At present, the significance of a new manufacturing system that can shift from 'mass production' and consider life cycles of a product is pointed out and extremely expected. In such a situation, it is recognized that the modular design, often called 'unit design,' is the important design methodology which realizes the new production system enabling 'cost reduction,' 'flexible production of a multi-functional artifact,' 'settlement of an environmental issue,' and so on. A module (unit) of a product is generally defined as 'the parts group made into the sub-system from a certain specific viewpoint.' So far, there have been many researches related to the modular design. However, they are often limited to a certain viewpoint (objective). This paper proposes a simple but effective method for multi-objective modular design. In the proposed method, a new design metric, called similarity index, is proposed to evaluate the modular design candidates from the multiple viewpoints.
The methods of robust design optimization (RDO) and reliability-based robust design optimization (RBRDO) were implemented in the present study. RBRDO is an integrated method that accounts for the design robustness of an objective function and for the reliability of constraints. The objective function in RBRDO is expressed in terms of the mean and standard deviation of an original objective function. Thus, a multi-objective formulation is employed. The regressive approximate models are generated via the moving least squares method (MLSM) and constraint-feasible moving least squares method (CF-MLSM), which make it possible to realize the feasibility regardless of the multimodality/nonlinearity of the constraint function during the approximate optimization processes. The regression model based RBRDO is newly devised and its numerical characteristics are explored using the design of an actively controlled ten bar truss structure.
In this paper, for constrained optimization problem, one multi-objective optimization algorithm that ensures both performance robustness and constraint feasibility is proposed when uncertainties are involved in design variables. In the proposed algorithm, the gradient index of objective function assisted by design sensitivity with the help of finite element method is applied to evaluate robustness; the reliability calculated by the sensitivity-assisted Monte Carlo simulation method is used to assess the feasibility of constraint function. As a demonstration, the performance and numerical efficiency of the proposed method is investigated through application to the optimal design of TEAM problem 22--a superconducting magnetic energy storage system.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권1호
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pp.452-472
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2019
Most existing wavelet-based multiplicative watermarking methods are affected by geometric attacks to a certain extent. A serious limitation of wavelet-based multiplicative watermarking is its sensitivity to rotation, scaling, and translation. In this study, we propose an image watermarking method by using dual-tree complex wavelet transform with a multi-objective optimization approach. We embed the watermark information into an image region with a high entropy value via a multiplicative strategy. The major contribution of this work is that the trade-off between imperceptibility and robustness is simply solved by using the multi-objective optimization approach, which applies the watermark error probability and an image quality metric to establish a multi-objective optimization function. In this manner, the optimal embedding factor obtained by solving the multi-objective function effectively controls watermark strength. For watermark decoding, we adopt a maximum likelihood decision criterion. Finally, we evaluate the performance of the proposed method by conducting simulations on benchmark test images. Experiment results demonstrate the imperceptibility of the proposed method and its robustness against various attacks, including additive white Gaussian noise, JPEG compression, scaling, rotation, and combined attacks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제16권9호
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pp.2976-2990
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2022
The adaptive adjustment of reference or weight vectors in decomposition-based methods has been a hot research topic in the evolutionary community over the past few years. Although various methods have been proposed regarding this issue, most of them aim to diversify solutions in the objective space to cover the true Pareto fronts as much as possible. Different from them, this paper proposes a knee point-based reference vector adaptive adjustment strategy to concurrently balance the convergence and diversity. To be specific, the knee point-based reference vector adaptive adjustment strategy firstly utilizes knee points to construct the adaptive reference vectors. After that, a new fitness function is defined mathematically. Then, this paper further designs a many-objective evolutionary algorithm with knee point-based reference vector adaptive adjustment strategy, where the mating operation and environmental selection are designed accordingly. The proposed method is extensively tested on the WFG test suite with 8, 10 and 12 objectives and MPDMP with state-of-the-art optimizers. Extensive experimental results demonstrate the superiority of the proposed method over state-of-the-art optimizers and the practicability of the proposed method in tackling practical many-objective optimization problems.
$\ulcorner$ID생산성$\lrcorner$이란 $\ulcorner$인더스트리얼 디자인$\lrcorner$(Industrial Design; 이하 ID로 약칭)과 $\ulcorner$생산성$\lrcorner$(Productivity)을 결합한 용어로서 그 개념은 상품의 디자인개발에 투입된 모든 디자인자원 및 요소의 효율적인 이용도를 나타내는 지표로 설명될 수 있다. $\ulcorner$ID생산성$\lrcorner$은객관 적인 방법과 주관적인 방법 두 가지 측면에서 측정 할 수 있다. 전자는 투입과 산출의 관계를 가능한 객관적, 정량적으로 분석한다는 방식이며, 후자는 ID의 방법 자체가 극히 주관적이라는 특성을 전제로 하여 $\ulcorner$ID생산성$\lrcorner$을 가능한 한 정상적으로 분석하는 방법이다. 전자는 디자인 시간, 디자이너 수 , 경비를 공통의 투입요소로 사용하여 개인별.요소별.디자인문문 전체의 디자인 생산성 측정 그 자체가 불가능하며 신뢰성이 없는 단점이 있다. 후자는 Good Design을 산출요소로 사용하여 개인 및 디자인 부문 전체의 합리적 디자인 생산성 측정이 가능한 반면, 주관적 평가를 위한 설문조사나 분석방법 절차 등이 번거러운 단점이 있다. 그러나 이 방법은 전자보다는 매우 합리적이며 신뢰도가 높다는 이점이 있다.
This paper presents a new method for hi-objective optimization. Ordinary weighted sum method is easy to implement, but it has two significant drawbacks: (1) the solution distribution by the weighted sum method is not uniform, and (2) the method cannot determine any solutions that reside in non-convex regions of a Pareto front. The proposed adaptive weighted sum method does not solve a multiobjective optimization in a predetermined way, but it focuses on the regions that need more refinement by imposing additional inequality constraints. It is demonstrated that the adaptive weighted sum method produces uniformly distributed solutions and finds solutions on non-convex regions. Two numerical examples and a simple structural problem are presented to verify the performance of the proposed method.
In this paper a new method for the design of a simple PI controller is presented and it has been applied in the control of a Boost based PFC rectifier. The Strength Pareto evolutionary algorithm, which is based on the Pareto Optimality concept, used in Game theory literature is implemented as a multi-objective optimization approach to gain a good transient response and a high quality input current. In the proposed method, the input current harmonics and the dynamic response have been assumed as objective functions, while the PI controller's gains of the PFC rectifier (Kpi, Tpi) are design variables. The proposed algorithm generates a set of optimal gains called a Pareto Set corresponding to a Pareto Front, which is a set of optimal results for the objective functions. All of the Pareto Front points are optimum, but according to the design priority objective function, each one can be selected. Simulation and experimental results are presented to prove the superiority of the proposed design methodology over other methods.
This paper presents a novel symbiotic organisms search (SOS) algorithm to optimize both real power loss (RPL) and voltage stability limit (VSL) of a transmission network by controlling the variables such as unified power flow controller (UPFC) location, UPFC series injected voltage magnitude and phase angle and transformer taps simultaneously. Mathematically, this issue can be formulated as nonlinear equality and inequality constrained multi objective, multi variable optimization problem with a fitness function integrating both RPL and VSL. The symbiotic organisms search (SOS) algorithm is a nature inspired optimization method based on the biological interactions between the organisms in ecosystem. The advantage of SOS algorithm is that it requires a few control parameters compared to other meta-heuristic algorithms. The proposed SOS algorithm is applied for solving optimum control variables for both single objective and multi-objective optimization problems and tested on New England 39 bus test system. In the single objective optimization problem only RPL minimization is considered. The simulation results of the proposed algorithm have been compared with the results of the algorithms like interior point successive linear programming (IPSLP) and bacteria foraging algorithm (BFA) reported in the literature. The comparison results confirm the efficacy and superiority of the proposed method in optimizing both single and multi objective problems.
The fabric braided braking hose that delivers the driver's braking force to brake cylinder undergoes the large deformation cyclic motion according to the steering and bump/rebound motions of vehicle. The cyclic large deformation of braking hose may give rise to two critical problems: the interference with other adjacent vehicle parts and the micro cracking stemming from the fatigue damage accumulation. Hence, both the hose deformation and the fatigue damage become the critical issue in the design of braking hose. In this context, this paper introduces a multi-objective optimization method for minimizing the both quantities. The total length of hose and the helix angles of fabric braided composite layers are chosen for the design variables, and the maximum hose deformation and the critical fatigue life cycle are defined by the individual single objective functions. The trade-off between two single objective functions is made by introducing the weighting factors. The proposed optimization method is validated and the improvement of initial hose design is examined through the benchmark simulation. Furthermore, the dependence of optimum solutions on the weighting factors is also investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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