1と設計知見抽出フェーズS3は、必須ではない。 The design support method is basically implemented by sequentially executing a pre-narrowing phase S1 as a pre-narrowing step, a performance factor extraction phase S2 consisting of a reading step, an extraction step, a ranking step, a formulation step, an index calculation step, and a verification step described below, and a design knowledge extraction phase S3 consisting of a model reconstruction step. Note that the pre-narrowing phase S1 and the design knowledge extraction phase S3 are not essential.
これらのフェーズS1~S3のうち、事前絞り込みフェーズS1は、CPU3が前述の事前絞り込みプログラム29Aを実行することで実施される。同様に、性能因子抽出フェーズS2は、CPU3が性能因子抽出プログラム29Bを実行することで実施され、設計知見抽出フェーズS3は、CPU3が設計知見抽出プログラム29Cを実行することで実施される。
Of these phases S1 to S3, the pre-narrowing phase S1 is implemented by the CPU 3 executing the above-mentioned
以下、設計支援方法を構成する各フェーズについて順番に説明する。 Below, we explain each phase of the design support method in order.
(事前絞り込みフェーズS1)
図4は、事前絞り込みフェーズS1の具体的手順を例示するフローチャートである。図5は、事前絞り込みフェーズS1において用いられる木構造T1と、該木構造T1に対応した応答yと、の関係を説明するための図である。図6は、事前絞り込みフェーズS1における1点交叉法について説明するための図である。
(Pre-narrowing phase S1)
Fig. 4 is a flow chart illustrating a specific procedure of the pre-narrowing phase S1. Fig. 5 is a diagram for explaining the relationship between a tree structure T1 used in the pre-narrowing phase S1 and a response y corresponding to the tree structure T1. Fig. 6 is a diagram for explaining the one-point crossover method in the pre-narrowing phase S1.
本実施形態では、性能因子Xj(j=1,2,…,M)線形結合によって構造体の性能を定式化する。ここで、性能因子Xjとは、前記設計変数xiの1つ以上を引数として生成される。そして、各性能因子Xjに仕事量としての寄与度βjを乗算した項βj・Xjの線形結合を算出することで、図5の下段に示すように応答yが定式化される。図5に示す例では、応答yは、切片と、4つの性能因子X1~X4の線形結合によって定式化される。各性能因子Xjは、設計変数xiの1つ以上を引き数としてなる。ここで、性能因子Xjは、設計変数xiの1つ以上を乗算してなる項に加え、設計変数xiを引数とした三角関数、設計変数xiのn乗根、設計変数xiの対数、設計変数xiを引数とする指数関数等が含まれる。 In this embodiment, the performance of the structure is formulated by a linear combination of performance factors X j (j=1, 2, ..., M). Here, the performance factor X j is generated by using one or more of the design variables x i as arguments. Then, a linear combination of the term β j ·X j obtained by multiplying each performance factor X j by the contribution β j as the amount of work is calculated, and the response y is formulated as shown in the lower part of FIG. 5. In the example shown in FIG. 5, the response y is formulated by an intercept and a linear combination of four performance factors X 1 to X 4. Each performance factor X j is formed by using one or more of the design variables x i as arguments. Here, the performance factor X j includes a term obtained by multiplying one or more of the design variables x i , a trigonometric function with the design variable x i as an argument, an n-th root of the design variable x i , a logarithm of the design variable x i , an exponential function with the design variable x i as an argument, and the like.
ここで、応答yを定式化するためには、構造体の性能に寄与する性能因子Xjを抽出する工程と、各性能因子Xjに乗算されるべき寄与度βjと、をそれぞれ算出する必要になる。特に、後述の交互作用のような非線形項を考慮すると、設計変数xiが多数に亘る場合、性能因子Xjには無数のバリエーションが存在するものと考えられる。 Here, in order to formulate the response y, it is necessary to extract the performance factors Xj that contribute to the performance of the structure and to calculate the contribution βj by which each performance factor Xj should be multiplied. In particular, when nonlinear terms such as interactions, which will be described later, are taken into consideration, when there are many design variables xi , it is considered that there are countless variations in the performance factors Xj .
本願発明者らは、性能因子Xjと寄与度βjを決定するための性能因子抽出フェーズS2に先だって、性能因子Xjの組み合わせを事前に絞り込むこめの工程(事前絞り込みフェーズS1)を行うことを想到した。 The inventors of the present application have conceived of performing a process (pre-narrowing phase S1) of narrowing down combinations of performance factors Xj in advance, prior to the performance factor extraction phase S2 for determining the performance factors Xj and the contribution degrees βj .
すなわち、本実施形態に係る事前絞り込みフェーズS1は、性能因子抽出フェーズS2に先だって実行される工程であり、CPU3が性能因子Xjの集合(候補リスト)を設定するための工程である。 That is, the pre-narrowing phase S1 according to this embodiment is a process executed prior to the performance factor extraction phase S2, and is a process for the CPU 3 to set a set of performance factors Xj (candidate list).
具体的に、本実施形態では、CPU3が遺伝的プログラムミング(GP)を実行し、N個の設計変数xiから応答yを定式化する。周知のように、GPとは、遺伝的アルゴリズム(GA)を木構造で表現できるように機能拡張したものである。通常知られたGPでは、性能因子Xjと、それに乗算されるべき寄与度βjと、をそれぞれ終端子ノードに設定することで、双方を同時に決定するように構成されている。 Specifically, in this embodiment, the CPU 3 executes genetic programming (GP) to formulate a response y from N design variables x i . As is well known, GP is a function extension of a genetic algorithm (GA) so that it can be expressed in a tree structure. In a commonly known GP, the performance factor X j and the contribution β j to be multiplied therewith are set at the terminal nodes, respectively, so that both are determined simultaneously.
それに対し、本実施形態に係る事前絞り込みフェーズS1では、GPによってM個の性能因子Xjの集合を決定し、各性能因子Xjに乗算されるべき寄与度βjは、続く性能因子抽出フェーズS2で確定する。つまり、事前絞り込みフェーズS1で用いられる木構造は、図5に示すように各N個の設計変数xiのみによって記述される。図5に示す例では、3つの設計変数x1,x2,x3を元に、4つの性能因子x1,x3,x1・x2,x3 2が決定されるようになっている。 In contrast, in the pre-narrowing phase S1 according to this embodiment, a set of M performance factors Xj is determined by GP, and the contribution βj to be multiplied by each performance factor Xj is determined in the subsequent performance factor extraction phase S2. That is, the tree structure used in the pre-narrowing phase S1 is described by only N design variables xi as shown in Fig. 5. In the example shown in Fig. 5, four performance factors x1 , x3 , x1.x2 , and x32 are determined based on three design variables x1 , x2 , and x3 .
具体的に、まずステップS11では、最大深度が設定される。この最大深度は、後述のステップS17で1点交叉法を実施する際に参照されるパラメータである。 Specifically, first, in step S11, the maximum depth is set. This maximum depth is a parameter that is referenced when performing the one-point crossover method in step S17 described below.
続くステップS12では、まず、初期世代として、N個の設計変数xiに基づいて、性能因子Xjの組み合わせの初期集合(初期集団)を設計空間全体に広く生成する。初期世代個体数は、設計変数xiの数等に応じて決定され得るが、例えば、設計変数xiの数の1~4倍とすることができる。 In the next step S12, an initial set (initial population) of combinations of performance factors Xj is generated widely across the entire design space as an initial generation based on N design variables xj . The number of individuals in the initial generation can be determined according to the number of design variables xj , and can be set to, for example, 1 to 4 times the number of design variables xj .
続くステップS13では、ランダムに生成された初期集団に基づいて、リスト集合(性能因子Xjの組み合わせの集合)を評価する。例えば、ステップS13の初回実行時には、前記最大深度Lに基づいて、設計変数xiのL次の多項式近似を実行する。この場合、L次の多項式を構成する各項が、性能因子Xjの集合に相当する。そして、サンプルデータ49を参照して重回帰分析を実行し、各項の係数として得られる寄与度βjを決定する。その後、決定された多項式について平均2乗誤差を評価することで、初期集団を評価する。
In the next step S13, the list set (a set of combinations of performance factors Xj ) is evaluated based on the randomly generated initial set. For example, when step S13 is executed for the first time, an L-th order polynomial approximation of the design variable xj is performed based on the maximum depth L. In this case, each term constituting the L-th order polynomial corresponds to a set of performance factors Xj . Then, a multiple regression analysis is performed with reference to sample
続くステップS14では、ステップS13で算出された平均2乗誤差が収束したか否かが判定され、収束した場合(ステップS14:YES)はステップS15に進み、収束時点におけるリスト集合である候補リストを出力する。 In the next step S14, it is determined whether the mean squared error calculated in step S13 has converged. If it has converged (step S14: YES), the process proceeds to step S15, where a candidate list, which is the set of lists at the time of convergence, is output.
一方、ステップS14で収束しなかった場合(ステップS14:NO)はステップS16へ進み、優秀なリスト集合を選択する。ここでは、現世代から適合度が高く互いに離れたいくつかの親固体を選択する。そして、続くステップS17では、遺伝子の組み換えに相当する1点交叉を実行する。 On the other hand, if convergence has not been achieved in step S14 (step S14: NO), the process proceeds to step S16, where an excellent list set is selected. Here, several parent individuals from the current generation that have high fitness and are distant from each other are selected. Then, in the following step S17, one-point crossover, which is equivalent to genetic recombination, is performed.
具体的に、ステップS17およびステップS18では、設計変数xiを終端子ノードとしかつ乗算演算子を非終端子ノードとした木構造に対して遺伝的操作を実行することで、性能因子Xjの集合を設定する。 Specifically, in steps S17 and S18, a set of performance factors Xj is set by executing a genetic operation on a tree structure having design variables xj as terminal nodes and multiplication operators as non-terminal nodes.
具体的に、ステップS17では、図6に示すように、第1のリスト集合L1と、第2のリスト集合L2との間で1点交叉を実行し、新たなリスト集合L1’,L2’を生成する。その際、図6から見て取れるように、寄与度βjを終端子ノードとせず、性能因子Xjの組み合わせの各元を組み替え対象とした1点交叉が行われる。図例では、第1のリスト集合L1における4つ目の性能因子N1(=x3 2)と、第2のリスト集合における4つ目の性能因子N1(=x2 2)と、が組み替え対象になっている。 Specifically, in step S17, as shown in Fig. 6, one-point crossover is performed between the first list set L1 and the second list set L2 to generate new list sets L1', L2'. At this time, as can be seen from Fig. 6, one-point crossover is performed with each element of the combination of the performance factor Xj as the rearrangement target, without using the contribution degree βj as the terminal node. In the illustrated example, the fourth performance factor N1 (= x32 ) in the first list set L1 and the fourth performance factor N1 (= x22 ) in the second list set are the rearrangement targets .
ここで、木構造の階層数がステップS11で設定した所定深度(最大深度)以下になるように、前記遺伝的操作が実行されるようになっている。例えば、最大深度が2に設定されかつ、前述のように、乗算演算子を非終端子ノードとした場合、性能因子Xjには、設計変数xi自身からなる1次の線形項と、設計変数xi同士を乗算してなる2次の非線形項と、が含まれることになる。その場合、後者の非線形項には、特定の設計変数xiを二乗してなる項xi 2と、異なる設計変数xi、xjを乗算してなるいわゆる交互作用項xi・xjと、が含まれることになる。 Here, the genetic operation is performed so that the number of layers of the tree structure is equal to or less than the predetermined depth (maximum depth) set in step S11. For example, if the maximum depth is set to 2 and the multiplication operator is set as a non-terminal node as described above, the performance factor Xj includes a first-order linear term consisting of the design variable xj itself and a second-order nonlinear term obtained by multiplying the design variables xj together. In this case, the latter nonlinear term includes a term xj2 obtained by squaring a specific design variable xj and a so-called interaction term xj.xj obtained by multiplying different design variables xj and xj together.
ステップS17から続くステップS18では、遺伝子情報を確率的に変化させて固体に多様性を持たせる突然変位を実行し、子世代の個体を生成する。そうして、ステップS13~ステップS18を繰り返し、最適解に収束、または所定の進化世代数に到達したところでステップS14からステップS15へ進み、計算を終了する。ここで、所定の進化世代数は、設計変数の数等に応じて決定され得るが、例えば100世代~500世代とすることができる。 In step S18, which follows step S17, a sudden mutation is performed that probabilistically changes the genetic information to give diversity to the individual, generating offspring individuals. Steps S13 to S18 are then repeated, and when convergence is reached to the optimal solution or a predetermined number of evolutionary generations is reached, the process proceeds from step S14 to step S15, and the calculation ends. Here, the predetermined number of evolutionary generations can be determined according to the number of design variables, etc., but can be, for example, 100 to 500 generations.
なお、詳細な図示は省略したが、事前絞り込みフェーズS1においてk分割交差検証法を実施してもよい。その場合、重回帰分析に際して参照されるサンプルデータ49を学習データと検証データとに分割すればよい。
Although not shown in detail, k-fold cross-validation may be performed in the pre-narrowing phase S1. In this case, the
なお、設計変数の数の増加に伴う、計算時間の増加、過学習等の問題に対しては、逐次近似最適化手法を用いてもよい。逐次近似最適化手法は、比較的小数のサンプル点と目的関数の応答値から応答曲面方により近似式を求め、それを用いた最適解探査から、その最適解といくつかのサンプル点を追加していく手法である。逐次近似最適化手法によれば、CAEによる1回の計算量を低減し、最適化計算の効率化を図ることができる。 Note that a sequential approximation optimization method may be used to address problems such as increased calculation time and over-learning that accompany an increase in the number of design variables. The sequential approximation optimization method is a method in which an approximation equation is found from a relatively small number of sample points and the response value of the objective function using a response surface, and an optimal solution is searched for using this, and the optimal solution and several sample points are added. The sequential approximation optimization method reduces the amount of calculation per CAE, making it possible to improve the efficiency of optimization calculations.
ステップS15へ進むと、制御プロセスは、図4に示すフローを終了し、図3の事前絞り込みフェーズS1から性能因子抽出フェーズS2へと進む。 When the control process proceeds to step S15, it ends the flow shown in FIG. 4 and proceeds from the pre-narrowing phase S1 in FIG. 3 to the performance factor extraction phase S2.
(性能因子抽出フェーズS2)
図7は、性能因子抽出フェーズS2の具体的手順を例示するフローチャートである。また、図8は、選択順位にしたがった性能因子Xjの取込手順を説明するための図であり、
図9は、性能因子抽出フェーズS2の具体例を示す図である。
(Performance factor extraction phase S2)
7 is a flow chart illustrating a specific procedure of the performance factor extraction phase S2. FIG. 8 is a diagram for explaining the procedure of acquiring the performance factor Xj according to the selection order.
FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the performance factor extraction phase S2.
まず、読込ステップとしてのステップS21において、記憶部としてのRAM7が、性能因子Xjの集合を読み込む。また、このステップS21では、CPU3が、各サンプルに対応した設計変数xiの値をそれぞれ性能因子Xjに代入するとともに、その代入結果と応答yとを関連付けることで、性能因子Xjの集合に対応した多数のサンプルデータDtを生成する。
First, in step S21, which is a reading step, the
続くステップS22では、RAM7が複数のサンプルデータDtを読み込むとともに、CPU3が複数のサンプルデータDtを所定の分割パターンP1~P9にしたがって学習データDsと検証データDvとに分割する。
In the next step S22, the
具体的に、このステップS22において、CPU3は、k分割交差検証を実施すべく、複数のサンプルデータDtをk個のデータブロックに分割する。そして、図9に示すように、k個に分割された各データブロックのうち、いずれか1個のデータブロックを検証データDvに設定し、残り(k-1)個のデータブロックを学習データDsに設定する。つまり、検証データDvおよび学習データDsの設定は、全部でk通り存在することになる。以下、k通りの設定を分割パターンP1~Pkと呼称する。 Specifically, in step S22, the CPU 3 divides the multiple sample data Dt into k data blocks to perform k-fold cross-validation. Then, as shown in FIG. 9, of each of the k divided data blocks, one data block is set as validation data Dv, and the remaining (k-1) data blocks are set as learning data Ds. In other words, there are a total of k different settings for validation data Dv and learning data Ds. Hereinafter, the k different settings are referred to as split patterns P1 to Pk.
CPU3は、学習データDsに基づいて、抽出ステップとしてのステップS23、順位設定ステップとしてのステップS24、定式化ステップとしてのステップS25、およびステップS26を実行する一方、残りの検証データDtに基づいて、指標算出ステップとしてのステップS27を実行する。 The CPU 3 executes step S23 as an extraction step, step S24 as a ranking setting step, step S25 as a formulation step, and step S26 based on the learning data Ds, while executing step S27 as an index calculation step based on the remaining validation data Dt.
続いて、抽出ステップとしてのステップS23において、CPU3は、性能因子Xjの集合(リスト集合)に対して複数種類の抽出方法を適用することで、該抽出方法別に、構造体の性能に寄与する性能因子Xjを抽出する。 Next, in step S23 as an extraction step, the CPU 3 applies a plurality of types of extraction methods to a set (list set) of performance factors Xj , thereby extracting performance factors Xj that contribute to the performance of the structure for each extraction method.
構造体の性能を示す応答yは、前述したように、1つ以上の性能因子Xjを組み合わせてなる線形結合によって定式化される。CPU3は、その線形結合に対して複数種類の抽出方法を個別に適用することで、各性能因子Xjを説明変数とし、前記線形結合によって表される応答yを目的変数とした重回帰分析を実行する。 As described above, the response y indicating the performance of the structure is formulated by a linear combination of one or more performance factors Xj . The CPU 3 executes a multiple regression analysis by individually applying a plurality of types of extraction methods to the linear combination, with each performance factor Xj as an explanatory variable and the response y represented by the linear combination as a response variable.
このステップS23では、複数の学習データDsを入力した際の各性能因子Xjの値を入力とし、目的変数としての応答yの値を出力とした回帰分析を実行することで、性能因子Xjに乗算されるべき計数値である寄与度βjが算出される。寄与度βjの値は、適用される抽出方法毎に変わり得る。 In step S23, a regression analysis is performed using the values of the performance factors Xj when multiple pieces of learning data Ds are input, and the value of the response y as the objective variable is output, thereby calculating the contribution degree βj , which is a coefficient to be multiplied by the performance factor Xj . The value of the contribution degree βj may vary depending on the extraction method applied.
ここで、ステップS23で適用される抽出方法には、スパース性を有する回帰分析法と、ステップワイズ回帰分析法と、が含まれる。さらに、前者の回帰分析法としては、例えば、L1正則化(Lasso)を伴うラッソ回帰、L1正則化にリッジ項を加えたElastic Net回帰、L1正則化に重みを加えた適応型ラッソ回帰を用いることができる。なお、これらの方法は、いずれも正則化パラメータλを用いるものである。正則化パラメータλの大きさは、k分割交差検証法を用いて決定することができる。この場合、ステップS23では、ステップS22で説明したサンプルデータの分割とは別に、正則化パラメータλを決定するための交差検証を行うべく、学習データDsがさらに複数のデータブロックに分割されることになる。この場合、ステップS22~ステップS28にかけて実行される交差検証に係るループとは別に、ステップS23において交差検証に係るループが分割パターンP1~Pk毎に実行されることになる。ここで、正則化パラメータλを決定するための交差検証では、逸脱度(deviance)等、罰則項が存在しない評価指標が用いられる。そのため、多数の寄与度βjがノンゼロの値となり、後述の選択確率を用いた絞り込みの際に、幅広い選択肢を残すことができる。 Here, the extraction method applied in step S23 includes a regression analysis method having sparsity and a stepwise regression analysis method. Furthermore, as the former regression analysis method, for example, a lasso regression with L1 regularization (Lasso), an elastic net regression in which a ridge term is added to the L1 regularization, and an adaptive lasso regression in which a weight is added to the L1 regularization can be used. Note that all of these methods use a regularization parameter λ. The magnitude of the regularization parameter λ can be determined using a k-fold cross-validation method. In this case, in step S23, apart from the division of the sample data described in step S22, the learning data Ds is further divided into a plurality of data blocks in order to perform cross-validation for determining the regularization parameter λ. In this case, apart from the loop related to cross-validation executed in steps S22 to S28, a loop related to cross-validation is executed for each of the division patterns P1 to Pk in step S23. Here, in the cross-validation for determining the regularization parameter λ, an evaluation index without a penalty term, such as deviance, is used. Therefore, many of the contribution degrees β j have non-zero values, and a wide range of options can be left when narrowing down the options using the selection probabilities described below.
また、ラッソ回帰等、スパース性を有する回帰分析法を用いた場合、目的変数へ大きく寄与する寄与度βjについては有意の値(ノンゼロの値)が得られる一方、相対的に寄与しない寄与度βjについてはゼロの値が得られることになる。これにより、事前絞り込みフェーズS1において絞り込まれた性能因子Xjの集合に対し、寄与度βjの大きさに基づいたさらなる絞り込み(抽出)を施すことが可能となる。 Furthermore, when a regression analysis method having sparsity, such as Lasso regression, is used, a significant value (non-zero value) is obtained for the contribution degree βj that contributes greatly to the objective variable, while a value of zero is obtained for the contribution degree βj that does not contribute relatively. This makes it possible to further narrow down (extract ) the set of performance factors Xj narrowed down in the pre-narrowing phase S1 based on the magnitude of the contribution degree βj .
また、ステップS23においてステップワイズ回帰分析法を適用する場合、下式で表される情報量基準のAIC、BIC等を用いることで、性能因子Xjの集合のうち、構造体の性能に寄与する性能因子Xjが抽出されることになる。 In addition, when the stepwise regression analysis method is applied in step S23, the performance factors Xj that contribute to the performance of the structure are extracted from the set of performance factors Xj by using the information criteria AIC, BIC, etc. expressed by the following formula.
ここで、nはサンプル数、σ2にハット記号を付した変数は推定量に基づく平均2乗誤差(MSE)、dfにハット記号を付した変数は推定モデルの自由度である。AIC、BICは、モデルの評価指標として用いられる。この評価指標は、その値が小さいほどモデル精度が良いことを示す。これを利用し、ステップワイズ法では、性能因子Xjの集合の各元を1つずつ前記線形結合に加え、または、線形結合から取り除くとともに、その時に得られるAICまたはBICは判定することで、事前絞り込みフェーズS1において絞り込まれた性能変数Xjの集合に対し、さらなる絞り込み(抽出)を施すことが可能となる。また、ステップワイズ法において性能因子を取捨選択するための方法としては、増加法、減少法、増減法が考えられるが、そのうちのいずれの方法を用いてもよい。後述の具体例では、増加法が用いられるように構成されている。 Here, n is the number of samples, the variable with a hat symbol attached to σ 2 is the mean square error (MSE) based on the estimator, and the variable with a hat symbol attached to df is the degree of freedom of the estimated model. AIC and BIC are used as evaluation indexes of the model. The smaller the value of this evaluation index, the better the model accuracy. Using this, in the stepwise method, each element of the set of performance factors X j is added to the linear combination one by one, or removed from the linear combination, and the AIC or BIC obtained at that time is determined, making it possible to further narrow down (extract) the set of performance variables X j narrowed down in the pre-narrowing phase S1. In addition, the method for selecting and discarding performance factors in the stepwise method can be an increase method, a decrease method, or an increase/decrease method, and any of these methods may be used. In the specific example described below, the increase method is configured to be used.
続いて、順位設定ステップとしてのステップS24では、抽出方法別に得られた性能因子Xjの抽出結果に基づいて、CPU3が性能因子Xjの選択順位を設定する。詳しくは、CPU3は、抽出方法別に得られた性能因子Xjの抽出結果に基づいて、性能因子Xj毎に抽出頻度を判定し、その抽出頻度の高低に基づいて選択順位を設定する。 Next, in step S24 as a ranking setting step, the CPU 3 sets the selection ranking of the performance factors Xj based on the extraction results of the performance factors Xj obtained by the extraction method. In detail, the CPU 3 judges the extraction frequency for each performance factor Xj based on the extraction results of the performance factors Xj obtained by the extraction method, and sets the selection ranking based on the high or low of the extraction frequency.
例えば、図8の上表に例示するように、3種類の方法A~Cのいずれにおいても性能因子X1=x1が抽出された場合(≠0だった場合)、その性能因子の抽出頻度は高いものと判定することができる。一方、3列の性能因子X3=x3のように、いずれの方法A~Cにおいても抽出されなかった場合(0だった場合)、その性能因子の抽出頻度は低いものと判定することができる。図8に示す例では、CPU3は、1列目の性能因子X1=x1については、抽出された確率(選択)=100%で選択順位を1番目に設定し、4列目の性能因子X4=x4については、選択確率=66%で選択順位を2番目に設定し、2列目の性能因子X2=x2については、選択確率=33%で選択順位を3番目に設定し、3列目の性能因子X3=x2については、選択確率=0%で選択順位を4番目に設定することになる。そうして設定された選択順位は、RAM7に一時的に記憶してもよいし、HDD9に継続的に記憶してもよい。
For example, as illustrated in the upper table of FIG. 8, if the performance factor X 1 =x 1 is extracted (≠0) in all of the three methods A to C, the extraction frequency of the performance factor can be determined to be high. On the other hand, if the performance factor X 3 =x 3 in the third column is not extracted (0) in any of the methods A to C, the extraction frequency of the performance factor can be determined to be low. In the example illustrated in FIG. 8, the CPU 3 sets the selection order of the performance factor X 1 =x 1 in the first column to the first with an extraction probability (selection) of 100%, the selection order of the performance factor X 4 =x 4 in the fourth column to the second with a selection probability of 66%, the selection order of the performance factor X 2 =x 2 in the second column to the third with a selection probability of 33%, and the selection order of the performance factor X 3 =x 2 in the third column to the fourth with a selection probability of 0%. The selection order thus set may be temporarily stored in the
なお、頻出頻度の判定は、ステップS23で算出された、性能因子Xjそれぞれの係数(寄与度βj)に基づいて行うことができる。前述のように、重回帰分析においてスパース性を有する回帰分析、ステップワイズ回帰分析を用いた場合、寄与度の低い係数はゼロになる。そのため、寄与度βjがゼロの場合は性能因子Xjが抽出されなかったものとみなし、寄与度βjがノンゼロの場合は性能因子Xjが抽出されたものとみなすことができる。 The frequency of occurrence can be determined based on the coefficients (contribution degrees β j ) of the performance factors X j calculated in step S23. As described above, when a regression analysis with sparsity or a stepwise regression analysis is used in the multiple regression analysis, coefficients with low contribution degrees become zero. Therefore, when the contribution degree β j is zero, it can be considered that the performance factor X j has not been extracted, and when the contribution degree β j is nonzero, it can be considered that the performance factor X j has been extracted.
ここで、重回帰分析に際してより一般的な手法を用いた場合、寄与度の低い係数は、必ずしもゼロになるとは限らない。その場合、寄与度βjの値が所定の閾値を超えた場合には性能因子Xjが抽出されたと判定し、その閾値以下の場合には性能因子Xjが抽出されなかったと判定することができる。その場合に参照される閾値としては、例えば事前に設定したものを用いることができる。この閾値は、寄与度βj別に用意してもよいし、性能因子Xjに標準化を施す場合は寄与度βj間で共通の値としてもよい。 Here, when a more general method is used for multiple regression analysis, a coefficient with a low contribution degree does not necessarily become zero. In that case, if the value of the contribution degree β j exceeds a predetermined threshold, it can be determined that the performance factor X j has been extracted, and if the value is equal to or less than the threshold, it can be determined that the performance factor X j has not been extracted. The threshold value to be referred to in that case can be, for example, a value set in advance. This threshold value may be prepared for each contribution degree β j , or may be a common value between the contribution degrees β j when standardization is performed on the performance factor X j .
続いて、定式化ステップとしてのステップS25では、CPU3は、性能因子Xjの集合の中から、ステップS24で算出された選択順位にしたがって性能因子Xjを選択する。CPU3はまた、そうして選択された性能因子Xjを組み合わせることで構造体の性能を定式化する。 Next, in step S25 as a formulation step, the CPU 3 selects a performance factor Xj from the set of performance factors Xj in accordance with the selection order calculated in step S24. The CPU 3 also formulates the performance of the structure by combining the performance factors Xj thus selected.
具体的に、このステップS25では、選択順位の高いものから順番に性能因子Xjを線形結合することで、目的変数としての応答yを定式化する。図8に示す例では、選択順位が1番目である性能因子X1=x1が最初に取り込まれることになる。この場合、応答yは、切片β0と、線形項β1・x1とを結合してなるx1の1変数関数となる(1ループ目)。 Specifically, in step S25, the response y is formulated as a response variable by linearly combining the performance factors Xj in descending order of selection rank. In the example shown in Fig. 8, the performance factor X1 = x1 , which has the first selection rank, is incorporated first. In this case, the response y is a one-variable function of x1 that combines the intercept β0 and the linear term β1 x1 (first loop).
そして、ステップS25から続くステップS26において、CPU3は、ステップS25で定式化された目的変数に対して重回帰分析を実行する。図8における前記1ループ目では、x1を用いて定式化された1変数関数に対し、学習データDsを用いた重回帰分析を実行する。図8に示す例では、前記x1の1変数関数に対して重回帰分析が実行され、切片β0と、x1の係数β1と、が算出される。これにより、1ループ目における応答yの定式化が完了する。 Then, in step S26 following step S25, the CPU 3 executes a multiple regression analysis on the objective variable formulated in step S25. In the first loop in Fig. 8, a multiple regression analysis using the learning data Ds is executed on the one-variable function formulated using x1 . In the example shown in Fig. 8, a multiple regression analysis is executed on the one-variable function of x1 , and an intercept β0 and a coefficient β1 of x1 are calculated. This completes the formulation of the response y in the first loop.
続いて、指標算出ステップとしてのステップS27において、CPU3は、ステップS25において実行された定式化の精度(詳しくは、定式化によって得られたモデルの制度)を特徴付ける評価指標CVl(l=1,2,…,l)を算出する。CPU3は、そうして算出された評価指標CVlに基づいて、性能因子Xjの取込を継続するか否かを判定する。この判定は、例えば、ステップS26で定式化された応答yに対してステップS22で設定された検証データDvを入力し、その出力に基づいて所定の評価指標CVlを算出することで行うことができる。 Next, in step S27 as an index calculation step, the CPU 3 calculates an evaluation index CV l (l=1, 2, ..., l) that characterizes the accuracy of the formulation executed in step S25 (more specifically, the accuracy of the model obtained by the formulation). The CPU 3 determines whether or not to continue the import of the performance factor X j based on the evaluation index CV l thus calculated. This determination can be made, for example, by inputting the verification data Dv set in step S22 for the response y formulated in step S26 and calculating a predetermined evaluation index CV l based on the output.
具体的に、本実施形態では、評価指標CVlとして、前述のAIC、BICに加え、下式に示すように緩和されたCp基準Cpmitを用いることもできる。 Specifically, in this embodiment, in addition to the above-mentioned AIC and BIC, a relaxed Cp criterion Cp mit as shown in the following formula can also be used as the evaluation index CV 1 .
この他、本実施形態では、評価指標CVlとして、自由度調整済み決定係数R2と、誤差二乗平均平方根RMSEと、を用いることができる。 In addition, in this embodiment, the coefficient of determination with adjusted degrees of freedom R2 and the root mean square error RMSE can be used as the evaluation index CV1 .
上式において、下付の“2”が付されたノルムはL2ノルムを示す。 In the above equation, the norm with the subscript "2" indicates the L2 norm.
例えば評価指標CVlとしてAICを用いた場合、ステップS27では、算出されたAICと所定の閾値を比較し、AICが閾値を下まわる場合はステップS28に進む一方、AICが閾値以上の場合はステップS25に戻る。 For example, when AIC is used as the evaluation index CV1 , in step S27, the calculated AIC is compared with a predetermined threshold value, and if the AIC is below the threshold value, the process proceeds to step S28, whereas if the AIC is equal to or greater than the threshold value, the process returns to step S25.
ここで、複数の評価指標CVlのうちのいずれか1つを事前に選択するように構成してもよいし、複数の評価指標をパラレルに算出し、その多数決でステップS28に進むか否かを判定するように構成してもよい。 Here, the configuration may be such that any one of the multiple evaluation indexes CV1 is selected in advance, or the configuration may be such that multiple evaluation indexes are calculated in parallel, and whether or not to proceed to step S28 is determined by a majority vote.
次いで、ステップ27からステップS25に戻った場合、CPU3は、前回選択された性能因子Xjよりも順位の低い性能因子Xjを選択し、それを応答yに線形結合することで、応答yを更新する。図8に示す例では、選択順位が2番目である性能因子X4=x4が2番目に取り込まれることになる。この場合、応答yは、切片β0と、線形項β1・x1と、線形項β4・x4と、を結合してなる2変数関数となる(2ループ目)。その後、CPU3は、制御プロセスをステップS26へ進め、寄与度βjの値を更新する。図8に示す例では、前記x1およびx4の2変数関数に対して重回帰分析が実行され、切片β0と、x1の係数β1と、x4の係数β4と、が算出される。これにより、2ループ目における応答yの定式化が完了する。その後、CPU3は、制御プロセスS27へ進め、評価指標CVlに基づいた判定を実行する。 Next, when returning from step S27 to step S25, the CPU 3 selects a performance factor Xj that is lower in rank than the previously selected performance factor Xj , and linearly combines it with the response y to update the response y. In the example shown in FIG. 8, the performance factor X4 = x4 , which is second in the selection rank, is incorporated second. In this case, the response y becomes a two-variable function that combines the intercept β0 , the linear term β1 · x1 , and the linear term β4 · x4 (second loop). After that, the CPU 3 advances the control process to step S26, and updates the value of the contribution βj . In the example shown in FIG. 8, a multiple regression analysis is performed on the two-variable function of the x1 and x4 , and the intercept β0 , the coefficient β1 of x1 , and the coefficient β4 of x4 are calculated. This completes the formulation of the response y in the second loop. After that, the CPU 3 advances to the control process S27, and executes a judgment based on the evaluation index CV1 .
CPU3は、ステップS25~S27を繰り返すことで、性能因子Xjを順番に取り込んで目的変数を更新する。そうして更新された目的変数において前記評価指標CVlに係る判定が満足された場合(例えば、AICが閾値未満となった場合)、CPU3は、現在の分割パターンPl(l=1,2,…,k)における応答yの定式化を完了し、制御プロセスをステップS27からステップS28に進める。その際、CPU3は、定式化された応答yの関数形と、その際に参照された評価指数CVlの値と、をRAM7に一時的に記憶させたり、HDD9に継続的に記憶させたりする。
The CPU 3 repeats steps S25 to S27 to sequentially incorporate the performance factors Xj and update the objective variables. When the judgment related to the evaluation index CVl is satisfied for the updated objective variables (for example, when the AIC is less than the threshold), the CPU 3 completes the formulation of the response y in the current division pattern Pl (l=1, 2, ..., k) and advances the control process from step S27 to step S28. At that time, the CPU 3 temporarily stores in the
ステップS28において、CPU3は、交差検証の終了条件を満足したか否かを判定する。具体的に、このステップにおいて、CPU3は、k通りの全ての分割パターンPlにおいて応答yが定式化された否かを判定する。この判定がYESの場合はステップS29に進む一方、NOの場合は分割パターンPlを変更した上でステップS22に戻る。 In step S28, the CPU 3 judges whether the end condition of the cross-validation is satisfied. Specifically, in this step, the CPU 3 judges whether the response y is formulated in all k division patterns P1 . If the judgment is YES, the process proceeds to step S29, whereas if the judgment is NO, the division pattern P1 is changed and the process returns to step S22.
このように、本実施形態では、CPU3は、分割パターンPlをk回にわたって変更しつつ、変更された分割パターンP毎にステップS23~ステップS28を繰り返し実行した後に、制御プロセスをステップS29に進める。 In this manner, in this embodiment, the CPU 3 changes the division pattern P1 k times, repeatedly executing steps S23 to S28 for each changed division pattern P, and then advances the control process to step S29.
続いて、ステップS29では、CPU3は、各分割パターンにおいて算出された評価指標CVlに基づいて、ステップS25で行われた定式化の精度を検証する。詳しくは、このステップS29において、CPU3は、分割パターンPl毎に算出された評価指標CVlに基づいて、分割パターンPl毎に定式化されたk通りの応答yのうちのいずれか1つを選択する。さらに詳しくは、CPU3は、k個の評価指標CVlを互いに比較して、最も小さい評価指標CVlに対応した分割パターンPl、ひいては、寄与度βj、性能因子Xjおよび応答yを選択する。CPU3は、選択された分割パターンPlに対応した寄与度βj等を最終結果として出力する。 Next, in step S29, the CPU 3 verifies the accuracy of the formulation performed in step S25 based on the evaluation index CV l calculated for each division pattern. In detail, in this step S29, the CPU 3 selects one of the k responses y formulated for each division pattern P l based on the evaluation index CV l calculated for each division pattern P l . More specifically, the CPU 3 compares the k evaluation indexes CV l with each other and selects the division pattern P l corresponding to the smallest evaluation index CV l , and further the contribution degree β j , performance factor X j, and response y. The CPU 3 outputs the contribution degree β j, etc. corresponding to the selected division pattern P l as the final result.
ステップS29を完了すると、制御プロセスは、図7に示すフローを終了し、図3の性能因子抽出フェーズS2から設計知見抽出フェーズS3へと進む。 Upon completing step S29, the control process ends the flow shown in FIG. 7 and proceeds from performance factor extraction phase S2 in FIG. 3 to design knowledge extraction phase S3.
(設計知見抽出フェーズS3)
図12は、モデル再構築ステップについて説明するための図である。
(Design knowledge extraction phase S3)
FIG. 12 is a diagram for explaining the model reconstruction step.
設計知見抽出フェーズS3において、CPU3はモデル再構築ステップを実行する、具体的に、このモデル再構築ステップでは、性能因子Xjを構成する設計変数xiのうち、線形項として応答yに表れない設計変数xiからなる非線形項を、CPU3が応答yから排除する。 In the design knowledge extraction phase S3, the CPU 3 executes a model reconstruction step. Specifically, in this model reconstruction step, the CPU 3 removes from the response y a nonlinear term consisting of the design variable x i that does not appear in the response y as a linear term, among the design variables x i that constitute the performance factor X j .
例えば、図12中の上側に示すように、前記性能因子抽出フェーズS2によって、5つの性能因子x1、x3、x5、x1・x3およびx2・x4が抽出され、1つの切片β0と、各性能因子に乗算されるべき寄与度β1~β5と、が得られたものとする。この場合、5つの性能因子のうちの最初の3つは線形項、つまり主効果に相当し、残りの2つは非線形項、特に交互作用項に相当する。ここでx1~x5は、いずれも標準化されているものとする。 For example, as shown in the upper part of Fig. 12, five performance factors x1 , x3 , x5 , x1 · x3 , and x2 · x4 are extracted by the performance factor extraction phase S2, and one intercept β0 and contributions β1 to β5 to be multiplied by each performance factor are obtained. In this case, the first three of the five performance factors correspond to linear terms, i.e., main effects, and the remaining two correspond to nonlinear terms, particularly interaction terms. Here, x1 to x5 are all standardized.
この場合、設計変数x1~x4について着目すると、5つの性能因子Xjのうち、x1およびx3については主効果と交互作用項の両方で応答yに表れる一方、x1およびx4については主効果としては応答yに表れず、交互作用項(f1=x2・x4)としてのみ応答yに表れるようになっている。 In this case, focusing on the design variables x1 to x4 , among the five performance factors Xj , x1 and x3 appear in the response y as both main effects and interaction terms, whereas x1 and x4 do not appear in the response y as main effects, but only as interaction terms (f1 = x2 x4 ).
ここで、x1とx3のみを変化させてx2、x4、x5を固定した場合を考える。この場合、設計変数x1のように主効果と交互作用項の両方に表れる場合、応答yの大きさは、主効果の影響によって全体的には直線状に変化するものの、図12中の左図に示すように、x3の大きさに応じて、その傾きが増減するものと考えられる。これは、x1とx3との間に作用する交互作用の影響であると解釈することができる。この場合、交互作用項が存在する場合は主効果が定まらず、交互作用をなす他方の設計変数x3の値により、その主効果の傾きが変化することがわかる。 Here, consider the case where only x1 and x3 are changed and x2 , x4 , and x5 are fixed. In this case, when a design variable such as x1 appears in both the main effect and the interaction term, the magnitude of the response y changes linearly overall due to the influence of the main effect, but as shown in the left diagram in Figure 12, the slope is considered to increase or decrease depending on the magnitude of x3 . This can be interpreted as the influence of the interaction acting between x1 and x3 . In this case, when an interaction term exists, the main effect is not determined, and it can be seen that the slope of the main effect changes depending on the value of the other design variable x3 that forms the interaction.
一方、x2とx4のみを変化させてx1、x3、x5を固定した場合を考えると、設計変数x4のように主効果が存在せず、交互作用項f1のみが存在する場合、応答yの大きさは、交互作用項f1に表れる設計変数x2の値に完全に依存することになる。 On the other hand, if we consider the case where only x2 and x4 are changed and x1 , x3 , and x5 are fixed, when there is no main effect such as design variable x4 and only interaction term f1 exists, the magnitude of response y will completely depend on the value of design variable x2 that appears in interaction term f1.
例えば、構造体を車体とみなし、設計変数を車体構成部品の板厚とみなした場合に、前述のような傾向について工学的に解釈すると、設計変数x1のように主効果と交互作用項の両方に表れる場合、設計変数x1に対応した部品の板厚が応答yによって表される性能に影響を与えながらも、設計変数x3に対応する他の部品との板厚のバランスにより、性能に与える影響度が変化するものと解釈することができる。 For example, when the structure is regarded as a car body and the design variables are regarded as the plate thicknesses of the car body components, the above-mentioned tendency can be interpreted in engineering terms as follows: when it appears in both the main effect and the interaction term, such as design variable x1 , the plate thickness of the part corresponding to design variable x1 affects the performance represented by response y, but the degree of influence on the performance changes depending on the balance of the plate thickness with another part corresponding to design variable x3 .
一方、設計変数x4のように交互作用項のみが表れる場合、設計変数x1に対応した部品の板厚自体は性能に影響を与えず、設計変数x2に対応する他の部品の板厚にのみ依存して性能に影響を与えると解釈することができる。 On the other hand, when only an interaction term appears, such as in the case of design variable x4 , it can be interpreted that the plate thickness of the part corresponding to design variable x1 does not affect the performance, but affects the performance only depending on the plate thickness of another part corresponding to design variable x2 .
しかし、車体構造を考えた際に、他の部品との依存関係によってのみ性能に影響を与えるような構造は考えがたく、仮にそうした構造が存在していたとしても、全体的な影響度は、主効果を伴うものに比較して、相対的に低いと考えられる。 However, when considering vehicle body structure, it is difficult to imagine a structure that affects performance solely through its dependency on other parts, and even if such a structure did exist, its overall impact would likely be relatively low compared to those with a main effect.
そこで、モデル再構築ステップでは、図12に示す交互作用項f1のように、対応する主効果が存在しない性能因子は削除して、前記定式化によって得られたモデルを再構築する。ここで、詳細な図示は省略するが、このモデル再構築ステップにおいて、CPU3は、重回帰分析を再度実行し、各性能因子に乗算されるべき寄与度を更新する。なお、重回帰分析を行うタイミングは、図3に示すように、性能因子抽出フェーズS2を一旦完了した後のタイミングでもよいし、性能因子抽出フェーズS2中のタイミングでもよい。 Therefore, in the model reconstruction step, performance factors with no corresponding main effects, such as the interaction term f1 shown in FIG. 12, are deleted, and the model obtained by the above formulation is reconstructed. Although detailed illustration is omitted here, in this model reconstruction step, the CPU 3 executes the multiple regression analysis again, and updates the contribution rate by which each performance factor should be multiplied. Note that the timing for performing the multiple regression analysis may be after the performance factor extraction phase S2 has been completed once, as shown in FIG. 3, or may be during the performance factor extraction phase S2.
後者の場合、ステップS25で例示されるような選択確率に基づいた性能因子Xjの抽出に際し、一旦、主効果として表れる設計因子Xjを優先的に抽出した後に、その設計因子Xj(主効果として表れる設計因子Xj)を構成する設計変数xiを含んだ非線形項を取り込むように構成してもよい。 In the latter case, when extracting the performance factor Xj based on the selection probability as exemplified in step S25, it may be configured so that after first preferentially extracting the design factor Xj appearing as the main effect, a nonlinear term including the design variable xj constituting the design factor Xj (the design factor Xj appearing as the main effect) is incorporated.
-事前絞り込みフェーズS1および性能因子抽出フェーズS2の具体例-
図9は、性能因子抽出フェーズS2の具体例を示す図である。図10は、衝突性能値に対する交互作用項の影響を示す図である。本願発明者らは、事前絞り込みフェーズS1および性能因子抽出フェーズS2の妥当性を数値計算によって検証した。妥当性の検証に際しては、人工的に生成した非線形関数の真の係数値(寄与度)と、前記2つのフェーズにより算出された寄与度βjとの差異を比較する。人工的に作成した真の関数は、計20個の性能因子Xj(j=1,2,…,20)によって構成されており、線形項(主効果)を15個と、非線形項としての交互作用項を4個と、同じく非線形項としての1個と、によって構成され、その非線形関数を用いて50個のサンプルを生成する。また、サンプルデータの目的変数値にはノイズを与え、出力に影響を与えないダミーの性能因子(ダミー因子)を4つ加えた。生成したサンプルデータに前記事前絞り込みフェーズS1および性能因子抽出フェーズS2を適用した結果が、図10の右から1列目に相当する。図10の右から2列目は、従来手法の適用結果であり、右から3列目は、真の計数値に相当する。
--Specific examples of pre-narrowing phase S1 and performance factor extraction phase S2--
FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the performance factor extraction phase S2. FIG. 10 is a diagram showing the influence of the interaction term on the crash performance value. The inventors of the present application verified the validity of the pre-narrowing phase S1 and the performance factor extraction phase S2 by numerical calculation. When verifying the validity, the difference between the true coefficient value (contribution degree) of the artificially generated nonlinear function and the contribution degree β j calculated by the two phases is compared. The artificially created true function is composed of a total of 20 performance factors X j (j = 1, 2, ..., 20), and is composed of 15 linear terms (main effects), 4 interaction terms as nonlinear terms, and 1 as a nonlinear term, and 50 samples are generated using the nonlinear function. In addition, noise is given to the objective variable value of the sample data, and 4 dummy performance factors (dummy factors) that do not affect the output are added. The result of applying the pre-narrowing phase S1 and the performance factor extraction phase S2 to the generated sample data corresponds to the first column from the right in FIG. 10. The second column from the right in FIG. 10 shows the results of applying the conventional method, and the third column from the right corresponds to the true count values.
また、左から1列目において、“X_i(i=1,2,…,20)”は、設計変数xiに相当する。また、各マスには、係数値(寄与度βj)の値をグラフ化して示している。図10に示すように、本願発明に係る手法を適用した場合に得られる寄与度βjの値は、従来手法と比較して、真の計数値に近いものとなっている。また、交互作用効果を奏する非線形項についても、X_8*X_8を除いて近い値が得られることが分かる。X_8*X_8については、線形項X_8の寄与度βjが大きめに算出されることで補償されているものと考えられる。 In addition, in the first column from the left, "X_i (i = 1, 2, ..., 20)" corresponds to the design variable x i . In addition, the coefficient value (contribution degree β j ) is shown in a graph in each cell. As shown in FIG. 10, the value of the contribution degree β j obtained when the method according to the present invention is applied is closer to the true count value than the conventional method. It can also be seen that the nonlinear terms that exert an interaction effect also have close values, except for X_8 * X_8. It is considered that X_8 * X_8 is compensated by calculating the contribution degree β j of the linear term X_8 to be larger.
特に従来手法では、決定係数R2の値こそ約96%を示しているが、本願発明に係る手法とは異なり、非線形項の係数値はいずれもゼロとされている。従来手法では、交互作用項を応答yに取り込むことができない。 In particular, in the conventional method, although the value of the coefficient of determination R2 is approximately 96%, unlike the method according to the present invention, the coefficient values of the nonlinear terms are all set to zero. In the conventional method, it is not possible to incorporate the interaction term into the response y.
前述したように、交互作用項は、部品同士の依存関係を示しているものと考えられる。例えば、応答yとして車体の衝突性能値(特に前突フルラップ時における衝突性能値)を考える一方、設計変数xiとして、車体構成部品の板厚を考えたケースにおいて、図11に示すように、部品Aの板厚のみをアップさせた場合と、部品Bの板厚のみをアップさせた場合と、部品AおよびBの板厚を両方ともアップさせた場合を考える。 As described above, the interaction term is considered to indicate the dependency between parts. For example, in the case where the response y is the crash performance value of the vehicle body (particularly the crash performance value in a full-overlap frontal collision) and the plate thickness of the vehicle body component is considered as the design variable x i , consider the cases where only the plate thickness of part A is increased, only the plate thickness of part B is increased, and both the plate thicknesses of parts A and B are increased, as shown in FIG.
ここで、図11のグラフV1に示すように、部品Aの板厚のみをアップさせた場合は衝突性能値が悪化し、部品Bの板厚のみをアップさせた場合は衝突性能値が向上したものとする。ここで、部品AおよびBの板厚を両方ともアップさせたときに、仮に、部品Aに対応する設計変数と、部品Bに対応する設計変数との間に交互作用項が存在しない場合、衝突性能値は、部品Aの板厚のみをアップさせた場合と、部品Bの板厚のみをアップさせた場合との変化量の和となる(図11のグラフV3を参照)。 As shown in graph V1 in FIG. 11, if only the plate thickness of part A is increased, the collision performance value deteriorates, and if only the plate thickness of part B is increased, the collision performance value improves. When the plate thicknesses of both parts A and B are increased, if there is no interaction term between the design variable corresponding to part A and the design variable corresponding to part B, the collision performance value will be the sum of the amount of change when only the plate thickness of part A is increased and when only the plate thickness of part B is increased (see graph V3 in FIG. 11).
一方、部品AおよびBの板厚を両方ともアップさせたときに、仮に、部品Aに対応する設計変数と、部品Bに対応する設計変数との間に交互作用項が存在する場合、図11のグラフV4に示すように、衝突性能値は、部品Aの板厚のみをアップさせた場合と、部品Bの板厚のみをアップさせた場合との変化量の和から相異することになる。そうした相異が生じるということは、交互作用項が存在していることを意味していることに他ならない。図11に示す例では、部品Aと部品Bは、例えばBピラーと、サイドシルまたはルーフレールとのように、相互に荷重伝達し得る部品であることを示唆している。また、そのときの荷重伝達の大きさ、言い換えると部品同士の結合強さは、交互作用項の係数の大きさによって特徴付けることができる。交互作用項の係数の大きさ次第で、部品間の板厚のバランスが衝突性能値に与える影響が変動する。このことは、板厚のバランスによって、柄ネルギーの伝達経路が大きく変動し得ることを示している。 On the other hand, if an interaction term exists between the design variables corresponding to parts A and B when the plate thicknesses of both parts A and B are increased, the collision performance value will differ from the sum of the changes in the case where only the plate thickness of part A is increased and the case where only the plate thickness of part B is increased, as shown in graph V4 in FIG. 11. The occurrence of such a difference means that an interaction term exists. In the example shown in FIG. 11, parts A and B are parts that can transmit loads to each other, such as a B-pillar and a side sill or roof rail. The magnitude of the load transmission at that time, in other words, the strength of the connection between the parts, can be characterized by the magnitude of the coefficient of the interaction term. The effect of the balance of plate thickness between parts on the collision performance value varies depending on the magnitude of the coefficient of the interaction term. This shows that the balance of plate thickness can greatly vary the transmission path of energy.
<構造体の性能の定式化について>
図8を用いて説明したように、本実施形態に係る設計支援方法は、性能因子Xjの集合に対して複数種類の抽出方法を適用することで、性能因子Xjの選択順位を設定する。この選択順位は、性能因子Xjの重要度を示しているものと云える。選択順位の設定に際し、特定の抽出方法のみ用いるのではなく、複数の抽出方法を用いることで、選択順位をより適切に設定することができる。そして、選択順位が相対的に高い性能因子Xjについては、構造体の性能を記述するモデル式yに積極的に取り込む一方、選択順位が相対的に低い性能因子Xjについては、モデル式yには消極的に取り込むようにすることで、定式化の際に用いられる項の数を抑制しつつも、構造体の性能を忠実に記述することができる。これにより、構造体の性能をシンプルかつ高速で定式化することができるようになる。
<Formulation of structural performance>
As described with reference to FIG. 8, the design support method according to this embodiment applies a plurality of types of extraction methods to a set of performance factors Xj , thereby setting the selection order of the performance factors Xj . This selection order can be said to indicate the importance of the performance factors Xj . When setting the selection order, by using a plurality of extraction methods, rather than using only a specific extraction method, the selection order can be set more appropriately. Then, the performance factors Xj with a relatively high selection order are actively incorporated into the model formula y describing the performance of the structure, while the performance factors Xj with a relatively low selection order are passively incorporated into the model formula y, thereby making it possible to faithfully describe the performance of the structure while suppressing the number of terms used in formulation. This makes it possible to formulate the performance of the structure simply and quickly.
また、図5に例示したように、性能因子Xjには、設計変数xi同士を乗算してなる非線形項、特に交互作用項xi・xkが含まれるまれる。これにより、部品同士の結合に関係した交互作用をモデルに含めることができる。このことは、構造体の衝突性能等、動的な現象のモデル化に際して有効である。 As shown in Fig. 5, the performance factor Xj includes a nonlinear term, particularly an interaction term xj xk , which is obtained by multiplying the design variables xi together. This allows the model to include interactions related to the connections between parts. This is effective when modeling dynamic phenomena such as the crash performance of a structure.
また、図4に例示したように、本実施形態に係る設計支援方法は、記第3の態様によれば、選択順位に基づいた性能因子Xjの選択に先だって、木構造T1を用いた性能因子Xjの絞り込みを実行する。ここで、図6に例示したように、終端子ノードから設計変数xiの係数を排除することで、より高速で絞り込むことができる。その際に、木構造T1の階層数を事前に設定しておくことで、支援対象とする構造体に適した絞り込みを行うことができる。これにより、より効率的な定式化を行うことができるようになる。 As shown in Fig. 4, the design support method according to the third aspect of the present embodiment narrows down the performance factors Xj using the tree structure T1 before selecting the performance factors Xj based on the selection order. Here, as shown in Fig. 6, the narrowing down can be performed more quickly by excluding the coefficient of the design variable xj from the terminal node. At that time, by setting the number of layers of the tree structure T1 in advance, the narrowing down can be performed in a manner suitable for the structure to be supported. This allows more efficient formulation.
また、図12を用いて説明したように、非線形項を構成する設計変数xiのうち、1次の線形項としてモデル式に表れず、交互作用項としてのみモデルに表れる設計変数xiについては、モデル式から排除する。この工程を行うことで、考慮すべき性能因子Xjの数を減らすことができるため、計算量を減少させることができる。 12, among the design variables x i constituting the nonlinear terms, those that do not appear in the model formula as first-order linear terms but appear in the model only as interaction terms are excluded from the model formula. By carrying out this process, the number of performance factors X j to be considered can be reduced, and therefore the amount of calculation can be reduced.
また、図8を用いて説明したように、抽出頻度の高い性能因子Xj、例えば全ての抽出方法において抽出されるような性能因子については、選択順位を高順位に設定する一方、抽出頻度の低い性能因子、例えばいずれか1つの抽出方法でしか抽出されないような性能因子については、選択順位を低順位に設定する。このように設定することで、選択順位をより適切に設定し、ひいては構造体の性能をより忠実に定式化することができるようになる。 8, the selection order is set high for a frequently extracted performance factor X j , for example, a performance factor extracted by all extraction methods, while the selection order is set low for a less frequently extracted performance factor, for example, a performance factor extracted by only one of the extraction methods. By setting in this way, the selection order can be set more appropriately, and the performance of the structure can be formulated more faithfully.
その際、各性能因子Xjに乗算される係数βjの高低に基づいて抽出頻度を判定することで、抽出頻度を明確に判定することができ、ひいては、構造体の性能をシンプルかつ高速で定式化する上で有利になる。その際、スパース性を有する回帰分析、ステップワイズ回帰分析を用いることで、係数βjの高低をさらに明確に判定することができるようになる。 In this case, by determining the extraction frequency based on the magnitude of the coefficient βj multiplied by each performance factor Xj , the extraction frequency can be determined clearly, which is advantageous in formulating the performance of the structure simply and quickly. In this case, by using a regression analysis and a stepwise regression analysis having sparsity, the magnitude of the coefficient βj can be determined even more clearly.
また、図9を用いて説明したように、k分割交差検証を用いて定式化を行うことで、よりロバストな定式化を行うことができるようになる。このことは、構造体の性能のシンプルかつ高速な定式化と、モデル式のロバスト性と、を両立する上で有効である。 As explained with reference to Figure 9, a more robust formulation can be achieved by using k-fold cross-validation for formulation. This is effective in achieving both a simple and fast formulation of the structure's performance and robustness of the model formula.
《他の実施形態》
また、前記実施形態では、コンピュータ1の一例として、1つのCPU3を有するものを例示したが、本開示は、その例に限定されない。コンピュータ1には、パーソナルコンピュータに加え、スーパーコンピュータ、PCクラスタ等の並列計算機も含まれる。例えば、図3の事前絞り込みフェーズS1、性能因子抽出フェーズS2等、計算時間を要する工程のみを並列計算機に実行させ、設計知見抽出フェーズS3等、残りの工程をパーソナルコンピュータに実行させてもよい。
Other Embodiments
In the above embodiment, a computer having one CPU 3 is exemplified as an example of the
すなわち、本開示における「演算部」は、特定の計算機における演算部と、その他の計算機における演算部と、を組み合わせて構成してもよい。その場合、「コンピュータ1」の後は、複数のコンピュータからなる計算システムを意味することになる。記憶部についても同様である。
In other words, the "computing unit" in this disclosure may be configured by combining a computing unit in a specific computer with a computing unit in another computer. In that case, "
以上説明したように、本開示は、自動車の車体のように、複数の部品からなる構造体の設計を支援する上で有用であり、産業上の利用可能性がある。 As explained above, the present disclosure is useful in supporting the design of structures consisting of multiple parts, such as the body of an automobile, and has industrial applicability.
1 コンピュータ
3 CPU(演算部)
7 RAM(記憶部)
Ds 学習データ
Dv 検証データ
Pl 分割パターン
S1 事前絞り込みフェーズ(事前絞り込みステップ)
S2 性能因子抽出フェーズ
S21 読込ステップ
S23 抽出ステップ
S24 順位設定ステップ
S25 定式化ステップ
S27 指標算出ステップ
S29 検証ステップ
S3 設計知見抽出フェーズ(モデル再構築ステップ)
T1 木構造
xi 設計変数
Xj 性能因子
1 Computer 3 CPU (calculation unit)
7 RAM (storage unit)
Ds Learning data Dv Verification data Pl Split pattern S1 Pre-narrowing phase (pre-narrowing step)
S2 Performance factor extraction phase S21 Reading step S23 Extraction step S24 Rank setting step S25 Formulation step S27 Index calculation step S29 Verification step S3 Design knowledge extraction phase (model reconstruction step)
T1 Tree structure x i Design variable X j Performance factor
Claims (12)
前記記憶部が、前記設計変数の1つ以上を引数としてなる性能因子の集合を読み込む読込ステップと、
前記演算部が、前記性能因子の集合に対して複数種類の抽出方法を適用することで、該抽出方法別に、前記構造体の性能に寄与する性能因子を抽出する抽出ステップと、
前記演算部が、前記抽出方法別に得られた抽出結果に基づいて、前記性能因子の選択順位を設定する順位設定ステップと、
前記演算部が、前記性能因子の集合の中から前記選択順位にしたがって前記性能因子を選択するとともに、選択された前記性能因子を組み合わせることで前記構造体の性能を定式化する定式化ステップと、を備える
ことを特徴とする設計支援方法。 A design support method for formulating the performance of a structure made up of a plurality of parts using design variables in which the specifications of each part are quantified, by using a computer having a calculation unit that executes a program and a storage unit that reads data, comprising:
a reading step in which the storage unit reads a set of performance factors having one or more of the design variables as arguments;
an extraction step in which the calculation unit applies a plurality of types of extraction methods to the set of performance factors to extract performance factors that contribute to the performance of the structure for each of the extraction methods;
a ranking setting step in which the calculation unit sets a selection ranking of the performance factors based on the extraction results obtained by the extraction methods;
a formulation step in which the calculation unit selects a performance factor from the set of performance factors in accordance with the selection priority, and formulates the performance of the structure by combining the selected performance factors.
前記性能因子には、前記設計変数自身からなる線形項と、前記設計変数同士を乗算してなる非線形項と、が含まれる
ことを特徴とする設計支援方法。 2. The design support method according to claim 1,
A design support method, characterized in that the performance factors include linear terms consisting of the design variables themselves and non-linear terms consisting of the multiplication of the design variables.
前記抽出ステップに先だって、前記演算部が前記性能因子の集合を設定する事前絞り込みステップを備え、
前記事前絞り込みステップにおいて、前記設計変数を終端子ノードとしかつ乗算演算子を非終端子ノードとした木構造に対して遺伝的操作を実行することで、前記性能因子の集合を設定し、
前記事前絞り込みステップにおいて、前記木構造の階層数が所定の最大深度以下になるように、前記遺伝的操作を実行する
ことを特徴とする設計支援方法。 3. The design support method according to claim 2,
a pre-narrowing step in which the calculation unit sets a set of the performance factors prior to the extraction step;
In the pre-narrowing step, a genetic operation is performed on a tree structure having the design variables as terminal nodes and multiplication operators as non-terminal nodes to set the set of performance factors;
A design support method, comprising: performing the genetic operation in the pre-narrowing step so that the number of levels in the tree structure is equal to or less than a predetermined maximum depth.
前記性能因子を構成する前記設計変数のうち、前記線形項として前記構造体の性能に表れない設計変数からなる前記非線形項を、前記演算部が前記構造体の性能から排除するモデル再構築ステップを備える
ことを特徴とする設計支援方法。 The design support method according to claim 2 or 3,
A design support method comprising a model reconstruction step in which the calculation unit excludes, from the performance of the structure, nonlinear terms consisting of design variables that do not appear as linear terms in the performance of the structure, among the design variables that constitute the performance factor.
前記演算部は、前記抽出方法別に得られた抽出結果に基づいて、前記性能因子毎に抽出頻度を判定し、
前記演算部は、前記抽出頻度の高低に基づいて、前記選択順位を設定する
ことを特徴とする設計支援方法。 5. The design support method according to claim 1,
The calculation unit determines an extraction frequency for each of the performance factors based on the extraction results obtained for each of the extraction methods,
The design support method according to the present invention, wherein the calculation unit sets the selection priority based on the extraction frequency.
前記構造体の性能は、前記性能因子を組み合わせてなる線形結合によって定式化され、
前記演算部は、前記複数種類の抽出方法のそれぞれにおいて、前記性能因子を説明変数とし、前記構造体の性能を目的変数とした重回帰分析を実行し、
前記演算部は、前記重回帰分析によって算出された前記説明変数それぞれの係数に基づいて、前記抽出頻度を判定する
ことを特徴とする設計支援方法。 6. The design support method according to claim 5,
The performance of the structure is formulated by a linear combination of the performance factors;
the calculation unit executes a multiple regression analysis using the performance factors as explanatory variables and the performance of the structure as a response variable for each of the plurality of types of extraction methods;
The design support method according to the present invention, wherein the calculation unit determines the extraction frequency based on the coefficients of the explanatory variables calculated by the multiple regression analysis.
前記複数種類の抽出方法には、スパース性を有する回帰分析が含まれる
ことを特徴とする設計支援方法。 7. The design support method according to claim 6,
The design support method, wherein the plurality of types of extraction methods includes a regression analysis having sparsity.
前記複数種類の抽出方法には、ステップワイズ回帰分析が含まれる
ことを特徴とする設計支援方法。 The design support method according to claim 6 or 7,
The design support method, wherein the plurality of types of extraction methods includes stepwise regression analysis.
前記定式化ステップにおける定式化の精度を特徴付ける評価指標を算出する指標算出ステップと、
前記指標算出ステップによって算出された評価指標に基づいて、前記定式化ステップにおける定式化の精度を検証する検証ステップを備え、
前記記憶部は、それぞれ前記性能因子の集合に対応した複数のサンプルデータを読み込み、
前記演算部は、前記複数のサンプルデータを所定の分割パターンにしたがって学習データと検証データとに分割し、
前記演算部は、前記学習データに基づいて、前記抽出ステップ、前記順位設定ステップおよび前記定式化ステップを実行する一方、残りの前記検証データに基づいて、前記指標算出ステップを実行し、
前記演算部は、前記分割パターンを複数回にわたって変更しつつ、変更された分割パターン毎に前記抽出ステップ、前記順位設定ステップ、前記定式化ステップおよび前記指標算出ステップを繰り返し実行した後に、前記検証ステップを実行し、
前記検証ステップにおいて、前記演算部は、前記分割パターン毎に算出された評価指標に基づいて、前記分割パターン毎に定式化された前記構造体の性能のうちのいずれか1つを選択する
ことを特徴とする設計支援方法。 A design support method according to any one of claims 6 to 8,
an index calculation step of calculating an evaluation index that characterizes the accuracy of the formulation in the formulation step;
a verification step of verifying the accuracy of the formulation in the formulation step based on the evaluation index calculated in the index calculation step;
The storage unit reads a plurality of sample data each corresponding to a set of the performance factors;
The calculation unit divides the plurality of sample data into training data and validation data according to a predetermined division pattern;
the calculation unit executes the extraction step, the ranking step, and the formulation step based on the learning data, and executes the index calculation step based on the remaining verification data;
the calculation unit executes the extraction step, the rank setting step, the formulation step, and the index calculation step repeatedly for each changed division pattern while changing the division pattern a plurality of times, and then executes the verification step;
A design support method characterized in that, in the verification step, the calculation unit selects one of the performances of the structure formulated for each division pattern based on the evaluation index calculated for each division pattern.
前記構造体は、自動車の車体であり、
前記設計変数は、前記複数の部品それぞれの板厚である
ことを特徴とする設計支援方法。 A design support method according to any one of claims 1 to 9,
the structure is a vehicle body,
A design support method, characterized in that the design variable is a plate thickness of each of the plurality of components.
前記コンピュータに、
前記記憶部が、前記設計変数の1つ以上を引数とした性能因子の集合を読み込む読込ステップと、
前記演算部が、前記性能因子の集合に対して複数種類の抽出方法を適用することで、該抽出方法別に、前記構造体の性能に寄与する性能因子を抽出する抽出ステップと、
前記演算部が、前記抽出方法別に得られた抽出結果に基づいて、前記性能因子の選択順位を設定する順位設定ステップと、
前記演算部が、前記性能因子の集合の中から前記選択順位にしたがって前記性能因子を選択するとともに、選択された前記性能因子を組み合わせることで前記構造体の性能を定式化する定式化ステップと、を実行させる
ことを特徴とする設計支援プログラム。 A design support program for formulating the performance of a structure composed of a plurality of parts using design variables in which the specifications of each part are quantified, by causing a computer having a calculation unit for executing the program and a storage unit for reading data to execute the program,
The computer includes:
a reading step in which the storage unit reads a set of performance factors having one or more of the design variables as arguments;
an extraction step in which the calculation unit applies a plurality of types of extraction methods to the set of performance factors to extract performance factors that contribute to the performance of the structure for each of the extraction methods;
a ranking setting step in which the calculation unit sets a selection ranking of the performance factors based on the extraction results obtained by the extraction methods;
the calculation unit selects the performance factors from the set of performance factors in accordance with the selection priority, and formulates the performance of the structure by combining the selected performance factors.
ことを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。 A computer-readable storage medium storing the design support program according to claim 11.
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