Robust design technology has been applied to versatile engineering problems to ensure consistency in product performance. Since 1980s, the concept of robust design has been introduced to numerical optimization field, which is called the robust optimization. The robustness in the robust optimization is determined by a measure of insensitiveness with respect to the variation of a response. However, there are significant difficulties associated with the calculation of variations represented as its mean and variance. To overcome the current limitation, this research presents an implementation of the approximate statistical moment method based on kriging metamodel. Two sampling methods are simultaneously utilized to obtain the sequential surrogate model of a response. The statistics such as mean and variance are obtained based on the reliable kriging model and the second-order statistical approximation method. Then, the simulated annealing algorithm of global optimization methods is adopted to find the global robust optimum. The mathematical problem and the two-bar design problem are investigated to show the validity of the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.9
s.240
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pp.1243-1252
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2005
A current trend of design methodologies is to make engineers objectify or automate the decision-making process. Numerical optimization is an example of such technologies. However, in numerical optimization, the uncertainties are uncontrollable to efficiently objectify or automate the process. To better manage these uncertainties, the Taguchi method, reliability-based optimization and robust optimization are being used. To obtain the target performance with the maximum robustness is the main functional requirement of a mechanical system. In this research, a design procedure for global robust optimization is developed based on the kriging and global optimization approaches. The DACE modeling, known as the one of Kriging interpolation, is introduced to obtain the surrogate approximation model of the function. Robustness is determined by the DACE model to reduce real function calculations. The simulated annealing algorithm of global optimization methods is adopted to determine the global robust design of a surrogated model. As the postprocess, the first order second-moment approximation method is applied to refine the robust optimum. The mathematical problems and the MEMS design problem are investigated to show the validity of the proposed method.
This paper is to find optimum design of plane framed structures with discrete variables. Global search algorithms for this problem are Genetic Algorithms(GAs), Simulated Annealing(SA) and Shuffled Complex Evolution(SCE), and hybrid methods (GAs-SA, GAs-SCE). GAs and SA are heuristic search algorithms and effective tools which is finding global solution for discrete optimization. In particular, GAs is known as the search method to find global optimum or near global optimum. In this paper, reinforced concrete plane frames with rectangular section and steel plane frames with W-sections are used for the design of discrete optimization. These structures are designed for stress constraints. The robust and effectiveness of Genetic Algorithms are demonstrated through several examples.
The purpose of this thesis is to develop methods of designing robust LQR/LQG controllers for time-varying systems with real parametric uncertainties. Controller design that meet desired performance and robust specifications is one of the most important unsolved problems in control engineering. We propose a new framework to solve these problems using Linear Matrix Inequalities (LMls) which have gained much attention in recent years, for their computational tractability and usefulness in control engineering. In Robust LQR case, the formulation of LMI based problem is straightforward and we can say that the obtained solution is the global optimum because the transformed problem is convex. In Robust LQG case, the formulation is difficult because the objective function and constraint are all nonlinear, therefore these are not treatable directly by LMI. We propose a sequential solving method which consist of a block-diagonal approach and a full-block approach. Block-diagonal approach gives a conservative solution and it is used as a initial guess for a full-block approach. In full-block approach two LMIs are solved sequentially in iterative manner. Because this algorithm must be solved iteratively, the obtained solution may not be globally optimal.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.542-547
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1998
As the concern for a global energy conservation and environmental protection are increasing, it has been more important thing to correspond with CFC depletion. Alternate refrigerants have merit such as lower global warming effect, but also have demerits such as lower efficiency, miscibility, increasing noise and poor reliability problems. Then we have to develop more efficient, silent and robust compressors to satisfying world-wide demand. In this paper, parametric study on rotary compressor muffler for a room air-conditioner was carried out to investigate the effect of important design variables on noise by using Taguchi robust design method with signal-to-noise(S/N) ratio. Taguchi method seems to be helpful for finding optimum value of design variables for noise level. We also applied neural network to find optimal value of design variables.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.2
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pp.305-313
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2002
The genetic algorithm(GA), an optimization technique based on the theory of natural selection, has proven to be relatively robust means to search for global optimum. It is converged near to the global optimum point without auxiliary information such as differentiation of function. When studying some optimization problems with continuous variables, it was found that premature saturation was reached that is no further improvement in the object function could be found over a set of iterations. Also, the general GA oscillates in the region of the new global optimum point so that the speed of convergence is decreased. This paper is to propose the concept of restarting and elitist preserving strategy as a measure to overcome this difficulty. Some benchmark examples are studied involving 3-bar truss and cantilever beam with plane stress elements. The modifications to GA improve the speed of convergence.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.671-684
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2001
Several design problems of composite structures are studied via a global optimizer based on attraction regions. MSC/NASTRAN is adopted for static and eigenvalue analysis. The method of modified feasible direction in DOT is used for local optimization. Through the review of global optimization algorithms, the triangular patch algorithm is selected because the algorithm is known to be efficient, robust and powerful for general nonlinear optimization problems. For general applicability, various mechanical properties are considered as design objectives; strain energy, eigenvalue, weight, displacement, and buckling load. In all cases considered, the triangular patch algorithm results in a lot of optimum points and useful design patterns, that are not easy by local algorithms or conventional global algorithms can be determined.
Genetic algorithms based on the theory of natural selection, have been applied to many different fields, and have proven to be relatively robust means to search for global optimum and handle discontinuous or even discrete data. Genetic algorithms are widely used for unconstrained optimization problems. However, their application to constrained optimization problems remains unsettled. The most prevalent technique for coping with infeasible solutions is to penalize a population member for constraint violation. But, the weighting of a penalty for a particular problem constraint is usually determined in the heuristic way. Therefore this paper proposes, the effective technique for handling constraints, the ranking penalty method and hybrid genetic algorithms. And this paper proposes dynamic mutation tate to maintain the diversity in population. The effectiveness of the proposed algorithm is tested on several test problems and results are discussed.
In the view of robust design optimization, RAE2822 airfoil was designed to achieve not only the maximum lift-to-drag ratio but also insensitivity of that. While the RAE2822 is flying at the cruise speed, Mach variation is considered as the operational uncertainty. In order to explore the design space, metamodels were introduced instead of consecutively computing the gradient. Also a metamodel was used to represent the sigma space. Using the metamodel, an optimum value was searched in the view of global optimization.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.40
no.2
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pp.92-98
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2017
Data clustering determines a group of patterns using similarity measure in a dataset and is one of the most important and difficult technique in data mining. Clustering can be formally considered as a particular kind of NP-hard grouping problem. K-means algorithm which is popular and efficient, is sensitive for initialization and has the possibility to be stuck in local optimum because of hill climbing clustering method. This method is also not computationally feasible in practice, especially for large datasets and large number of clusters. Therefore, we need a robust and efficient clustering algorithm to find the global optimum (not local optimum) especially when much data is collected from many IoT (Internet of Things) devices in these days. The objective of this paper is to propose new Hybrid Simulated Annealing (HSA) which is combined simulated annealing with K-means for non-hierarchical clustering of big data. Simulated annealing (SA) is useful for diversified search in large search space and K-means is useful for converged search in predetermined search space. Our proposed method can balance the intensification and diversification to find the global optimal solution in big data clustering. The performance of HSA is validated using Iris, Wine, Glass, and Vowel UCI machine learning repository datasets comparing to previous studies by experiment and analysis. Our proposed KSAK (K-means+SA+K-means) and SAK (SA+K-means) are better than KSA(K-means+SA), SA, and K-means in our simulations. Our method has significantly improved accuracy and efficiency to find the global optimal data clustering solution for complex, real time, and costly data mining process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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