CAEユーザのためのサロゲートモデル入門 ～前編：CAEのデータ取得から良いモデル構築まで

サロゲートモデルは、CAEの解析プロセスを加速・高度化できる強力な手法ですが、その活用には「どのデータをどの程度準備すればよいか」「シミュレーションのコストと精度のバランスをどう取るか」といった実務的な課題が伴います。本セミナーでは、こうした課題に対する具体的な解決策を学びます。

本セミナーでは、CAEを活用した設計・解析業務に携わるエンジニアの方々を対象に、サロゲートモデルの基礎と実務的な活用方法を体系的にご紹介します。

 サロゲートモデルとは、高負荷なCAEシミュレーションや実験の結果をもとに構築された統計的な予測モデルであり、CAEの結果を効率的に再現・予測することが可能です。設計パラメータの影響を効率的に把握・予測したい場面──たとえばパラメトリックスタディや要因解析、多目的・制約条件付きの最適化、ばらつきの影響評価（信頼性解析）など──において、サロゲートモデルは非常に強力な手法です。また、モデルの外部ツール展開や、デジタルツインとしてのリアルタイム監視、実測データとの融合（キャリブレーション）など、応用範囲も広がっています。一方で、計算負荷が比較的軽くシンプルな解析であれば、必ずしもサロゲートモデルを使用する必要はありません。ただし、サロゲートモデルの利点は高速な解析にとどまらず、設計パラメータ同士の直感では把握しづらい動的な交互作用や影響関係を感度解析などを通じて明確に可視化できる点にもあります。

本セミナー前編では、補強材を含むコンクリート梁のシンプルな構造モデルを題材に、以下のような幅広いCAEデータに対して、どのようにサロゲートモデルを構築するかを具体的に学びます。

• カテゴリ変数の影響：補強材（鉄筋バー・ファイバー）の有無による応答変化をモデル化し、複数構成の違いを効率的に予測する手法

• 空間依存データの取り扱い：梁内部の応力分布のような2D空間的な応答をサロゲートモデルで再現する方法

• 関数応答の予測：変位を関数とした荷重応答や、流体解析での時間・周波数応答、モーダル解析・疲労解析などへの応用を見据えた手法

特に前編では、以下のポイントを詳しく解説します：

• 実験計画法（DOE）を用いたCAEデータ取得方法の具体的な進め方  

　・実験計画法は、従来のシミュレーション手法を体系的・効率的に根拠づけて実行するための方法で、近年はシミュレーション計画法と呼ばれることもあります。  
　・DOEを用いて、解析目的に合わせた設計パラメータ（寸法や位置等）だけでなく、ノイズ因子や物性値（材料特性等）をパラメータとして選定すべき理由  
　・空間分布を含む応力や変形の予測、材料特性をパラメータ化する意義と具体的な考え方  

• サロゲートモデルの選定基準、精度の向上方法、データ追加のための試行錯誤とモデル検証の具体的な進め方  
• 構築したサロゲートモデルを活用して設計空間を効率的に探索するための具体的方法  

これらの内容を通じて、サロゲートモデリングの基本を理解し、CAE解析をより迅速かつ効果的に行うための知識を身に付けることができます。

また後編（6月開催予定）では、構築した予測モデルを活用した様々な解析手法を紹介します。例えば、時間的・空間的な応答を考慮した最適化や、ばらつきを踏まえたロバスト最適化・UQ解析（信頼性解析）の手法を取り上げます。さらに、実験データを活用したベイズ推定によるパラメータフィッティング、モデルV&Vへの応用、デジタルツイン技術を活用した工程管理まで、より高度で実践的な活用事例をご紹介します。

前編・後編を通して、CAE業務におけるサロゲートモデルの導入と応用を総合的に支援いたします。ぜひこの機会にご参加ください。

講師

中野智宏
計測エンジニアリングシステム株式会社 セールスマーケティング

イクマル ラヒーム
計測エンジニアリングシステム株式会社  技術部 （日本語で行います）

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