结构工程师狂喜：如何用代理模型快速评估结构强度

迫于领导/甲方/内心的压力，我们在做结构仿真时，经常要算很多案例。每算一次，都要调整几何，重画网格和再次求解。

虽然没技术含量，但谁做谁知道，很磨人。

本文展示个更快的方法，用代理模型快速评估一个新方案的结构强度。

案例背景是航天飞船的一个薄壁承力结构。结构本身就复杂，受力后还牵涉到非线性和屈曲。用常规的有限元方式去评估它的结构强度，计算成本有亿点高。

下面这个表格就是用有限元计算得到的结果，其中X1~X12是结构的设计参数。后面几列是输出值，其中就包括我们最关心的应力。

差不多200组，仿真工程师要熬多少个日夜。

我们这个案例要做的，就是基于这些数据，训练得到一个代理模型。之后再遇到新的结构就直接用代理模型计算，那速度相比有限元不知道快到哪里去了。

创建代理模型第一步，打开数据建模软件DTEmpower，没安装的可以去天洑软件官网下载，安装就自带免费试用。

软件启动后，新建项目导入数据表格。

然后创建流程，选择专业模式。之后在画布依次拖入数据读取、空值处理、变量设定、数据清理AIOD、重要性分析MDA，以及数据分割节点。

然后连线，表示数据传递。

这些节点都什么作用呢？

数据读取不说了。

空值处理，将存在空值的数据行删除。你打开数据表细看，能发现有些行的数据是存在空值的。那这一行就不能用来做模型训练，需要删除。

变量设定，确定模型的自变量和因变量。显然，X1~X12这12列是自变量，应力就是因变量。

数据清理AIOD，删除异常数据。AIOD会给每组数据的风险值打个分，分数越高表示它是异常值的风险越大，要抓紧删除，防止影响模型精度。

MDA节点，删除不重要的变量。模型的自变量很多，但并不是每个都重要。MDA会评估自变量的重要性，对那些不重要的，也要抓紧删除，防止影响模型精度。

数据分割节点的作用，是把数据分成两部分，一部分用来做模型训练，一部分用来测试模型精度，软件默认按照3:1的比例分割。

接下来，关键的一步：生成代理模型。

但生成过程用什么算法呢？不知道，需要尝试。

所以我们干脆用多种算法同时训练，最后做模型精度对比，选精度高的。

然后连线。注意，数据分割到模型对比节点这一条线，别忘了做调整。要注意传递的数据应该是测试集，test data，而不是训练集。

流程搭建好，点击开始跑起来。软件运行到某一个节点，需要你输入时会弹出来。

在数据清理节点，散点图能看出来有两个点的风险值明显偏高，那就把这两个点剔除，害群之马不可留。

在重要性分析节点，发现大部分变量的重要性都很低，只有X4、X8和X12比较重要。到X3，重要性就只有0.0063了。那我们就把重要性阈值设置为0.01，不重要的都删了，只保留三个。

运行结束，点开模型对比结果，可查看几个代理模型的精度。

只要新的输入相比训练数据没有过度外推，即范围不相差太大，评估精度是有保证的。

你还能把这个模型保存或者下载下来，通过模型读取和模型计算节点调用，批量计算新结构强度。

大功告成，有没有发现数据建模全程都没有写代码？对代码过敏者非常友好。

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（提示：本案例所用数据在DTEmpower安装目录的ApplicationData文件夹下）