In recent years, the use of machine learning-based surrogate models for computational fluid dynamics (CFD) simulations has emerged as a promising technique for reducing the computational cost associated with engine design optimization. However, such methods still suffer from drawbacks. One main disadvantage of is that the default machine learning (ML) hyperparameters are often severely suboptimal for a given problem. This has often been addressed by manually trying out different hyperparameter settings, but this solution is ineffective in a high-dimensional hyperparameter space. Besides this problem, the amount of data needed for training is also not known a priori. In response to these issues that need to be addressed, the present work describes and validates an automated active learning approach, AutoML-GA, for surrogate-based optimization of internal combustion engines. In this approach, a Bayesian optimization technique is used to find the best machine learning hyperparameters based on an initial dataset obtained from a small number of CFD simulations. Subsequently, a genetic algorithm is employed to locate the design optimum on the ML surrogate surface. In the vicinity of the design optimum, the solution is refined by repeatedly running CFD simulations at the projected optimum and adding the newly obtained data to the training dataset. It is demonstrated that AutoML-GA leads to a better optimum with a lower number of CFD simulations, compared to the use of default hyperparameters. The proposed framework offers the advantage of being a more hands-off approach that can be readily utilized by researchers and engineers in industry who do not have extensive machine learning expertise.


翻译:近年来,计算流体动力学(CFD)模拟利用基于机器学习的代用模型,作为计算流体动力学(CFD)模拟模型的利用,已成为减少与发动机设计优化有关的计算成本的一个大有希望的技术,然而,这些方法仍然有缺陷,其中的一个主要缺点是默认机器学习(ML)超参数对于某个特定问题来说往往极不理想,这往往通过人工尝试不同的超参数设置来解决,但在高维超参数空间中,这一解决方案是无效的。除了这个问题之外,培训所需的数据数量也并非事先所知的。针对需要解决的问题,目前的工作描述和验证了自动主动学习方法,即AutML-GA, 用于内部燃烧引擎的代用代用。在这个方法中,巴伊斯优化技术用来找到基于从少量CFD模拟中获得的初始数据集的最佳机器学习超参数。随后,广泛采用遗传算法将设计最优化地定位在ML顶端表面。在设计最优化的自动学习方法的AUDL-GA-GA中,通过优化的优化的模拟方法,不断完善地使用AFML-C-C-SDMD的模拟方法,在设计中进行最佳的模拟中进行优化的更新。

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