Topology Optimization seeks to find the best design that satisfies a set of constraints while maximizing system performance. Traditional iterative optimization methods like SIMP can be computationally expensive and get stuck in local minima, limiting their applicability to complex or large-scale problems. Learning-based approaches have been developed to accelerate the topology optimization process, but these methods can generate designs with floating material and low performance when challenged with out-of-distribution constraint configurations. Recently, deep generative models, such as Generative Adversarial Networks and Diffusion Models, conditioned on constraints and physics fields have shown promise, but they require extensive pre-processing and surrogate models for improving performance. To address these issues, we propose a Generative Optimization method that integrates classic optimization like SIMP as a refining mechanism for the topology generated by a deep generative model. We also remove the need for conditioning on physical fields using a computationally inexpensive approximation inspired by classic ODE solutions and reduce the number of steps needed to generate a feasible and performant topology. Our method allows us to efficiently generate good topologies and explicitly guide them to regions with high manufacturability and high performance, without the need for external auxiliary models or additional labeled data. We believe that our method can lead to significant advancements in the design and optimization of structures in engineering applications, and can be applied to a broader spectrum of performance-aware engineering design problems.


翻译:拓扑优化旨在寻找满足一系列约束条件的同时最大化系统性能的最佳设计。传统的迭代优化方法(如SIMP)计算成本高昂且易于陷入局部最优,限制了其在复杂或大规模问题中的适用性。基于学习的方法已被开发用于加速拓扑优化过程,但这类方法在面临分布外约束配置时可能产生带有浮动材料且性能低下的设计。近年来,以约束和物理场为条件的深度生成模型(如生成对抗网络和扩散模型)展现出了潜力,但需要大量预处理和代理模型来提升性能。为解决这些问题,我们提出了一种生成式优化方法,将经典优化方法(如SIMP)作为深度生成模型所生成拓扑的细化机制。同时,我们借鉴经典常微分方程解法的思路,采用计算成本低廉的近似方法,消除了对物理场条件的依赖,并减少了生成可行且高性能拓扑所需的步骤数。我们的方法能够高效生成优质拓扑,并显式引导其走向高制造性与高性能区域,无需外部辅助模型或额外标注数据。我们相信,该方法可推动工程应用中结构设计与优化的显著进展,并适用于更广泛的性能感知工程优化问题。

0
下载
关闭预览

相关内容

神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
35+阅读 · 2020年4月15日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月5日
Arxiv
46+阅读 · 2022年9月6日
Arxiv
19+阅读 · 2022年7月29日
Arxiv
11+阅读 · 2018年3月23日
VIP会员
最新内容
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:33
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:43
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:38
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:32
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:21
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员