計測エンジニアリングシステム株式会社

PRODUCT SMART UQ

SmartUQ

予測分析のための機械学習と不確かさの定量化

SmartUQは、実世界のばらつきや確率的な振る舞いをエンジニアリングに取り入れるための、強力なAI・機械学習および不確かさの定量化(UQ)ソフトウェアツールです。SmartUQ は、ばらつきを考慮した最適化のための予測モデル(サロゲートモデル)の構築、および使いやすい解析機能がセットになっており、これまでに自動車、航空宇宙および機械、医療機器、半導体、エネルギー、土木などあらゆる業界において、高度で複雑な問題を解決し不確実性を考慮した意思決定プロセスを支援してきました。 ソフトウェアの特徴としては、 設計者やプロセスエンジニアの為に、品質工学的に持ち答える最新の実験計画法 (DOE) やインテリジェントなサンプリングアルゴリズム、 機械学習モデリング、 ベイジアンキャリブレーション、 確率的最適化、 信頼性解析、感度解析、逆解析、 不確かさ伝播、統計的工程管理ツールなどの強力な解析ツールを備えています。

SmartUQは機械学習に必要なツールが全てパッケージ化されています

Step1
データ準備/前処理
(Data Preparation)

CAEや実験のための実験計画法(DOE)や既存のデータを使ったデータサンプリングは、専用の知識は不要でお使いいただけます

Step2
モデル構築/評価
(Modeling・Evaluation)

検証ツールとセットになっており目的に応じてモデル選択していくだけで簡単に現実の複雑なふるまいを再現できます

Step3
ポスト解析機能の活用
(Analysis)

可視化のための豊富な解析結果を、洗練されたGUIを使って簡単に共有できます。またPythonAPIも利用可能です

SmartUQ はアメリカ、 ウィスコンシン州を本拠地とする、CAEシミュレーションや実試験、および複雑な業務システムに独自のAI・機械学習と不確かさの定量化ソリューションを提供するソフトウェアおよびコンサルティング会社です。 世界トップクラスの統計専門家チームが率いるSmartUQ は、エンジニアリングにおける実験やシミュレーション、不確かさの定量化(UQ)、デジタルツイン、信頼性評価(V&V)、プロセスインフォマティクスの分野で豊富なバックグラウンドを持っています。

エンジニア向けの専用パッケージツールなので初めての方でもすぐ使えます

強力でありながら直感的なインターフェースを持つSmartUQは、品質設計の担当者や製造プロセスエンジニアだけでなくCAEの解析エンジニアや、設計・開発の方々を対象に作られています。SmartUQの洗練されたユーザビリティを持った操作性により、実験や製造などのばらつきのあるデータやCAEのデータから直ぐに予測モデルを構築することができます。複雑な解析をこれまで以上に簡単に実行できます。

単体だけでなくお使いのツールと組み合わせても利用できます

不確かさの定量化の基礎の一つは、機械学習による正確な予測モデルの構築ですが、お客様の中には、ばらつきの大きい少数の実験データからビックデータまで簡単にモデル構築可能なSmartUQの強力な予測モデルの機能のみを単独のツールとして使用している方もいらっしゃいます。SmartUQのPython APIを使って、SmartUQの各ツールをシームレスにお客様のワークフローに統合することができ、GUIのメリットを最大限に活かしながら、解析にかかる時間を大幅に短縮します。また、SmartUQにはお使いのCAEツールとの統合機能も組み込まれています。またFMI規格に対応したモデルのエクスポート機能も対応しています。

業務にマッチさせてモデル化できます

SmartUQの予測モデルは、シミュレーションモデル、プロセス製造ライン、時系列での運用データ、センサー、デジタルツインなどのデータセットを用いて構築することができます。SmartUQの予測モデルの用途としては、数値シミュレーションのサロゲートモデル(代理モデル)の構築や、ロバスト最適化設計、最適運転条件探索、仮想センサーの開発、根本原因の解析などがあります。既存のデータセット、またはシミュレーション結果のデータを使用して、希望する精度が達成されるまで学習モデルの構築を繰り返すことができます。

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SMART UQについて

SmartUQは業界規模の複雑性を持つデータでの不確かさの定量化を提供します

予測分析

エンジニアのための機械学習や予測分析機能を備えたSmartUQ

不確かさの定量化とは何か

SmartUQでリスクを管理・低減する

なぜ不確かさの定量化?

確率的な結果を活用し競争力を高める

不確かさの定量化(Uncertainty Quantification: UQ)とは?

不確かさの定量化は、最適化と意思決定の両方のプロセスにおける不確かさの低減において極めて重要な役割を果たします。SmartUQは下記のような包括的なフレームワークを提供します。

  • 予測モデルの構築:複雑なエンジニアリングシミュレーションを模倣するように学習します。
  • 感度解析:結果に影響を与える可能性のあるパラメータをランク付けします。
  • 不確かさ伝播:どの入力が出力分布に最も大きな影響を与えるかを判断するのに役立ちます。
  • 統計的キャリブレーション:シミュレーションモデルと物理テストの間の不一致や不確かさを可視化します。
  • 逆解析:条件の悪いモデル入力や不足しているモデル入力に対して、隠れている未知の分布を明らかにします。

エンジニアリングのための予測分析

予測分析は、リアルタイム解析や将来のイベントを予測するための予測モデルを開発するために使用される、一連の高度な解析技術を含みます。シミュレーションモデリング、製造、運用データ、センサーデータなど、あらゆる種類のデータセットを使用し、学習を終えたSmartUQの予測モデルは、予知保全やリスク分析などの複雑な解析を素早く実行し、お客様のチームに競争上の優位性をもたらします。以下は、SmartUQの予測分析の応用例です。

  • シミュレーション実行数の低減
  • バーチャルセンサーと予知保全
  • 機械学習を活用したプロセスモデリング
  • モデルのキャリブレーションとバリデーション(V&V)
  • デジタルツイン

意思決定のための不確かさの定量化

シミュレーション、物理的なテスト、センサー、デジタルツインなど、データの出所がどこであれ、不確かさの要素は常に存在します。決定論的な点推定に頼ってしまうと、的外れな結果となり、コストがかさむ可能性があります。不確かさの定量化を用いてすべての可能な結果を確率的に考慮することで、意思決定プロセスを最適化し、リスクを減らし、結果に自信を持つことができます。

SmartUQは、以下のようなあらゆる種類のデータからの意思決定を最適化することができます。

  • ばらつきの影響を考慮した製造プロセス
  • 積層造形(3Dプリンタ)や医療機器などの不確かさの影響を考慮
  • 実測データとモデルを融合するためのデジタルツイン
  • ラボで構築したモデルを使って仮想センサー
  • 様々なシミュレーションソフトウェアとの連携

解析による加速化:限られたデータからの洞察を最大化

時間とリソースは常に限られており、わずかなデータポイントに基づいて重要な意思決定をしなければならないこともあります。SmartUQは、少数のデータから最大限の情報を得るためのサポートをします。

  • 既存のデータを利用しながら、新しいデータのサンプリングを行うベイズ最適化による適応的実験計画法

  • 必要な場合にのみデータセットを改良・追加するためのダイレクトサンプリング技術

  • 高精度なエミュレーション(機械学習モデル)により、設計空間全体を高速に探索

  • 設計とテストの繰り返しを減らし、時間とリソースを節約する

統計的キャリブレーション:実測データを使ったパラメータ推定

シミュレーションの忠実性や予測能力を向上させるためには、CAEのモデルに対して実測データを使ったキャリブレーションが有効です。SmartUQには、ハイブリッドな実験計画法を生成したり自動化された統計的キャリブレーションなど、モデルのキャリブレーションを促進する専用ツールが用意されています。最適なパラメータを逆解析により素早く見つけ出し、CAEのモデルをアップデートしモデルの不一致を自信を持って評価することで、モデルの検証を向上させます。

不確実性はどこにでもあります

すべてのシステムには不確実性(不確かさ)がつきものです。不確かさは、測定精度、材料特性、使用シナリオ、モデリングの近似性、将来の未知の事象などから発生します。モデルの境界条件、初期条件、およびパラメータの不確かさにより、すべての要求を満たしているか、最適であるか、等重要な質問に自信を持って答えることが難しくなります。

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