منابع کارشناسی ارشد با موضوع طراحی بهینه مقاوم مشارکتی ... |
 |
روند کامل یک فرایند بهینه سازی تحت عدمقطعیت[۲۳]
روش‌های قدیمی برای کاهش خطا در خروجی، از روش شش سیکما[۳۶] استفاده میکردند به‌طوری‌که یک انحراف استاندارد ۶± بین مقدار میانگین و نزدیک‌ترین محدودیت مشخص در نظر میگرفتند. سابقه استفاده از روش شش سیکما به‌عنوان یک ابزار استاندارد در انحراف و تغییرپذیری به سال ۱۹۲۰ مربوط می‌شود زمانی که شیوارت[۳۷] اثبات کرد که استفاده از روش سه سیگما نیاز به تصحیح شدن دارد. در سال ۱۹۸۰ شرکت موتورولا با استفاده کردن از روش شش سیکما به بیش از ۱۶ میلیون دلار صرفه‌جویی در هزینه دست یافت. در بیست سال گذشته روش‌های غیرقطعی برای رسیدگی به عدم قطعیتهای طراحی گسترش یافتند. این روش‌ها می‌توانند به دو دسته با عنوانهای روش‌های بر مبنای قابلیت اطمینان و روش‌های بر مبنای طراحی مقاوم تقسیم شوند[, ].
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان[۳۸]:
در طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان، طراح سعی می‌کند تا طرحی را ارائه نماید که در آن، احتمال شکست مأموریت از یک مقدار مشخص کمتر باشد. بر این اساس طراح روند زیر را طی می‌کند:
تعیین قابلیت اطمینان موردنظر که معمولاً از سوی کارفرما تعیین می‌گردد.
حدس اولیه از چیدمان طرح
تخصیص قابلیت اطمینان به زیرسیستم‌ها و یا اجزا
تحلیل قابلیت اطمینان سیستم
بهبود قابلیت اطمینان تخصیص‌یافته به زیرسیستم‌ها
روش‌های بر مبنای قابلیت اطمینان توزیع احتمال پاسخهای سیستم را بر مبنای توزیع احتمالهای معلوم از پارامترهای تصادفی تخمین میزنند و به‌طور عمده برای آنالیز ریسک به‌واسطه احتمال شکست یک سیستم به کار میروند. [].
طراحی مقاوم[۳۹]:
یک مسئله طراحی مقاوم، طرحی را جستجو می کند که در آن شاخص عملکرد به تغییرات کوچک در کمیتهای نامعین حساسیت کمی داشته باشد. طراحی مقاوم کیفیت یک محصول را به‌واسطه کمینه کردن اثر منابع تغییرات و ناپایداریها بدون حذف کردن این منابع بهبود می‌دهد. هدف آن متفاوت از روش‌های بر مبنای قابلیت اطمینان است و عملکرد متوسط را بهینه و تغییرات و ناپایداریها را کمینه می‌کند درحالی‌که امکان‌پذیری قیدهای احتمالی را حفظ می‌کند. این به‌واسطه بهینه کردن محصول و فرایند طراحی به دست می‌آید تا اینکه حساسیت عملکرد به منابع گوناگون تغییرات و ناپایداری را کمینه کند. ازاین‌رو طراحی مقاوم روی توزیع احتمال نزدیک به حد واسط تمرکز می‌کند[].
طراحی نامعین به دو گروه به نام‌های نوع یک و نوع دو تقسیم می‌شود. در طراحی مقاوم نوع یک هدف مینیمم کردن تغییرات ایجادشده توسط فاکتورهای نویز کنترل ناپذیر است. یک فاکتور نویز، یک پارامتر طراحی است که کنترل آن شدیداً هزینه‌بر یا غیرممکن است. فاکتورهای نویز معمولاً شامل فاکتورهای محیطی خارجی و فاکتورهای بار هستند. اغلب ممکن است که بتوان رفتار یک فاکتور نویز را با بهره گرفتن از انواع مختلف توزیع‌های احتمالی توصیف کرد. نوع دوم طراحی مقاوم علاقه‌مند به کاهش اثر تغییرات در فاکتورهای کنترل است که نوعی از پارامترهای طراحی هستند که طراح در انتخاب آن‌ها آزاد است. فاکتورهای کنترل معمولاً متغیرهای طراحی نامیده می‌شوند. مقاوم بودن طراحی نسبت به فاکتورهای کنترل اهمیت دارد زیرا طراح ممکن است فقط قادر باشد مقادیر متغیر طراحی را برای یک تلورانس معین تعیین کند و البته ممکن است این مقادیر به دلیلی بدتر شوند یا به سمتی سوق پیدا کنند.
به کمک طراحی مقاوم از نوع اول محصولی طراحی می‌شود که در سرتاسر محدوده وسیعی از شرایط قابل‌اجرا باشد. برای مثال یک موتور جت باید قادر باشد در محدوده وسیعی از تغییرات در شرایط اتمسفری به‌طور کارآمد کار کند. موتور باید قادر باشد برای محیط‌های با دمای بالا و ارتفاع برخاست زیاد تراست کافی تولید کند درحالی‌که در سطح دریا تحت شرایط هوایی سرد نیز باید بتواند به‌طور کارآمد عمل کند. طراحی مقاوم نوع دوم به طراح اجازه می‌دهد که بدون از دست دادن کیفیت محصول، تلورانس را روی فاکتورهای کنترلی افزایش دهد. در اصل طراح می‌تواند یک محدوده از مقادیر را برای متغیر طراحی انتخاب کند درحالی‌که کیفیت ثابت یا نزدیک به ثابت خواهد ماند. بنابراین این روش طراحی اجازه می‌دهد که از موادی با درجه پایین و ارزان‌تر استفاده کنیم ضمن آنکه کیفیت حفظ شود[].
روش طراحی مقاوم برای بهبود بهره‌وری مهندسی ضروری است و اولین کار مربوط به سال ۱۹۲۰ است، زمانی که فیشر[۴۰] و یاتس[۴۱] یک روش طراحی آزمایش[۴۲] آماری برای بهبود محصولات کشاورزی انگلستان ارائه کردند. در سال ۱۹۵۰ و اواخر ۱۹۶۰، تاگوچی شالودهای از طراحی مقاوم را برای رسیدگی به چالش تولید محصولاتی با کیفیت بالا ارائه کرد. در سال ۱۹۸۰ او روش خود را در صنعت ارتباط تلگرافی آمریکا به کار برد و بعدازآن روش طراحی مقاوم تاگوچی به‌طور موفقیت‌آمیز در زمینههای صنعتی گوناگون مانند الکترونیک، صنعت خودروسازی، عکاسی و ارتباط مخابراتی از راه دور به کار گرفته شد[].
شکل۲-۱۱ نشان‌دهنده حوزه کاربرد هر یک از این دسته مسائل است. دو فاکتور اصلی برای کاربرد مطرح است: تواتر اتفاقات و اهمیت آن‌ها. سیستمی که هرروز دچار سوانح فاجعه‌آمیز شود کاربرد مهندسی ندارد. برای اتفاقاتی با احتمال رخداد زیاد و خطرات کم، طراحی مقاوم به کار می‌رود درصورتی‌که برای اتفاقات فاجعه‌آمیز و احتمال رخداد کم، طراحی با قابلیت اطمینان بالا موردنیاز است. به‌عنوان‌مثال یک هواپیما ازنظر آیرودینامیکی می‌بایست طراحی مقاوم داشته باشد زیرا در هر پرواز شرایط متفاوتی را تجربه می‌کند و نبود طرحی مقاوم ممکن است باعث افزایش هزینه پرواز گردد. لیکن چنانچه یک جزء سازه‌ای از هواپیما دارای قابلیت اطمینان کافی نباشد سرنوشت مسافران با مخاطره جدی روبرو است[].
حوزه کاربرد مسائل طراحی مقاوم و طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان[۶]
یک موضوع قابل‌توجه در تمایز قائل شدن بین مقاومت و قابلیتاطمینان آن است که روش‌های ریاضی به‌کاربرده شده برای حل مسائل طراحی مقاوم به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای از روش‌های به‌کاربرده شده برای حل مسائل بر پایه قابلیتاطمینان متفاوت هستند. روش‌های ریاضی برای روندهای طراحی مقاوم نسبت به آن‌هایی که برای روندهای طراحی بر پایه قابلیتاطمینان به کار رفتهاند کمتر توسعه یافتهاند و این کار هنوز به‌طور وسیع به مطالعات آکادمیک محدود شده است[].
همان‌طور که پیش‌تر نیز توضیح داده شد در طراحی مقاوم به دنبال کم کردن اثر عدم قطعیت‌ها بر عملکرد سیستم هستیم. به همین دلیل نقطه طراحی در نقطه‌ای قرار می‌گیرد که ضمن آنکه نقطه بهینه باشد، اما در صورت ایجاد عدم قطعیت‌ها، در عملکرد سیستم کمترین تاثیر ایجاد شود. این بدان معنی است که ممکن است نقطه طراحی بر روی مرز طراحی بیفتد. درحالی‌که در طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان به دنبال فاصله گرفتن از مرزهای طراحی هستیم؛ یعنی با بررسی احتمال ایجاد عدم قطعیت‌ها، همواره نقطه طراحی را انتخاب می‌کنیم که ضمن بهینه بودن، حتی در صورت ایجاد عدم قطعیت، از مرز طراحی عبور نکند. شکل۲-۱۲ این موضوع را بیان می‌کند.
تفاوت نقطه بهینه در طراحی مقاوم و طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان[۲۸]
عناصر اصلی طراحی بهینه مقاوم عبارت‌اند از[۱۱]:
حفظ مقاومت در تابع هدف (مقاومت هدف)
حفظ مقاومت در قیود
تخمین میانگین و برآورد تابع عملکرد
بهینه‌سازی چند هدفی
مقاومت هدف
در بهینه‌سازی مقاوم، معمولاً مقاومت تابع هدف توسط بهینه‌سازی همزمان میانگین و مینیمم کردن واریانس آن به دست می‌آید. دو معیار اصلی برای مقاومت در مطالعات در دسترس هستند: یکی واریانس است که در تمام مطالعات مطرح شده است و دیگری بر مبنای درصد اختلاف[۴۳] است.
مقاومت امکان‌پذیری
مقاومت امکان‌پذیری یعنی مقاومت در قیود که می‌تواند به‌عنوان برآورده ساختن قیود طراحی در حضور عدم قطعیت تعریف شود. دیو و چن در سال ۲۰۰۰ روش‌های حفظ مقاومت امکان‌پذیری را به دو گروه تقسیم‌بندی کردند:
۱- روش‌هایی که از آنالیز احتمال و آمار استفاده می‌کنند، برای مثال، فرمول‌بندی امکان‌پذیری احتمالی و فرمول‌بندی تطبیقی ممان.
۲- روش‌هایی که نیازی به احتمال و آمار ندارند، برای مثال، آنالیز بدترین حالت، ارزیابی فضای گوشه و الگوهای تغییرات ساخت.
یک روشی که به‌طور رایج استفاده می‌رود، روش کاهش ناحیه ممکن[۴۴] می‌باشد. این یک روش طراحی مناسب است که در آن پهنای فضای امکان‌پذیر در هر جهت توسط مقدار کاهش داده می‌شود، که یک قید تعریف‌شده توسط کاربر است و انحراف استاندارد از تابع عملکرد است.
تخمین میانگین و واریانس تابع عملکرد
در مطالعات انجام‌شده روش‌های متفاوتی برای تخمین میانگین و واریانس تابع عملکرد گزارش‌شده است. این روش‌ها می‌توانند به سه دسته اصلی تقسیم شوند:
روش بسط سری تیلور
روش‌های بر مبنای نمونه‌برداری
روش‌های برآورد نقطه‌ای
روش بسط سری تیلور یک روش ساده است. به‌هرحال، برای یک تابع عملکرد غیرخطی، اگر واریانس‌های متغیرهای تصادفی بزرگ باشند، این تخمین ممکن است باعث به وجود آمدن خطاهای بزرگی شود. روش‌های بر مبنای نمونه‌برداری نیاز به اطلاعاتی روی توزیع‌های متغیرهای تصادفی دارند و هزینه‌بر هستند. روش‌های نمونه‌برداری کارآمد مانند نمونه‌برداری محسوس، نمونه‌برداری مکعبی لاتینی و غیره و مدل‌های بدلی ممکن است برای کاهش تلاش محاسباتی استفاده شوند. روش برآورد نقطه‌ای به مشکلات مربوط به محاسبه مشتقات موردنیاز در بسط سری تیلور فائق آمده است. گونه‌های متفاوتی از این روش برآورد نقطه‌ای ارائه‌شده است. یک روش قدیمی‌تر برای تخمین میانگین و واریانس تابع عملکرد روش کاهش بعد می‌باشد.
بهینه سازی چند هدفی
بهینه‌سازی بر مبنای مقاومت دو هدف را مدنظر قرار می‌دهد: بهینه کردن میانگین تابع هدف و مینیمم کردن واریانس آن. یک بررسی وسیع روی روش‌های بهینه‌سازی چند هدفی در مقاله مارلر و آرورا در سال ۲۰۰۴ ارائه شده است. در میان روش‌های در دسترس، روش مجموع وزنی رایج‌ترین روش برای بهینه‌سازی چند هدفی است و در همه‌جا در زمینه بهینه‌سازی طراحی مقاوم به کار گرفته‌شده است[۶].
با تفاسیر فوق معادله طراحی بهینه مقاوم به شکل معادله ۲-۴ نوشته می‌شود[۱۱].
فرم در حال بارگذاری ...
|
[یکشنبه 1400-09-28] [ 10:14:00 ب.ظ ]
|
