Aircraft industry is constantly striving for more efficient design optimization methods in terms of human efforts, computation time, and resource consumption. Hybrid surrogate optimization maintains high results quality while providing rapid design assessments when both the surrogate model and the switch mechanism for eventually transitioning to the HF model are calibrated properly. Feedforward neural networks (FNNs) can capture highly nonlinear input-output mappings, yielding efficient surrogates for aircraft performance factors. However, FNNs often fail to generalize over the out-of-distribution (OOD) samples, which hinders their adoption in critical aircraft design optimization. Through SmOOD, our smoothness-based out-of-distribution detection approach, we propose to codesign a model-dependent OOD indicator with the optimized FNN surrogate, to produce a trustworthy surrogate model with selective but credible predictions. Unlike conventional uncertainty-grounded methods, SmOOD exploits inherent smoothness properties of the HF simulations to effectively expose OODs through revealing their suspicious sensitivities, thereby avoiding over-confident uncertainty estimates on OOD samples. By using SmOOD, only high-risk OOD inputs are forwarded to the HF model for re-evaluation, leading to more accurate results at a low overhead cost. Three aircraft performance models are investigated. Results show that FNN-based surrogates outperform their Gaussian Process counterparts in terms of predictive performance. Moreover, SmOOD does cover averagely 85% of actual OODs on all the study cases. When SmOOD plus FNN surrogates are deployed in hybrid surrogate optimization settings, they result in a decrease error rate of 34.65% and a computational speed up rate of 58.36 times, respectively.


翻译:混合替代优化保持高成果质量,同时提供快速设计评估,同时在替代模型和最终过渡到高频模型的开关机制都经过适当校准时提供快速设计评估。进fforward神经网络(FNNN)可以捕捉高度非线性输入输出图,产生高效的飞机性能因素替代机器人。然而,FNN往往无法在人的努力、计算时间和资源消耗方面采用效率更高的设计优化方法。但是,FNN往往无法在超出分配(OOOOD)的样本中加以推广,从而阻碍在关键飞机设计优化中采用这种样本。通过SMOOOD,我们建议与优化的FNNG(F)相比,根据一个基于常规不确定性的测算制方法,利用基于高频模拟的内在光滑性能特性,通过披露其可疑的敏感度,从而避免对OODA样本进行过度的不确定性估计。我们通过SMOD(SOM)基于平稳的运行率,通过SOM(SO)的准确性能评估,在SO(SO)的运行结果分析中,仅通过SOD(SOD)结果的更精确性评估时间。

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