蒙特卡洛筛选
在ASDL,另一个建模的重要方法是蒙特卡洛模拟。研究生学者Pat Biltgen演示了JMP如何应用于与空军战斗机和防空防御相关的军用目标模拟。模拟的目的是探测什么样的武器系统能够击中目标,这些武器系统具有什么样的特征。这项研究面临的主要科技方面的挑战,是如何执行概率分析,以及如何将复杂的运算结果可视化。
利用替代模型,执行基于物理意义的设计工具的精确相似,可以快速得到符合要求的要点设计。替代模型能够即时运行蒙特卡洛模拟,这两项技术相结合可以实现运行能力设计以及技术探测。使用子系统层次输入参数的一致分布,能够快速评估一个在“系统系统化”层面的特定解决方案的有效性。蒙特卡洛过滤技术将成百上千的解决方案过滤、减少至少数几个,这是通过应用最高层级的常量,以及在系统和子系统连续确认剩余的解决方案来实现的。这样,工作的重点由探测复杂的数学空间转移到快速排查某个数据库模拟。即使样本点众多,工程师们也可以用散点图矩阵多方向、图形化表现所有的可能性。随后他们可以深入分析样本点,选择出他们想要的样本点,或者选择出想要删除的不可行样本点,直到剩下的样本点能够定义他们所需要的机会空间。普通图表只能显示三维,而蒙特卡洛过滤可以在更度上显示概率。每一个点代表一个可能性探测,用所设条件筛选,剩余下来的点可以用来做进一步的筛选。工程师们所寻求的正是选择的多样性。一个数学优化只能得到一个解决方案,而蒙特卡洛过滤可以得到所有满足条件的解决方案集合。蒙特卡洛过滤提供了选择的多样性。众所周知,达到同一个目标可能有多种方法。
此过程中使用的另一项技术是表面轮廓特征,这个特征可以形成执行(替代模型捕捉到的)参数曲面的三维立方体。Biltgen描述了64种不相关联的空军模拟运行状态,他说:“我们可以得到八个立方体,当参数滑杆移动,这些立方体就相应地随之发生变化。”“这个功能太神奇了!”根据Biltgen的描述,可以用图形化的方式来同时排查多个复杂的空间,使基于运算能力的设计成为可能。“我们面临的首要问题是我们可以做出成百上千个设计,但是决策者们可不想看那么多方案,”Biltgen说。“JMP的可视化功能使决策者们能够了解排查过程,得到大量信息,除了可视化功能,这些信息不可能用别的方法来表达。”他说。
“神奇”这两个字应该也可以用来形容下一代商用喷气式飞机 — ASDL的另一个项目。工程师们在设计初期就开始分析各种性能的权衡,考虑与噪音要求、排放量标准和燃料消耗控制相关的各种变量。“这个方法将各种特性用图形表达出来,形成整个系统的标准,有效地检测所有设计方案。”在《使用响应面方法分析超音速静音飞机发动机性能平衡》一文中,Simon Briceno和Mavris写道。“这个方法可以在设计方案集合内分析所有可以辨识的方案。”使用此方法,可以设计出符合所有要求且成本最优的超音速静音飞机发动机。“此方法使决策者们可以在设计的最初阶段尝试各种假设,权衡利弊,在整个系统层面考察各种权衡的结果。此外,设计者们也可以深入了解不同参数可能对整个设计带来的巨大影响。”