"我們的每一個產品(導彈,戰(zhàn)斗機等),其突破性進展都是在JMP的幫助下實現的。"——Dimitri Mavris 宇航系統(tǒng)研發(fā)實驗室(ASDL) 喬治亞科技中心總監(jiān)
通過交互分析找到關鍵因素(Exploring options interactively)
在NASA, 一些基于物理學的計算方法還不錯,但是那些方法一來運行費用很昂貴,二來沒法在實時環(huán)境里面運行。然而高效的研發(fā)要求人們必須工具實時(檢驗或者生產)建模的結果作出快速決策。 那么Mavris的挑戰(zhàn)就是,他的團隊如何通過交互分析找到關鍵因素呢?尤其當運行一個設計假設需要好幾個小時的時候? 答案是:Surrogate Modeling(替代建模). 正如字面所揭示的那樣,替代建??梢悦枋霭嘿F的物理建模、專有數學模型以及高強度的模擬仿真。
替代建模實際上已經成為ASDL在大型項目、保密項目中的標準溝通語言。如果工程師分析所有實時參數,那么所有供應商和研發(fā)合作機構就不得不彼此分享他們的專利/產權信息:而這些是大多數公司所不愿意提供的。這樣的背景下,替代建模是一個安全的共享信息的方法,同時又不必擔心關鍵信息泄漏:因為這些模型沒法被反向破解。
想象一下一個大型開發(fā)項目,政府投入了巨額資金,但是好多年過去了仍然沒有成品……這樣的研發(fā)最頭疼。 工程師不應該被目前的參數所限制,而且,這些“當前參數”很容易被生產線迅速更新,而變成“過期參數”。研發(fā)人員應該更多使用變量而非常量去對產品的特性進行考察。因此,變量的多少和變量的代表性對產品研發(fā)大有影響。 Mavris說,“通常我們需要處理的變量非常多。大量變量組成了巨大的數據集。JMP的替代建模方法可以輕易處理大批量數據,找到規(guī)律性的模型,大大加速了數據分析的效率”
采用過濾型蒙特卡洛(Filtered Monte Carlo in action)
ASDL的另一種重要的建模方式:過濾型蒙特卡洛。高級研究員Pat Biltgen演示了將JMP應用于包括空襲飛行器和防空掩護在內的軍事目標模擬。這樣做的目的是了解武器系統(tǒng)是如何瞄準目標,成功系統(tǒng)的特質又是如何。此項研究的技術核心問題是需要快速地執(zhí)行概率分析和將復雜的大型分析結果可視化可視化。
在替代建模的理念指導下,應用基于物理學高度近似的設計工具能夠迅速地創(chuàng)建出要點設計方案。替代建模還能夠使高速運作的蒙特卡洛模擬幾乎同步進行。這兩項技術的整合使基于能力的設計和技術探索成為可能。使用子系統(tǒng)層面的輸入參數的均勻分布,使得計劃設計方案在整個系統(tǒng)層面上的效率可以得到快速評估。 然后,通過添加最高層面的限制條件和識別系統(tǒng)、子系統(tǒng)等各層面的遺留方案,過濾型蒙特卡洛技術被用于“過濾”或減少成百上千的解決方案的數量。
現在,這個工作已從探索一個復雜的多維數學空間轉變?yōu)楸憬菘焖俚哪M數據庫查詢。即使存在數十萬級的點,工程師們也可以從各個方向用圖形的方式,如散點圖矩陣,觀察到所有的可能性。之后,他們開始處理這些點,選中合適的,排除不合適的,直到圈定點所組成的機會空間滿足他們的要求。
普通的描述一般至多只能在同一時刻展示三維變量,而過濾型蒙特卡洛展示了更多維度的機會。每一個點就象一個探針,沒有被現有限制條件排斥在外的各個保留點都會有進一步的定義機會。這正是ASDL研發(fā)工程師們所追尋的功能。數據優(yōu)化只能找到一種解決方案,但過濾型蒙特卡洛會找到高度可行的整合方案。它會提供多種選擇,因為畢竟存在多種方式去實現目標。
在這類研究中的另一項技術是曲面刻畫特征,它能夠生成一個三維“立方體”,演繹由替代模型捕獲的參數曲面。談起在空軍模擬中團隊所展現的64種離散