In this paper we introduce JuliaSim, a high-performance programming environment designed to blend traditional modeling and simulation with machine learning. JuliaSim can build accelerated surrogates from component-based models, such as those conforming to the FMI standard, using continuous-time echo state networks (CTESN). The foundation of this environment, ModelingToolkit.jl, is an acausal modeling language which can compose the trained surrogates as components within its staged compilation process. As a complementary factor we present the JuliaSim model library, a standard library with differential-algebraic equations and pre-trained surrogates, which can be composed using the modeling system for design, optimization, and control. We demonstrate the effectiveness of the surrogate-accelerated modeling and simulation approach on HVAC dynamics by showing that the CTESN surrogates accurately capture the dynamics of a HVAC cycle at less than 4\% error while accelerating its simulation by 340x. We illustrate the use of surrogate acceleration in the design process via global optimization of simulation parameters using the embedded surrogate, yielding a speedup of two orders of magnitude to find the optimum. We showcase the surrogate deployed in a co-simulation loop, as a drop-in replacement for one of the coupled FMUs, allowing engineers to effectively explore the design space of a coupled system. Together this demonstrates a workflow for automating the integration of machine learning techniques into traditional modeling and simulation processes.


翻译:在本文中,我们介绍朱丽亚-西蒙,这是一个高性能的编程环境,旨在将传统的模型和模拟与机器学习相结合。朱丽亚-西蒙可以使用连续时间回声状态网络(CTESN),从基于组件的模型(如符合FMI标准的模型)中,从符合FMI标准的模型(如,使用连续时间回声状态网络(CTESN)建立加速代孕。这种环境的基础“模拟Toolkit.jl”是一种由外演模型语言构成的外演模型,可以将经过训练的代孕器作为分阶段汇编过程的组成部分。作为补充因素,我们介绍了朱丽亚-西蒙模型库,这是一个带有差异性等同方方方程式的标准图书馆,可以使用用于设计、优化和控制的模型(如符合FMI标准的模型),来建立加速代孕模型和模拟方法。我们展示了代孕模型的功效,即模拟模型在4 ⁇ 误误误误误差中准确捕HVAC周期周期的动态,同时加速模拟340x。我们演示了在设计过程中采用代孕加速加速加速程序,通过全球模拟模拟模型的模拟参数,利用嵌化模型的模拟参数的模拟参数,将嵌置化模型的模拟过程的模拟过程进行模拟,从而展示一个模拟升级的升级,从而展示一个机极速递化的系统,从而展示了双级的机极速率的系统。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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