Καινοτόμος αλγόριθμος τεχνητής νοημοσύνης και υπολογιστικά εργαλεία ανάλυσης και πρόβλεψης της συμπεριφοράς συστημάτων αλουμινίου
Έργο: «Έργο επιστημονικής και τεχνολογικής έρευνας για την άρση επιστημονικής και τεχνολογικής αβεβαιότητας ως προς την πυραντίσταση, τη θερμοδιακοπή, την ηχομείωση και τη μηχανική αντοχή συστημάτων αλουμινίου διαφορετικών γεωμετριών και συνδυασμών υλικών υπό ακραίες και πραγματικές συνθήκες εφαρμογής, μέσω γεωμετρικής μοντελοποίησης CAD, προσομοιώσεων CAE και ανάπτυξης καινοτόμων αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης».
Διαδραστική αναπαράσταση του αλγορίθμου
Ο κύριος αλγόριθμος του παραδοτέου σε λειτουργία
Παρακάτω αναπαρίσταται ο κύριος αλγόριθμος του παραδοτέου με τη χρήση της θερμοδιακοπής.
Η διαδραστική εφαρμογή αποτελεί το κύριο παραδοτέο της παρούσας ενότητας και όχι συμπληρωματικό στοιχείο της. Παρουσιάζει τον αλγόριθμο σε πλήρη λειτουργία, ώστε το αποτέλεσμα της ερευνητικής ανάπτυξης να είναι άμεσα εκτελέσιμο και ελέγξιμο από τον αναγνώστη και όχι απλώς περιγραφικό.
Ο χρήστης ορίζει τις συνθήκες λειτουργίας του κουφώματος — εξωτερική και εσωτερική θερμοκρασία, υγρασία, ταχύτητα και ένταση ριπών ανέμου, τύπο υαλοπίνακα (μονός, διπλός, τριπλός) και παρουσία ή απουσία θερμοδιακοπής — και ο αλγόριθμος υπολογίζει σε πραγματικό χρόνο, επί της τομής του προφίλ αλουμινίου, το πεδίο θερμοκρασιών, τις ισόθερμες και τη ροή θερμότητας, καθώς και την ανεμοπίεση και την κάμψη του υαλοπίνακα. Από το πεδίο αυτό προκύπτουν οι θερμοκρασίες της εσωτερικής επιφάνειας, το σημείο δρόσου, ο παράγοντας fRsi, η θερμοπερατότητα της τομής και η θερμική διαστολή του αλουμινίου.
Η εναλλαγή μεταξύ των καταστάσεων «Με θερμοδιακοπή» και «Χωρίς» καθιστά ορατή τη λειτουργία της θερμοδιακοπής ως θερμικού φραγμού στο προφίλ αλουμινίου και την επίδρασή της στη θερμοκρασία της εσωτερικής επιφάνειας και στον κίνδυνο συμπύκνωσης. Τα έτοιμα σενάρια (π.χ. «Χειμώνας · Φλώρινα», «Καύσωνας · Αθήνα», «Μελτέμι · Κυκλάδες», «Τυφώνας») επιτρέπουν την άμεση εξέταση χαρακτηριστικών συνθηκών. Ρυθμίστε τα χειριστήρια στη δεξιά στήλη, πατήστε στον εξωτερικό χώρο για ριπή ανέμου και περάστε τον δείκτη πάνω από την τομή για να δείτε τοπικές θερμοκρασίες.
Πατήστε στον εξωτερικό χώρο για ριπή ανέμου · περάστε τον δείκτη πάνω από την τομή για να δείτε θερμοκρασίες
Σχηματικό Ενδεικτική προσομοίωση με τυπικές ιδιότητες υλικών, για την κατανόηση της θερμοδιακοπής και της ανεμοπίεσης. Δεν αποτελεί μέτρηση, πιστοποιημένο υπολογισμό (EN ISO 10077-2, EN 12210) ή αποτέλεσμα του ερευνητικού έργου. Το βάθος της τομής και η κάμψη του τζαμιού εμφανίζονται μεγεθυμένα.
Στόχος του παραδοτέου
Στόχος του Παραδοτέου Π1 είναι η ανάπτυξη και τεκμηρίωση καινοτόμου αλγορίθμου τεχνητής νοημοσύνης και συναφών υπολογιστικών εργαλείων για την επεξεργασία, συσχέτιση και αξιοποίηση των πειραματικών και υπολογιστικών δεδομένων που παρήχθησαν κατά την υλοποίηση του έργου.
Η ερευνητική δραστηριότητα αποσκοπεί στη διερεύνηση της δυνατότητας πρόβλεψης της συμπεριφοράς συστημάτων αλουμινίου διαφορετικών γεωμετριών και συνδυασμών υλικών ως προς την πυραντίσταση, τη θερμική συμπεριφορά και τη θερμοδιακοπή, την ηχομείωση και τη μηχανική αντοχή.
Επιστημονική & τεχνολογική αβεβαιότητα
Η ανάπτυξη του αλγορίθμου δεν βασίστηκε στην εφαρμογή μίας προκαθορισμένης και εκ των προτέρων γνωστής λύσης. Κατά την έναρξη της έρευνας δεν ήταν γνωστό:
- εάν τα πειραματικά και υπολογιστικά δεδομένα διαφορετικής προέλευσης μπορούν να συσχετιστούν με επαρκή αξιοπιστία,
- ποιες γεωμετρικές και υλικές παράμετροι επηρεάζουν περισσότερο την τελική απόκριση των συστημάτων,
- εάν τα αριθμητικά δεδομένα των προσομοιώσεων μπορούν να αξιοποιηθούν από κοινού με πραγματικά αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών,
- εάν είναι δυνατή η αναγνώριση γενικεύσιμων σχέσεων μεταξύ της γεωμετρίας και της συμπεριφοράς των συστημάτων,
- ποιος βαθμός απόκλισης μεταξύ πειραματικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων είναι δυνατόν να αντιμετωπιστεί μέσω της αλγοριθμικής επεξεργασίας και
- εάν τα αναπτυσσόμενα μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς γεωμετρικών διαμορφώσεων που δεν έχουν προηγουμένως εξεταστεί πειραματικά.
Δεδομένα εισόδου
Για την ανάπτυξη και αξιολόγηση των αλγοριθμικών μοντέλων αξιοποιήθηκαν δεδομένα που προέκυψαν από τις επιμέρους Ενότητες Εργασίας του έργου και ειδικότερα:
3.1 Γεωμετρικά δεδομένα CAD
Αξιοποιήθηκαν παραμετρικά και υψηλής ακρίβειας γεωμετρικά μοντέλα συστημάτων αλουμινίου διαφορετικών:
Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά χρησιμοποιήθηκαν ως βασικές παράμετροι περιγραφής των εξεταζόμενων συστημάτων.
3.2 Υπολογιστικά δεδομένα CAE
Αξιοποιήθηκαν αποτελέσματα από υπολογιστικά μοντέλα και προσομοιώσεις CAE με μεθόδους πεπερασμένων στοιχείων και ισογεωμετρικής ανάλυσης. Τα υπολογιστικά δεδομένα αφορούσαν ιδίως:
καθώς και τη συμπεριφορά των συστημάτων υπό διαφορετικές συνθήκες φόρτισης.
3.3 Πειραματικά δεδομένα
Στην ερευνητική διαδικασία ενσωματώθηκαν αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών και μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν στις εγκαταστάσεις της ΕΞΑΛΚΟ Α.Ε. και από εξωτερικούς εξειδικευμένους φορείς δοκιμών.
Τα πειραματικά δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν ως δεδομένα αναφοράς για την αξιολόγηση των υπολογιστικών και αλγοριθμικών προβλέψεων.
Ερευνητική μεθοδολογία ανάπτυξης
Η ανάπτυξη του αλγορίθμου τεχνητής νοημοσύνης πραγματοποιήθηκε επαναληπτικά και περιέλαβε επτά στάδια.
Η συνολική ερευνητική διαδικασία
Υπολογιστικά εργαλεία
Στο πλαίσιο του Παραδοτέου Π1 αναπτύχθηκαν συναφή υπολογιστικά εργαλεία που υποστηρίζουν:
Την οργάνωση των δεδομένων του έργου.
Την επεξεργασία των πειραματικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων.
Τη συσχέτιση γεωμετρικών παραμέτρων με την τελική απόκριση.
Την αξιολόγηση κρίσιμων παραμέτρων.
Την εκτέλεση των αλγοριθμικών μοντέλων.
Τη σύγκριση προβλέψεων και πραγματικών ή υπολογιστικών αποτελεσμάτων.
Την παραγωγή προβλέψεων για νέες γεωμετρικές διαμορφώσεις και συνδυασμούς υλικών.
Αποτελέσματα
Μέσω της υλοποίησης της ΕΕ7 και της αξιοποίησης των αποτελεσμάτων των υπολοίπων Ενοτήτων Εργασίας αναπτύχθηκε ένα ενιαίο αλγοριθμικό και υπολογιστικό πλαίσιο για την ανάλυση της συμπεριφοράς των εξεταζόμενων συστημάτων αλουμινίου.
Η ερευνητική δραστηριότητα:
- επέτρεψε τη συσχέτιση γεωμετρικών, υπολογιστικών και πειραματικών δεδομένων,
- υποστήριξε την αναγνώριση κρίσιμων παραμέτρων που επηρεάζουν την απόκριση των συστημάτων,
- επέτρεψε τη διερεύνηση σύνθετων σχέσεων μεταξύ γεωμετρίας, υλικών και συνθηκών εφαρμογής,
- δημιούργησε τη δυνατότητα υπολογιστικής διερεύνησης νέων σχεδιαστικών διαμορφώσεων,
- παρείχε μηχανισμό σύγκρισης υπολογιστικών, πειραματικών και αλγοριθμικών αποτελεσμάτων και
- συνέβαλε στον περιορισμό της αρχικής επιστημονικής και τεχνολογικής αβεβαιότητας ως προς τη δυνατότητα πρόβλεψης της συμπεριφοράς νέων συστημάτων αλουμινίου.
Σύνδεση με τις Ενότητες Εργασίας
Το Παραδοτέο Π1 αποτελεί κυρίως αποτέλεσμα των:
| Ενότητα | Αντικείμενο | Ρόλος στο Π1 |
|---|---|---|
| ΕΕ5 | Ανάπτυξη προηγμένων γεωμετρικών μοντέλων CAD | Κύρια πηγή |
| ΕΕ6 | Ανάπτυξη και εφαρμογή υπολογιστικών μοντέλων CAE | Κύρια πηγή |
| ΕΕ7 | Ανάπτυξη καινοτόμων αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης | Κύρια πηγή |
| ΕΕ1 – ΕΕ4 | Ενότητες παραγωγής πειραματικών και υποστηρικτικών δεδομένων | Δεδομένα & επαλήθευση |
| ΕΕ8 | Ενότητα παραγωγής πειραματικών και υποστηρικτικών δεδομένων | Δεδομένα & επαλήθευση |
Οι ονομαστικοί τίτλοι των ΕΕ1 – ΕΕ4 και ΕΕ8 συμπληρώνονται από τον επίσημο φάκελο του έργου.
Τεκμήρια υλοποίησης
Η υλοποίηση του Παραδοτέου Π1 τεκμηριώνεται από:
- τα αναπτυχθέντα γεωμετρικά μοντέλα και σχέδια CAD,
- τα αποτελέσματα των υπολογιστικών αναλύσεων CAE,
- τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών και μετρήσεων,
- τις συγκρίσεις πειραματικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων,
- τα αναπτυχθέντα αλγοριθμικά μοντέλα και
- τα συναφή υπολογιστικά εργαλεία ανάλυσης και πρόβλεψης.
Διαδικτυακή παράδοση
Το Παραδοτέο Π1 παραδίδεται αποκλειστικά σε διαδικτυακή μορφή, μέσω ειδικά διαμορφωμένης ενότητας της ιστοσελίδας του έργου:
Η ανωτέρω διαδικτυακή ενότητα αποτελεί το κύριο Παραδοτέο Π1 και περιλαμβάνει την παρουσίαση και τεκμηρίωση του αναπτυχθέντος αλγορίθμου τεχνητής νοημοσύνης και των συναφών υπολογιστικών εργαλείων ανάλυσης και πρόβλεψης της συμπεριφοράς συστημάτων αλουμινίου.