世界首個考慮隨機性的拓樸優化商用軟體Möbius!

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主廚曾在《拓樸最佳化基本介紹與應用發展》這篇文章介紹拓樸優化的基本概念,由於拓樸優化這項技術較為新穎,能夠執行拓樸優化的商業軟體近幾年才漸漸出現。而來自歐洲的新創Rafinex於今年9月發表的軟體Möbius除了使用拓樸優化以外,還較一般拓樸優化提供更為穩健的優化設計,一起來了解看看吧!

來自歐洲的新創Rafinex

談談Möbius之前,我們先來了解Rafinex這間新創。Rafinex源自於德國Weierstrass研究所(WIAS),並成立於2018年,目前成員約12人,主要據點位於歐洲的盧森堡、柏林、慕尼黑、倫敦等地,致力於發展先進演算法來解決工程上的設計問題。

而Rafinex近期的開發成果不僅能提供優化設計,還能進一步考慮產品實際應用時的變動性,讓設計結果更加穩健安全,這項技術稱為Stochastic Topology Optimization(STO),那什麼是STO呢?

考慮隨機性的拓樸優化(STO)

什麼是拓樸優化?

可能有些讀者初次接觸拓樸優化,為了方便讀者理解底下內容,主廚簡單介紹一下拓樸優化的概念,若想更了解拓樸優化,可參考主廚先前這篇文章《拓樸最佳化基本介紹與應用發展》。

假設我們現在有根懸臂樑,一端固定在底座上,另一端給予負載。如果希望懸臂樑減輕30%的重量,那懸臂樑的構型應該要長什麼樣子呢?有經驗的工程人員雖然能憑藉過往經驗找出可行設計,卻也受限於直覺與經驗,不見得能設計出最佳方案。而拓樸優化能透過數值方法,在特定的設計區域內根據負載與約束自動生成最佳結構構型,如Fig.1所示。

拓樸最佳化的懸臂樑結構
Fig.1 拓樸最佳化的懸臂樑結構: (a)原始設計區域 (b)優化結構

考慮隨機性,設計更穩健!

那麼Rafinex的隨機拓樸優化究竟特別在哪呢?

對於產品結構而言,負載大小與方向可能會隨著使用情形而變動,然而現行拓樸優化環境無法在優化過程考量負載變動,這會導致優化設計無法滿足實際使用狀況,為了更容易理解,我們來看看Fig.2這個例子。

在Fig.2的例子中,如果只考慮負載沿著單一方向的情況,那優化設計便會成為一根棍棒,如(a)所示,但實際使用狀況中的負載可能像(b)的負載一樣充滿不確定性,此時(a)的優化設計便容易報廢。而Rafniex提供的拓樸優化技術(STO)能在考慮負載變動的情況下進行拓樸優化,產生Fig.2(b)的優化設計,滿足實際使用需求,提升產品穩健性!

優化結果比較: (a)傳統拓樸優化 (b)Rafinex拓樸優化
Fig.2 優化結果比較: (a)傳統拓樸優化 (b)Rafinex拓樸優化

主廚結語

本次與各位簡單介紹考慮隨機性的拓樸優化(STO)與世界首個考慮隨機性的商業拓樸優化軟體Möbius。根據Rafinex人員所述,這項優化技術具有底下幾個好處:

  1. 基於先進的演算法提供優化設計,無需仰賴設計人員直覺與經驗,優化方案更為精準
  2. 考量結構負載的變動情形來優化設計,較傳統拓樸優化提供的設計方案更為穩健
  3. 相較人工智慧需要大量訓練資料與運算時間,Rafinex的優化技術可大幅縮短運算時間
  4. 考量穩健性的優化求解能減少安全係數與其他預留因素,進而減少結構重量

如果各位對Stochastic Topology Optmization(STO)這項技術有興趣的話,可透過下方連結試用Möbius這套軟體!實際感受一下這款軟體的魅力!也別忘了按讚科技雞湯Facebook

試用連結 → www.rafinex.com/try-moebius

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