Optimierte Konstruktion von Flugzeugverkabelungssystemen
In Europa geht die Entwicklung in Richtung vollelektrischer Flugzeuge. Die Optimierung des hochdimensionalen Verdrahtungssystems, dessen Funktionieren von einer hohen Anzahl von Variablen und Bedingungen abhängt, ist eine Aufgabe, für die sich Modellierungs- und Optimierungsalgorithmen gut eignen. Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts HAROS-HD (Hybrid adaptive robust optimization strategy for EWIS high dimensional systems) entwickelten dafür nun die Prototypensoftware. Die Software vereint Surrogat-Modeling-Technologien für neue Surrogat-basierte Optimierungstechniken und Algorithmen. Surrogat-Modelle nähern das multivariate Verhalten von Systemen mithilfe einer begrenzten Anzahl von rechnerisch teuren Simulationen an. Surrogat-basierte Optimierung nutzt solche Modelle bei der Suche nach der optimalen Gestaltung, was die Design-Performance deutlich verbessert. Wissenschaftler haben jetzt erweiterte graphische Dekompositionstechniken entwickelt, die dabei helfen, Informationen in Bezug auf das EWIS-Problem zu strukturieren und Abhängigkeiten zu extrahieren. Das Team nutzte aktive Lernalgorithmen, die auf intelligente Weise den Design-Raum testen, um geeignete Regionen zu identifizieren und die genauesten Surrogatmodelle des EWIS-diskreten Systems zu produzieren. Algorithmen für optimierungsbasierte selbstorganisierende Karten (SOMBAS) wurden erstellt, um eine schnelle Raumfüllung der realisierbaren Designbereiche und die Identifikation der Grenzen durchzuführen. Zusätzliche Techniken beschleunigen die Ausführung der aktiven Lern- und SOMBAS-Algorithmen. Parallel dazu verbesserte man CE (Cross-Entropie)-Algorithmen und entwickelte einen anderen Algorithmus der Hooke-Jeeves-Musterverschiebung zur Lösung komplexer, größerer Optimierungsprobleme. Die CE-Methode arbeitet mit einem probabilistischen Ansatz, um diskrete in kontinuierliche Probleme umzuwandeln, während der Mustersuchalgorithmus den Entwurfsraum effizienter erforscht. Die neue Prototyp-Softwarelösung ermöglicht eine effiziente und effektive Optimierung von hochdimensionalen Systemen wie EWIS. Die Forscher testeten das Prototypen-HAROS-HD-System an einem Kabelbaum mit 48 Leitungen für ein Flugzeug-EWIS mit über 400 Designvariablen und 10.000 Constraints. Die Kommerzialisierung wird Zeit und Geld im Zusammenhang mit der kritischen Entwurfsphase der EWIS-Optimierung sparen, während das Gewicht der Verkabelung durch verbessertes Design reduziert wird. Dies wird die Wettbewerbsfähigkeit der EU-Luftfahrtindustrie erhöhen und gleichzeitig die Umweltauswirkungen durch Flugreisen verringern.
Schlüsselbegriffe
Flugzeug, EWIS, hochdimensional, HAROS-HD, Entwicklungsraum
