JMP在佐治亚理工学院科研和教学中的应用

2010-03-23 13:44:43来源: EEWORLD

      佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)是美国顶尖的理工类高等学府之一,该校的航空航天和工业工程/制造工程等专业在美国大学中首屈一指。佐治亚理工学院下属的航空系统设计实验室(Aerospace Systems Design Laboratory,以下简称ASDL)更是承担了众多的重大科研项目,如帮助国会制定登陆月球、火星的预算,帮助美国空军研发时速最快、航程最远的新一代战斗机,帮助航空制造公司攻克设计超音速商用飞机的技术壁垒等等。

      航空航天的系统设计非常复杂,交互影响的作用非常关键,因此,合作规划比其他的工程学科更加重要——而这正是ASDL所需要做、而且只有它才能做的工作,佐治亚理工学院在全球范围内在该领域处于领先地位。

      为了有效地协助政府、军事、企业等不同类型的组织研制出世界最先进的航空航天工程系统,提高安全性,降低飞行成本和环境污染,ASDL主任Dimitri Mavris、Michelle Kirby和他的团队潜心研究,最终选择使用最先进的六西格玛软件暨质量管理软件JMP作为实验室在统计分析领域的标准工具,协助研究人员实现上述目标。

      Mavris最早接触JMP是在一个偶然的机会中看到了JMP软件在生命科学领域的一次演示,他立刻被JMP强大的可视化功能所震撼,敏感的他联想到JMP的交互性分析和数据可视化功能其实完全可以应用在航空航天的复杂系统中,指引他的团队开展实验。而且,这样就不用再花费精力自行开发什么分析工具,或者再试用和比较其他同类软件了。Mavris发现,JMP比他们之前所用过的所有工具都要强大百倍。

      为了充分发挥JMP的图形化优势,ASDL还前所未有地为JMP创建了一个特殊的使用环境:用12个屏幕拼建了一个10英尺高、18英尺宽的巨幅多媒体墙。为什么要这么大?因为模型中的变量数很多,只有这样的巨幅显示屏才会让所有的研究人员看清和理解整个系统模型,而且不需要翻页。
不少基于物理学的动态计算模型(例如来自美国宇航局NASA的模型)都非常昂贵,不能轻易地运行实验。怎样才能改变需要几个小时才能执行一次物理实验的传统模式,轻轻松松就能改变研究选项呢?答案就是:替代模型!这种方法可以用来替代昂贵的物理模型、独特的数学模型或者是计算机模拟。

      实际上,替代模型已经成为ASDL大型保密性项目的沟通工具。因为在这种项目中,所有工程技术参数的共享是非常困难的,而替代模型就成了一种分享信息的安全手段。而且这些模型不能被反向提取工程参数,所以就避免了政策上的纠纷和争执。有时侯,如果研究的对象已经多年未曾生产,工程师们就不能局限于当前所能看到的技术参数值。相反,他们应当将这些参数从常数改为变量,而总体规划师也应当知道未来的变化会如何。

      在具有大量数据和变量的条件下,替代模型可以让研究人员看到总体情况而不仅仅是一些局部细节,从而加速了项目进程。所以,目前都是先运行替代模型,然后再运行规模更大、精度也更高的数学模型。

      ASDL中的另一个重要的建模工具是过滤的蒙特卡罗模拟。一个典型的例子是JMP曾经被用在一个包括空军攻击机和防空保护系统的军事目标模拟中。这个军事目标模拟的目的是观察武器系统是如何渗透到目标的,以及成功系统具有哪些特点。这项研究的难点是如何能够快速地进行概率分析以及如何将复杂的多维结果可视化。

      在JMP软件中的替代统计模型和过滤的蒙特卡罗模拟这两个关键技术工具的协助下,推荐方案的有效性被快速验证,成百上千种备选方案最终只剩下不到十种。然后再用多维散点图矩阵图形化展示所有的可能性,最终找到最令人满意的答案。

      ASDL主任Dimitri Mavris不无感慨地说:“我们的每一个新产品,每一次突破都来自于JMP。”Michelle Kirby也给予JMP很高的评价:“航空航天系统的早期设计非常重要,我们需要权衡很多因素和方案的利弊,而JMP是实现这一切的关键所在。”

      另外值得一提的是,探索性数据发现(EDA)软件JMP除了在科研领域对佐治亚理工学院的贡献卓著外,在日常教学领域同样表现不凡。

      以前,企业管理人员总觉得大学毕业生缺少某些企业所需要的素质。佐治亚理工学院决心改变这种局面,在1992年启动的ASDL还有一个重要目的,就是将教育与产业、科学与工程联系起来,尤其注重具体的设计和制造。学生入学的时候可能仅仅是个推动力学或流体学专家,但毕业时将会成为更有价值的系统集成专家。政府和企业每年都愿意为ASDL投入800多万美元,就是因为ASDL不仅仅是在花钱,更重要的是它培养了新一代的工程师。而JMP软件也没有停留在实验室里,几乎所有在这里完成研究生学业的学生都了解和掌握了JMP软件的应用方法和技巧,并利用他们为企业和社会源源不断地创造更多价值。

关键字:佐治亚理工  理工学院  学院  科研

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/others/201003/article_26123.html
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