AI를 활용한 CFD 발전: NASA 소프트웨어 생태계의 대리 모델링 접근 방식
NASA 고급 모델링 및 시뮬레이션 세미나 시리즈에서 Rescale의 프레젠테이션을 통해 얻은 통찰력
고충실도 시뮬레이션은 항공우주 혁신의 핵심이지만, 복잡한 전산유체역학(CFD) 및 유한요소해석(FEA) 솔버는 완료하는 데 며칠이 걸릴 수 있습니다. 이러한 긴 런타임은 탐색 가능한 설계 변형의 수를 제한하여 발견 속도를 늦춥니다. AI 기반 대리 모델고충실도 시뮬레이션 데이터로 구축된 획기적 혁신을 제공합니다. 최대 1,000배 더 빠른 초고속 시뮬레이션 예측은 "AI 피직스” 디자인 탐구와 혁신의 새로운 지평을 여는 방법.
안에 최근 세미나 of NASA 고급 모델링 및 시뮬레이션(AMS) 세미나 시리즈, Viktor Rozsa, 솔루션 아키텍트 Rescale에서는 Rescale 고객이 다음과 같은 것을 좋아하는지 보여주었습니다. 붐 초음속 AI 물리 프레임워크와 NASA 시뮬레이션 소프트웨어를 결합하여 디지털 엔지니어링 워크플로를 획기적으로 변화시키고 있습니다. Rescale은 미국 공공 및 민간 부문 기업에서 사용하는 NASA 개발 소프트웨어를 지원하여 엔지니어가 고급 시뮬레이션 기술을 쉽게 도입하고, 데이터를 분석하고, 이 웨비나에서 논의된 것과 같은 새로운 AI 기법을 개발할 수 있도록 지원합니다.
AMS 세미나 시리즈: NASA 모델링 및 시뮬레이션 커뮤니티가 연결되는 곳
주최 NASA 첨단 슈퍼컴퓨팅(NAS) 시설의 계산 항공 과학 분야AMS 시리즈는 정부, 학계, 업계 전문가들의 주간 강연으로 구성됩니다. 각 세션에서는 엔지니어링 및 과학 분야에 광범위한 영향을 미칠 수 있는 모델링 및 시뮬레이션 분야의 발전을 다룹니다. 2011년 시작된 이후, 이 세미나 시리즈는 항공우주 공학 및 과학 연구에 중점을 두었으며, NASA의 고급 항공우주 모델링 소프트웨어 생태계와 다음과 같은 도구를 자주 강조해 왔습니다. FUN3D, 과다, 카트3D글렌데일 CAPE 최첨단 연구 및 설계를 위한 고성능 컴퓨팅 기반을 제공합니다. 발표자는 일반적으로 선도적인 연구원, 엔지니어, 소프트웨어 개발자로 구성되며, 다음과 같은 주제에 대해 발표합니다. 메시 적응 난류 모델링 AI 강화 CFD 및 고성능 컴퓨팅 워크플로우.
디자인 공간 탐색의 병목 현상 해소
항공우주 시스템 설계는 양력, 항력, 구조 하중 등 수백만 가지 변수의 조합을 가늠하여 최적의 성능을 내는 설계를 찾는 것을 의미합니다. 이처럼 다양한 가능성과 상충 관계를 "설계"라고 부르기도 합니다. 트레이드스페이스.” 기존 시뮬레이션 방식으로 각 시나리오를 실행하면 상당한 고성능 컴퓨팅 리소스가 소모되어 하드웨어를 며칠 동안 묶어두게 되어 잠재적 설계의 일부만 현실적으로 테스트할 수 있습니다. 이러한 트레이드스페이스 병목 현상은 새로운 형태, 구성 및 작동 조건을 탐색하는 능력을 제한합니다. AI 기반 서로게이트는 시뮬레이션 데이터로부터 학습하고 거의 실시간으로 결과를 예측하여 이를 극복하고, 엔지니어는 동일한 컴퓨팅 예산 내에서 훨씬 더 많은 트레이드스페이스를 탐색할 수 있습니다.
그래프 신경망: 메시 기반 서로게이트의 기반
그래프 신경망(GNN) 물리 시스템을 그래프로 표현하는데, 노드는 메시 점에 대응하고 에지는 공간 관계를 인코딩하며, 이는 압력이나 속도와 같은 국소적 속성을 포함하는 경우가 많습니다. GNN은 노드 간에 반복적으로 메시지를 전달함으로써 물리 기반 시뮬레이션에 중요한 공간 관계를 포착합니다. MeshGraphNets(MGN) 이 접근법을 적용하면 메시를 잠재 공간에 인코딩하고, 여러 메시지 전달 단계를 거쳐 처리한 후, 예측된 물리 필드로 다시 디코딩하여 기존 솔버보다 최대 100배 빠른 속도를 달성하는 동시에 경우에 따라 로컬 오류를 약 10% 수준으로 유지할 수 있습니다. 이와는 대조적으로, DoMINO(분해 가능한 다중 스케일 반복 신경 연산자) 메시 없는 신경 연산자입니다. NVIDIA PhysicsNemo 고정된 메시에 의존하지 않고 여러 스케일의 포인트 클라우드에서 직접 패턴을 학습하여 재교육 없이도 빠른 학습과 새로운 기하 구조에 대한 적응이 가능합니다.
항공우주 및 그 외 다양한 분야에 적용 가능
이러한 접근 방식의 장점은 단일 항공기 연구를 넘어 확장됩니다. 대리 모델은 다음과 같은 잠재력을 가지고 있습니다. 공기역학적 최적화, 열 관리, 구조 분석및 다중물리 설계 과제를 해결합니다. 이러한 과제는 특히 빠른 반복이 필수적인 워크플로우에서 매우 효과적입니다. 예를 들어, 기존과 다른 날개 구성 탐색, 재진입체용 방열판 설계 개선, 성능과 안전성을 모두 고려한 동체 구조 최적화 등이 있습니다.
Rescale 세미나에서 선보인 한 시연에서는 보잉 787의 정상 상태 CFD 시뮬레이션을 사용하여 MGN 모델을 학습시켜 공기역학 계수와 국소 유동 변수를 예측했습니다. 학습이 완료되면, 대리 해석은 거의 실시간으로 결과를 제공하여 컴퓨팅 비용 증가 없이 최대 50배 더 많은 설계 반복을 가능하게 했습니다. DoMINO는 초음속 항공기의 구조 및 공기역학 최적화에도 유사하게 적용되어 안전 마진을 유지하면서 질량을 줄일 수 있는 가능성을 보여주었습니다.
효과적인 대리자를 위한 전략
성공적인 대리 모델은 모델이 직면하게 될 다양한 지오메트리, 조건 및 시나리오를 포괄하는 고품질 지상 실측 시뮬레이션에서 시작됩니다. 정확하고 일관된 데이터는 매우 중요합니다. 이름 오류, 태그 누락, 비정형 로그와 같은 문제는 성능을 저해할 수 있습니다. Rescale의 데이터 레이크하우스는 이러한 문제를 다음과 같이 해결합니다. 메타데이터 캡처 표준화 따라서 주요 매개변수는 항상 기록되고 결과에 연결됩니다. 견고한 데이터 기반을 바탕으로 신중하게 하이퍼 파라미터 튜닝학습률, 레이어 크기, 배치 크기와 같은 설정을 조정하는 것은 정확도, 속도, 일반화의 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다. NASA 사례 연구 견고한 시뮬레이션 데이터와 최적화된 하이퍼파라미터를 결합하면 서로게이트를 통해 빠르고 신뢰할 수 있는 예측을 제공하고, 이를 통해 자신감 있는 엔지니어링 결정을 내릴 수 있음을 보여줍니다.
NASA 소프트웨어 사용자를 위한 Rescale의 장점
사용하는 조직의 경우 NASA 흐름 솔버, Rescale의 호출 NASA CAPE(계산 항공 과학 생산성 및 실행) FUN3D, OVERFLOW 또는 Cart3D의 기존 워크플로에 직접 통합됩니다. 각 시뮬레이션 실행 후 Rescale은 마하, 영각, 지오메트리 식별자, 양력, 항력, 잔여 이력 등 솔버 입력 및 출력을 자동으로 추출하여 표준화된 메타데이터 레코드로 포맷합니다. 이 레코드는 Rescale의 데이터 레이크하우스에 수집되어 완전한 데이터 추적성이 프로세스는 기존 CAE 파이프라인을 방해하지 않고 투명하게 작동합니다. 데이터세트 어셈블리를 자동화함으로써 수동 파일 정리의 필요성을 없애고 Rescale AI의 학습 세트 생성 속도를 높여 운영 CFD 실행에서 바로 대리 모델을 개발할 수 있습니다.
산업 전반에 걸쳐 대리자 배포 및 확장
항공우주, 자동차, 에너지, 제조 등 복잡한 시뮬레이션이 병목 현상을 일으키는 분야에서 일하는 엔지니어라면 서로게이트 모델을 진지하게 고려해 볼 가치가 있습니다. 더 많은 설계 매개변수를 탐색하거나, 시뮬레이션 시간을 몇 주에서 몇 시간으로 단축하거나, 더 빠른 데이터 기반 의사 결정을 내리려는 경우 AI 기반 서로게이트는 큰 이점을 제공할 수 있습니다. MGN과 같은 메시 기반 방법은 일관된 워크플로를 위해 높은 정확도를 제공하는 반면, DoMINO와 같은 메시 없는 방식은 설계 또는 조건이 변경될 때 더 큰 유연성을 제공합니다. 핵심은 적절한 접근 방식과 고품질 시뮬레이션 데이터, 스마트 워크플로 통합, 그리고 조정된 하이퍼파라미터를 결합하여 속도와 안정성을 모두 확보하는 것입니다.
이러한 기본 요소가 갖춰지면 AI 강화 시뮬레이션을 통해 설계 프로세스를 혁신하고 더 빠른 반복, 심층적인 트레이드스페이스 탐색, 더 나은 엔지니어링 결과를 얻을 수 있습니다. AMS 세미나 전체 녹화 영상을 시청하세요 이러한 방법을 더 깊이 있게 살펴보고, 실제 업무에 적용할 수 있는 시연 및 성능 비교를 통해 배우세요. 세미나를 시청하고 Rescale에 문의하세요 CFD 데이터에서 고성능 AI 서로게이트를 구축하는 방법을 알아보고 오늘부터 시뮬레이션 워크플로를 가속화하세요.
