Metamodeling Techniques for Multidimensional Ship Design Problems

• Autores: Peter B. Backlund, David Shahan, Carolyn Conner Seepersad
• Localización: Ship Science and Technology, ISSN-e 2619-645X, ISSN 1909-8642, Vol. 4, Nº. 7, 2010, págs. 43-54
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Técnicas para el desarrollo de metamodelos aplicadas a problemas
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• Resumen
  • español

    Los metamodelos, también conocimos como modelos substitutos, pueden ser utilizados en lugar de modeloscuyas simulaciones tienen un costo computacional muy alto, incrementado con esto la eficiencia en procesos de optimización de diseños o en el diseño de exploraciones espaciales. La optimización de diseños basados en metamodelos es especialmente ventajosa en problemas de diseño relacionado con vehículos marinos en los cuales serequieran simulaciones con un alto costo computacional o bien de experimentos con una alta inversión en equipos.En este artículo se evalúan tres métodos para el desarrollo de metamodelos. La evaluación de estos métodos es desarrollada teniendo en cuenta la capacidad de cada uno de ellos para modelar funciones multimodales no lineales con un número creciente de variables independientes. Dentro de los métodos analizados se encuentran el método de kriging, el método de funciones de base radiales, y el método de regresión con vector de apoyo. Cada una de las anteriores técnicas para la generación de metamodelos es utilizada para modelar un grupo de funciones de una salida con dimensiones variando desde uno hasta diez variables independientes y una modalidad variando entre uno y veinte máximos locales. El número de puntos utilizados para entrenar los modelos es incrementado hasta que el error alcanza una tolerancia predeterminada. Los resultados obtenidos muestran que cada uno de los tres modelos tiene sus propias ventajas distintivas.

  • English

    Metamodels, also known as surrogate models, can be used in place of computationally expensive simulation models to increase computational efficiency for the purposes of design optimization or design space exploration. Metamodel-based design optimization is especially advantageous for ship design problems that require either computationally expensive simulations or costly physical experiments. In this paper, three metamodeling methods are evaluated with respect to their capabilities for modeling highly nonlinear, multimodal functions with incrementally increasing numbers of independent variables. Methods analyzed include kriging, radial basis functions (RBF), and support vector regression (SVR). Each metamodeling technique is used to model a set of single-output functions with dimensionality ranging from one to ten independent variables and modality ranging from one to twenty local maxima. The number of points used to train the models is increased until a predetermined error threshold is met. Results show that each of the three methods has its own distinct advantages.