PowerPoint プレゼンテーション

Similar documents
アンサンブルカルマンフィルター (EnKF)

Microsoft PowerPoint - ã…⁄ㅼㇿ咄儌ç€fl究ä¼ı_æ‘’å⁄º.pptx

<4D F736F F F696E74202D208CB48E7197CD8A7789EF F4882CC91E589EF8AE989E A2E B8CDD8AB B83685D>

Microsoft PowerPoint - H17-5時限(パターン認識).ppt

<4D F736F F F696E74202D F F8F7482CC944E89EF8AE989E6835A E6F325F8CF68A4A94C55231>

オープン CAE 関東 数値流体力学 輪講 第 6 回 第 3 章 : 乱流とそのモデリング (5) [3.7.2 p.76~84] 日時 :2014 年 2 月 22 日 14:00~ 場所 : 日本 新宿 2013/02/22 数値流体力学 輪講第 6 回 1

PowerPoint プレゼンテーション

工学応用の観点からのデータ同化とその特徴 明治大学 中村和幸 1

PowerPoint プレゼンテーション

日心TWS

<4D F736F F F696E74202D A957A A8EC0895E8D7182C982A882AF82E EF89FC915082CC82BD82DF82CC A83808DC5934B89BB A2E >

CAEシミュレーションツールを用いた統計の基礎教育 | (株)日科技研

ビジネス統計 統計基礎とエクセル分析 正誤表

Microsoft Word doc

Microsoft PowerPoint - 【最終提出版】 MATLAB_EXPO2014講演資料_ルネサス菅原.pptx

Microsoft PowerPoint - 01_内田 先生.pptx

Microsoft PowerPoint - Š’Š¬“H−w†i…„…C…m…‰…Y’fl†j.ppt

Introduction to System Identification

Microsoft PowerPoint - 資料04 重回帰分析.ppt

Microsoft PowerPoint - 2_6_shibata.ppt [互換モード]

PowerPoint プレゼンテーション

PowerPoint Presentation

抄録/抄録1    (1)V

Probit , Mixed logit

NLMIXED プロシジャを用いた生存時間解析 伊藤要二アストラゼネカ株式会社臨床統計 プログラミング グループグルプ Survival analysis using PROC NLMIXED Yohji Itoh Clinical Statistics & Programming Group, A

様々なミクロ計量モデル†

Microsoft PowerPoint - 第7章(自然対流熱伝達 )_H27.ppt [互換モード]

Microsoft PowerPoint - 1.プロセス制御の概要.pptx

T2K 実験 南野彰宏 ( 京都大学 ) 他 T2Kコラボレーション平成 25 年度宇宙線研究所共同利用成果発表会 2013 年 12 月 20 日 1

Kumamoto University Center for Multimedia and Information Technologies Lab. 熊本大学アプリケーション実験 ~ 実環境における無線 LAN 受信電波強度を用いた位置推定手法の検討 ~ InKIAI 宮崎県美郷

リスク分析・シミュレーション

第6章 実験モード解析

Microsoft PowerPoint - シミュレーション工学-2010-第1回.ppt

0 21 カラー反射率 slope aspect 図 2.9: 復元結果例 2.4 画像生成技術としての計算フォトグラフィ 3 次元情報を復元することにより, 画像生成 ( レンダリング ) に応用することが可能である. 近年, コンピュータにより, カメラで直接得られない画像を生成する技術分野が生

生命情報学

First Aerodynamics Prediction Challenge (APC-I) 143 First Aerodynamics Prediction Challenge (APC-I) 2015/7/3 TAS MEGG3D 格子による解析 M = 0.847, α = M

CBRC CBRC DNA

PowerPoint Presentation

Microsoft PowerPoint - hiei_MasterThesis

Microsoft PowerPoint SIGAL.ppt

密集市街地における換気・通風性能簡易評価ツールの開発 (その2 流体計算部分の開発)」

天気予報 防災情報への機械学習 の利 ( 概要 ) 2

風力発電インデックスの算出方法について 1. 風力発電インデックスについて風力発電インデックスは 気象庁 GPV(RSM) 1 局地気象モデル 2 (ANEMOS:LAWEPS-1 次領域モデル ) マスコンモデル 3 により 1km メッシュの地上高 70m における 24 時間の毎時風速を予測し

日本内科学会雑誌第102巻第4号

Microsoft PowerPoint - システム創成学基礎2.ppt [互換モード]

0 スペクトル 時系列データの前処理 法 平滑化 ( スムージング ) と微分 明治大学理 学部応用化学科 データ化学 学研究室 弘昌

プロジェクトを成功させる見積りモデルの構築と維持・改善 ~CoBRA法による見積りモデル構築とその活用方法について~

スライド 1

4 段階推定法とは 予測に使うモデルの紹介 4 段階推定法の課題 2

15288解説_D.pptx

第90回日本感染症学会学術講演会抄録(I)

目次 1: 安全性とソフトウェア 2: 宇宙機ソフトウェアにおける 安全 とは 3:CBCS 安全要求とは 4: 宇宙機ソフトウェアの実装例 5: 安全設計から得た新たな知見 6: 今後 2

パソコンシミュレータの現状

技術資料 JARI Research Journal OpenFOAM を用いた沿道大気質モデルの開発 Development of a Roadside Air Quality Model with OpenFOAM 木村真 *1 Shin KIMURA 伊藤晃佳 *2 Akiy

Ł\”ƒ-2005

Microsoft PowerPoint - 第3回MSBS研究会.pptx

Microsoft Word - 01.doc

スライド 1

PowerPoint プレゼンテーション

memo

A Precise Calculation Method of the Gradient Operator in Numerical Computation with the MPS Tsunakiyo IRIBE and Eizo NAKAZA A highly precise numerical

Microsoft PowerPoint - mp11-02.pptx

Microsoft PowerPoint - 知財報告会H20kobayakawa.ppt [互換モード]

平成 23 年度 JAXA 航空プログラム公募型研究報告会資料集 (23 年度採用分 ) 21 計測ひずみによる CFRP 翼構造の荷重 応力同定と損傷モニタリング 東北大学福永久雄 ひずみ応答の計測データ 静的分布荷重同定動的分布荷重同定 ひずみゲージ応力 ひずみ分布の予測 or PZT センサ損

IoT を含む医療機器システムのセキュリティ / セーフティ評価手法の提案と適用 東京電機大学早川拓郎金子朋子佐々木良一 Information Security Lab. 1

Code_Aster / Salome-Meca 中級者への道 2015年5月31日

橡Ⅰ.企業の天候リスクマネジメントと中長期気象情

ベイズ統計入門

21世紀型パラメータ設計―標準SN比の活用―

目次 ペトリネットの概要 適用事例

Microsoft PowerPoint - ●SWIM_ _INET掲載用.pptx

Microsoft PowerPoint - 発表II-3原稿r02.ppt [互換モード]

ファイナンスのための数学基礎 第1回 オリエンテーション、ベクトル

位相最適化?

統計的データ解析

SAP11_03

短納期開発現場への XDDP 導入手法

FEM原理講座 (サンプルテキスト)

FeTOP は全体最適化を実現し, 運用コストを最小にします FeTOP は, 工場や事務所などに電気 熱 蒸気 空気を供給するエネルギープラント ( 発電 熱源などの動力設備 ) を対象とした, プラント全体の運用コスト最小化を実現する最適化 EMS( エネルギーマネジメントシステム ) です シ

An Automated Proof of Equivalence on Quantum Cryptographic Protocols

Autodesk Inventor Skill Builders Autodesk Inventor 2010 構造解析の精度改良 メッシュリファインメントによる収束計算 予想作業時間:15 分 対象のバージョン:Inventor 2010 もしくはそれ以降のバージョン シミュレーションを設定する際

統計学 - 社会統計の基礎 - 正規分布 標準正規分布累積分布関数の逆関数 t 分布正規分布に従うサンプルの平均の信頼区間 担当 : 岸 康人 資料ページ :

Microsoft PowerPoint - e-stat(OLS).pptx

0 部分的最小二乗回帰 Partial Least Squares Regression PLS 明治大学理 学部応用化学科 データ化学 学研究室 弘昌

インターリーブADCでのタイミングスキュー影響のデジタル補正技術

航空機の縦系モデルに対する、非線形制御の適用例

FFT

ERCOFTAC SIG15 test case ベンチマーク進捗報告

各学科 課程 専攻別開設授業科目 ( 教職関係 ) 総合情報学科 ( 昼間コース ) 中学校教諭 1 種免許状 ( 数学 ) 高等学校教諭 1 種免許状 ( 数学 ) 代数学 線形代数学第一 2 線形代数学第二 2 離散数学 2 応用代数学 2 オペレーションズ リサーチ基礎 2 数論アルゴリズム

Validation of TASHA: A 24-h activity scheduling microsimulation model Roorda, M. J., Miller,E. J., Habib, M. N. K. Transportation Research Part A, Vol

O1-1 O1-2 O1-3 O1-4 O1-5 O1-6

<4D F736F F F696E74202D E738A5889BB8BE688E68A4F82CC926E89BF908492E882C98AD682B782E98CA48B862E707074>

PowerPoint プレゼンテーション

機械学習により熱電変換性能を最大にするナノ構造の設計を実現

集中理論談話会 #9 Bhat, C.R., Sidharthan, R.: A simulation evaluation of the maximum approximate composite marginal likelihood (MACML) estimator for mixed mu

PowerPoint プレゼンテーション

<4D F736F F F696E74202D A B837D836C CA48F435F >

スライド 1

プログラム

予報時間を39時間に延長したMSMの初期時刻別統計検証

Transcription:

CAE CPS とデータ同化のつながり 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構加藤博司 第 2 回理研データ同化ワークショップ 2017 年 9 月 26 日 ( 火 ) 理化学研究所計算科学研究機構

内容 データ同化 CAE データ同化とCAE 航空流体工学分野でのデータ同化研究紹介データ同化とCPS まとめ 2

データ同化 3

データ同化 1/5 データ同化 データ駆動型シミュレーション技術 複雑な実世界を忠実にシミュレーションするための統計数理手法 実世界をモデル化したシミュレーションには 必ず不確かさが存在する 実世界を切り取った計測データは ( 多くの場合 ) 疎である ( 疎な ) 観測データ 数値天気予報 ( 不確かさ : 初期境界場 ) 高精度な数値天気予報の実現のために ( 疎な ) 観測データから初期境界場を推定 4

データ同化 2/5 実世界 をシミュレーションするための方法の 1 つ シミュレーション科学 ( 仮想空間 ) だけでは 実世界 を表現できない 実世界 z t = f t true z t 1 数理モデル 数値シミュレーション x t = f t x t 1 ν t : 不確かさ z t シミュレーションの高精度化 ν t z t = f true t z t 1 実世界数理モデル数値シミュレーション x t x t = f t x t 1 下記資料を参考 データ同化入門 樋口知之 ( 統数研 ) 5

データ同化 3/5 ただし データ同化は 逆問題解法の 1 つ なんらかの観測情報 y が得られた時 f x を制約条件とし x を推定しよう 1. 最尤法 : f 1 x ( アジョイント ) を使って xを最適化する 2. ベイズ推定 : f x のサンプルから確率分布を定義し 確率密度を最大化させる x f x y 気象予報の場合 f(x) は 気象予報モデル 余談 多層ニューラルネット ディープラーニング系のアプローチ 入力 - 出力間のシステムがよく分からない時 特に有効 6

データ同化 4/5 ただし データ同化は 制御技術の 1 つ 逐次型データ同化手法として 非線形カルマンフィルタがある 計測情報を使ってシステムの状態 ( モデル空間 ) を逐次的に推定し 実世界に近づける ( 最古のカルマンフィルターは アポロ 11 号で利用 ) x analysis = x sim + K(y H x sim ) : 計測値 y : 真の軌道 x true : 予測値 x sim : 推定値 x analysis 7

データ同化 5/5 データ同化の特徴 データ同化は 気象海洋分野で磨かれてきた理論体系 気象海洋分野が扱うのは 大規模 強非線形システムの 1 つの 流体 つまり データ同化は 大規模 強非線形システムを対象とした逆問題解法 制御手法の 1 つ http://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/typhoon/1-2.html http://www.jma.go.jp/jp/gms/large.html?area=6&element=0 8

CAE 9

CAE 1/4 CAE Computer Aided Engineering の略語 多くの制約条件の中で実施されるモノづくりを計算機内 ( 仮想空間 ) で実現 仮想空間 : 流体シミュレーション (CFD) 実世界 : 風洞実験 航空機の空力性能の評価の場合 10

CAE 2/4 最適設計 ( 設計探査 ) 多くの制約条件を満たす設計解 ( 候補 ) を計算機内で求める https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/ce/mrj_fir st_flight_%282%29.png/1024px-mrj_first_flight_%282%29.png https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3 7/JRC_N700_series_Z28.jpg MRJ のウィングレット形状など 新幹線 N700 系のフロントノーズ ( エアロダブルウィング ) いずれも 遺伝的アルゴリズム ( 最適化手法の 1 つ ) やデータマイニング手法を活用し 設計解候補を求めている 11

CAE 3/4 システムシミュレーション モデルベース開発 (MBD) を実現するための キー技術 の1つ 物理モデルと制御モデルを組み合わせ システムの挙動を計算機内で予測 特に 自動車産業で利用されている ( と認識しています ) ( 代表的なツール または言語 ) https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/bilde_av_dahl_model.png https://www.modelica.org/images/modelica-collage-600px.png MATLAB Simulink Modelica 12

CAE 4/4 設計期間の短縮 設計の手戻り防止 上記を目指す時 最適設計 ( 設計探査 )& システムシミュレーション は いずれも必須な 手段 ( 既に多くの現場で導入されていると思う ) 要求定義 検証 受入試験 基本設計 検証 システム試験 詳細設計 検証 要素試験 仮想空間 製造 V モデル ( ウォーターフォールプロセス ) 実世界 課題 仮想空間を いかに現実に近づけるのか ( 拡大させるか )? 13

データ同化と CAE 14

データ同化と CAE 1/7 データ同化の可能性 シミュレーションに必要な初期 境界値を推定する ( 初期値推定については天気予報で実用化 ) シミュレーション内で経験的に与えられているパラメータの最適化 シミュレーションと観測を融合して新たな統合データセットを作成する これは再解析データセットと呼ばれ 新しい科学的発見をもくろむ 感度解析を行い観測システムの評価と改善策を効率的に行う 従来シミュレーション科学において副次的問題とされてきたシミュレーションモデルの評価法に統一的視点を与える 樋口 ( 統数研 ) 蒲地 ( 気象研 ) 他 15

データ同化と CAE 2/7 設計プロセスには色々な段階が存在する データ同化は 詳細な形状や機能が決定し始める 詳細設計 以降に価値が高いのではないか? 企画 概念 設計 基本 設計 詳細 設計 要素 製造 組立 受入 試験 運用 1D-CAE 3D-CAE 16

データ同化と CAE 3/7 データ同化の導入により 多くの不確かさ要因を システマチック ( 効果的 & 効率的 ) に推定 低減させる 現状 人間の過去の経験を活用したり 試行錯誤で計測値に合わせこむ しかし 解析対象が複雑になればなるほど比較に頼る方法は困難 CAE 空間 ( 仮想空間 ) 仮想空間と実世界の乖離 = 不確かさ モデル高度化 試験 ( 実世界 ) データ同化 No GO 評価 検証 GO 計測システム最適化 データ同化 17

航空流体工学分野でのデータ同化研究紹介 18

航空流体工学分野でのデータ同化研究紹介 1/5 航空流体分野に対するデータ同化の応用 航空流体シミュレーション ( 通称 CFD) の主要な 不確かさ である 乱流モデル へデータ同化を適用 物理モデル A 物理モデル B 乱流モデルの選択による解析結果への影響 19

航空流体工学分野でのデータ同化研究紹介 2/5 航空流体分野に対するデータ同化の応用事例 1 乱流モデル 乱流粘性係数 ( 物理的な変数 ) 風洞実験データ ( 疎情報 ) 航空 CFD 2 1 乱流粘性係数の推定 ( モデル空間の推定 ) 2 乱流モデル内パラメータ値の最適化 ( モデル予測性能最大化 ) 20

航空流体工学分野でのデータ同化研究紹介 3/5 乱流モデル 数多くの乱流モデルが存在する 内在する 不確かさ 1. モデル式自体 2. 経験的 実験的に決まるモデルパラメータ値 理論的に導出されるパラメータ値は除く Cebeci-Smith Baldwin-Lomax P. D. Thomas Baldwin-Barth Spalart-Allmaras Menter SST Compressible SST Chien k ε Rumsey-Gatski EASM etc. Picture by numerical analysis group of JAXA Feb. 25, 2016 Next Generation Transport Aircraft Workshop 2016 21

航空流体工学分野でのデータ同化研究紹介 4/5 Menter k-ω SST turbulence model 航空流体分野で多用される乱流モデルの 1 つ 境界層内層 (k-ε) と外層 (k-ω) で乱流モデルを切り替える ρk t ρω t + ρu jk x j + ρu jω x j = P β ρkω + x j μ + σ k μ t k x j, = γ P β ρω 2 + ω ρσ ω2 k ω μ + σ ν t x ω μ t + 2 1 F j x 1. j ω x j x j ν t = a 1 k max a 1 ω, ΩF 2. データ同化の対象 1. 逆圧力勾配 ( 剥離の原因 ) をモデル化した部分の1つ 2. モデル導出の過程でa 1 というパラメータが導入される 3. このa 1 のパラメータ値をデータ同化により最適化 4. データ同化に使った実験値は 基礎的な流れ ( バックステップ流 ) から抽出 Feb. 25, 2016 Next Generation Transport Aircraft Workshop 2016 22

航空流体工学分野でのデータ同化研究紹介 5/5 NASA CRM 模型周りの流れ場での計算結果 最適パラメータ値 (a 1 = 1.0) での計算は 翼根での過大な剥離を抑制 他の流れ場でも最適パラメータ値の有効性確認 ( 参照 )H. Kato, K. Ishiko, and A. Yoshizawa, Optimization of Parameter Values in the Turbulence Model Aided by Data Assimilation, AIAA Journal, Vol. 54, No. 5, Pages 1512-1523, 2016. SST-2003 with a 1 = 0.31 SST-2003 with a 1 = 1.0 モデルの予測性能を最大化させることで 最適設計が適用できる仮想空間を拡大させることが可能になる 23

データ同化と CAE( 続き ) 24

データ同化と CAE 4/7 データ同化によるモデルパラメータ値最適化の 他応用候補 衛星熱設計プロセスの中では 熱平衡試験結果にモデルパラメータ値 ( 多くは接触熱抵抗値 ) を合わせ込む作業が存在する 人間でもある程度の精度で合わせ込めるが その 効率化 に貢献できる可能性はある 熱設計条件 熱数学モデルの修正 http://aslca.com/pages/therm al_analysis_ex.htm No GO 熱数学モデルの構築 / 熱設計の構築 熱数学モデルの評価 検証 GO 軌道上温度予測へ 熱平衡試験 ( 熱真空試験 ) 衛星熱設計プロセス ( の一部 ) 25

データ同化と CAE 5/7 モデル高度化 モデル高度化 = モデル自身 の高度化だけではない モデル空間を現実に則するように設定し モデル予測性能を最大化することも解決すべき 初期 境界条件など 計測値 流入境界の推定 風洞壁境界の推定 航空機の空力性能の評価の場合 26

データ同化と CAE 6/7 計測システム最適化 モデル高度化にとって 最適な計測情報 計測箇所 の 事前検討 がデータ同化の導入により可能になる (?) 台風観測情報の評価 ( 赤 : 効果なし 青 : 効果あり ) (Prof. Eugenia Kalnay(Maryland Univ.) 講演資料より ) 前縁の温度計測の価値が高い 遷移計測情報の評価 ( 数値実験上での評価 ) 27

データ同化と CAE 7/7 データ同化の導入により 最適設計 ( 設計探査 )& システムシミュレーション の適用領域の拡大に貢献したい 計測情報 データ同化 シミュレーション科学 実世界 数理モデル シミュレーション (CAE) 最適設計 ( 設計探査 ) & システムシミュレーション 28

データ同化と CPS 29

データ同化と CPS 1/5 Cyber Physical Process (CPS) 実世界 ( フィジカル空間 ) のセンサー情報と サイバー空間 を連携 融合させ 新しい価値 サービスを提供 データ同化の目指す方向性と同じ データ同化は 物理シミュレーション が絡む CPS 実現のための 1 つの具体的方法論? 産業構造審議会商務流通情報分科会情報経済小委員会中間取りまとめ ~CPS によるデータ駆動型社会の到来を見据えた変革 ~ 資料より 30

データ同化と CPS 2/5 データ同化の可能性 シミュレーションに必要な初期 境界値を推定する ( 初期値推定については天気予報で実用化 ) シミュレーション内で経験的に与えられているパラメータの最適化 シミュレーションと観測を融合して新たな統合データセットを作成する これは再解析データセットと呼ばれ 新しい科学的発見をもくろむ 感度解析を行い観測システムの評価と改善策を効率的に行う 従来シミュレーション科学において副次的問題とされてきたシミュレーションモデルの評価法に統一的視点を与える 樋口 ( 統数研 ) 蒲地 ( 気象研 ) 他 31

データ同化と CPS 3/5 気象予測の場合は 密なフィジカル空間 ( センサー情報 ) と密なサイバー空間 ( シミュレーション ) を連携させれば 局地気象予測も実現できそう https://www.nict.go.jp/press/2012/08/4o tfsk0000073fx5-img/20120831-01.png フェーズドアレイ気象レーダ https://i.ytimg.com/vi/s2pgh0mz7g0/maxresdefault.jpg http://www.aics.riken.jp/jp/ スパコン京 理研データ同化研究チームのゲリラ豪雨に対する取り組み 32

データ同化と CPS 4/5 ただし 設計に再解析データセット ( CPS) をどう使う? 例えば 以下のことは実現できそうだが https://commons.wikimedia.org/wiki/file:boeing_787_n1015b_ana_airlines_(27946587200).jpg データ同化 飛行中の航空機 飛行中の航空機の表面圧力を推定 データ同化 軌道上の衛星 軌道上衛星の表面温度分布を推定 33

データ同化と CPS 5/5 再解析データセット ( CPS) を 設計プロセス へ活用するメリットは現時点では整理できていない 一方 実運用下のシステム制御に再解析データ セット ( CPS) は活用できる可能性は高いのではないか? 企画 概念 設計 基本 設計 詳細 設計 要素 製造 組立 受入 試験 運用 システムを上手く作る モデルパラメータ値の最適化 計測システム最適化 効率化 高度化 作ったシステムを上手く使う データ同化 データ同化 再解析データセット 34

まとめ 35

まとめ データ同化は 実世界における計測情報とシミュレーションを結びつける方法論 大規模 強非線形システムに対する逆問題 制御手法の 1 つ データ同化の導入により 仮想空間と実世界の乖離の原因となっている 不確かさ をシステマチックに低減させる 最適設計 ( 設計探査 ) システムシミュレーションの領域拡大 データ同化は 物理シミュレーションが絡んだ CPS 実現のための 1 つの具体的方法論 ( だと考える ) 設計へのメリットは現時点では整理できていないが 運用の仕方に何らかの貢献はできる可能性がある 2017 年 9 月 26 日 ( 火 ) 第 2 回 理研データ同化ワークショップ 36

ご清聴ありがとう ございました 37