Программная система для прототипирования лопаток газовых турбин с использованием суррогатных моделей и бессерверных контейнеров в облаке

Оптимизация конструкции лопаток газовых турбин — это сложная мультидисциплинарная задача, требующая ресурсоемких физических расчетов. Для их выполнения применяют множество инженерных программных пакетов, часто вместе с суррогатными моделями машинного обучения в целях быстрого прототипирования. Однако на данный момент эффективная интеграция широкого спектра программного обеспечения (ПО) в цикле оптимизации остается актуальной проблемой ввиду трудоемкости установки и настройки компонентов, привязки к конкретным поставщикам ПО, а также недостатка масштабируемости и автоматизации вычислительных конвейеров. В данной статье предлагается оригинальная архитектура системы, основанная на использовании облачных сервисов и контейнеризованных компонентов с целью построения гибких вычислительных конвейеров для инженерной оптимизации. Предлагаемое решение включает в себя применение бессерверных вычислений на контейнерах и асинхронный обмен сообщениями, что вместе с использованием типовых облачных ресурсов позволяет обеспечить масштабируемость, переносимость и устойчивость системы. Кроме того, в ней применяется подход MLOps для эффективной организации жизненного цикла суррогатных моделей, что повышает качество и повторяемость результатов машинного обучения. Предложенное решение превосходит существующие благодаря простоте интеграции разнообразного ПО в цикле оптимизации и простоте в установке для пользователей, а также минимизирует зависимость от конкретных поставщиков за счет использования только открытого и свободно распространяемого ПО и стандартных облачных ресурсов. Проведенные эксперименты по оптимизации аэродинамики лопаток газовых турбин позволили убедиться в масштабируемости и отказоустойчивости системы, а также в ее применимости для быстрого прототипирования с использованием суррогатных моделей. Более того, гибкость разработанной системы и расширяемость ее архитектуры открывают возможности по применению предложенного решения и в других задачах инженерной оптимизации, не ограничиваясь проектированием лопаток газовых турбин.