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Maschinelles Lernen zur Simulationsbasierten Modellapproximation

Principal investigators
Bernard Haasdonk
Staff
Daniel Wirtz
Begin 1/1/70
End 1/1/70

Dieses Projekt befasst sich mit der Modellreduktion von parametrisierten, nichtlinearen dynamischen Systemen und kombiniert Techniken aus der klassischen Modellreduktion mit Methoden des Maschinellen Lernens.

Die Entwicklung der letzten Jahre zeigt, dass Simulationen einen immer größeren Stellenwert in Forschung und Entwicklung einnehmen.
Dabei können aufgrund der ständig wachsenden Rechenleistungskapazitäten immer kompliziertere und aufwendigere Modelle simuliert und ausgewertet werden.
Jedoch gibt es immer noch viele Situationen, in denen die verwendeten Simulationsmodelle aufgrund der geforderten Präzision oder Auflösung sehr hochdimensional, nichtlinear und eventuell zeit- und parameterabhängig sind.
Werden diese dann in einer höheren Ebene z.B. zur Optimierung, statistischen Analyse oder Steuerung eingesetzt, werden die Gesamtrechenzeiten selbst bei schnellster Hardware unwirtschaftlich.
Daher sind Reduktionsverfahren für große Modelle ein unabdingbares Hilfsmittel in der Simulationstechnik, um die Simulationszeiten bei ähnlicher Ergebnisqualität um ein vielfaches zu reduzieren.

Insbesondere erfolgt die Reduktion hierbei simulationsbasiert, d.h. basierend auf ausgewählten Einzelsimulationen werden nichtlineare Approximationen und optimale Projektionsräume ermittelt.
Die Anwendung geschieht anhand verschiedenster dynamischer Systeme aus der Fluiddynamik, Biochemie und (Bio-)Mechanik.

Cooperations

m Rahmen des Projektes wurden einige Kooperationen mit Mitarbeitern aus anderen Instituten ins Leben gerufen.
Es besteht eine Zusammenarbeit mit S. Waldherr (IST) bezüglich biochemischer Simulationen mittels der chemischen Mastergleichung.
Die Zusammenarbeit mit M. Daub (IADM) wird weitergeführt und in 2011 aufgetauchte Probleme bei der Reduktion werden weiter verfolgt.

Das bereits zum Projektbeginn initiierte interdisziplinäre SimTech Seminar zur Modellreduktion wurde auch im Jahr 2011 mit Erfolg fortgesetzt.

Im Bereich der Wirbelsäulen-/ Bandscheibensimulation läuft eine weitere Zusammenarbeit mit N. Karajan (Inst. Appl. Mech.) mit der oben beschriebenen Anwendung.

Während der Teilnahme des Projektbearbeiters am Doktorandenkurs der Ferienakademie München/Stuttgart/Erlangen konnte eine weitere Kooperation mit C. Strohmeyer (Dept. Math., MSO) von der Universität Erlangen ins Leben gerufen werden.
In dieser Zusammenarbeit werden die Anwendungsmöglichkeiten der Reduktionstechniken auf ein Rohrleitungsmodell (wie oben illustriert) untersucht.
Der Projektmitarbeiter D. Wirtz wurde in diesem Rahmen bereits als Gastwissenschaftler nach Erlangen eingeladen um die Zusammenarbeitsmöglichkeiten genauer zu
untersuchen.