Ryu, Yong Min;Kim, Young Nam;Lee, Dae Won;Lee, Eui Hoon
Journal of Korea Water Resources Association
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v.57
no.2
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pp.73-85
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2024
Predicting water quality of rivers and reservoirs is necessary for the management of water resources. Artificial Neural Networks (ANNs) have been used in many studies to predict water quality with high accuracy. Previous studies have used Gradient Descent (GD)-based optimizers as an optimizer, an operator of ANN that searches parameters. However, GD-based optimizers have the disadvantages of the possibility of local optimal convergence and absence of a solution storage and comparison structure. This study developed improved optimizers to overcome the disadvantages of GD-based optimizers. Proposed optimizers are optimizers that combine adaptive moments (Adam) and Nesterov-accelerated adaptive moments (Nadam), which have low learning errors among GD-based optimizers, with Harmony Search (HS) or Novel Self-adaptive Harmony Search (NSHS). To evaluate the performance of Long Short-Term Memory (LSTM) using improved optimizers, the water quality data from the Dasan water quality monitoring station were used for training and prediction. Comparing the learning results, Mean Squared Error (MSE) of LSTM using Nadam combined with NSHS (NadamNSHS) was the lowest at 0.002921. In addition, the prediction rankings according to MSE and R2 for the four water quality indices for each optimizer were compared. Comparing the average of ranking for each optimizer, it was confirmed that LSTM using NadamNSHS was the highest at 2.25.
An architecture of a Web-based Decision Support system for mathematical analysis is presented. Front-end modules provide web-client GUI environment for mathematical analysis. The networking architecture is built upon client/server system by Java socket and accesses database by JDBC in WWW. Back-end modules provide decision supporting service and data management for mathematical programming analysis. In the back-end any analysis tools, such as mathematical optimizer, simulation package, or statistics package can be used. As an application example for this implementation, optimal facility replacement decision problem is selected. In the implementation the optimal facility replacement decision problem is formulated as a shortest path problem. It uses Oracle DB and CPLEX package as the mathematical optimizer. While ORAWeb is designed and implemented on the optimal facility replacement problem, it can easily be extended to any decision supporting problems that would require mathematical optimization process.
In this study, the three different meta-heuristics namely the Grey Wolf Optimizer (GWO), Stochastic Fractal Search (SFS), and Adaptive Differential Evolution with Optional External Archive (JADE) algorithms are examined. This study considers optimization of the planer frame to minimize its weight subjected to the strength and displacement constraints as per the American Institute of Steel and Construction - Load and Resistance Factor Design (AISC-LRFD). The GWO algorithm is associated with grey wolves' activities in the social hierarchy. The SFS algorithm works on the natural phenomenon of growth. JADE on the other hand is a powerful self-adaptive version of a differential evolution algorithm. A one-bay ten-story planar steel frame problem is examined in the present work to investigate the design ability of the proposed algorithms. The frame design is produced by optimizing the W-shaped cross sections of beam and column members as per AISC-LRFD standard steel sections. The results of the algorithms are compared. In addition, these results are also mapped with other state-of-art algorithms.
This paper proposes a swarm-based fuzzy system modeling technique for coke oven combustion control diagnosis. The coke plant produces coke for the blast furnace plant in steel making process by charging coal into oven and supplying gas to carbonize it. A conventional mathematical model for coke oven combustion control has been used to control the amount of gas input, but it does not work well because of highly nonlinear feature of coke plant. To solve this problem, swarm-based fuzzy system modeling technique is suggested to construct a diagnosis model of coke oven combustion control. Based on the measured input-output data pairs, the fuzzy rules are generated and the parameters are tuned by the PSO(Particle Swarm Optimizer) to increase the accuracy of the fuzzy system is operated. This system computes the proper amount of gas input taking the operation conditions of coke oven into account, and compares the computed result with the supplied gas input.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.5
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pp.121-128
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2012
The optimization of cooling system parameters for designing injection mold is very important to acquire the highest part quality. In this paper, the integration of computer simulations of injection molding and Analysis of Variance(ANOVA) with orthogonal array was used as a design tool to optimize the cooling system parameters aimed at minimizing the part warpage. The design optimizer was applied to find the optimum levels of cooling system parameters for a dustpan. This optimization resulted in more uniform temperature distribution over the part and significant reduction of a part warpage, showing the capability of present method as an effective design tool. The whole optimization process was performed systematically in a proper number of cooling simulations. The design optimizer can be utilized effectively in the industry practice for designing mold cooling system with less cost and time.
Simultaneous optimization of trusses which concurrently takes into account design variables related to the size, shape and topology of the structure is recognized as highly complex optimization problems. In this class of optimization problems, it is possible to encounter several unstable mechanisms throughout the solution process. However, to obtain a feasible solution, these unstable mechanisms somehow should be rejected from the set of candidate solutions. This study proposes triangular unit based method (TUBM) instead of ground structure method, which is conventionally used in the topology optimization, to decrease the complexity of search space of simultaneous optimization of the planar truss structures. TUBM considers stability of the triangular units for 2 dimensional truss systems. In addition, integrated particle swarm optimizer (iPSO) strengthened with robust technique so called improved fly-back mechanism is employed as the optimizer tool to obtain the solution for these class of problems. The results obtained in this study show the applicability and efficiency of the TUBM combined with iPSO for the simultaneous optimization of planar truss structures.
Based on the value of the Lagrange multiplier and the degree of constraint activeness, a new update rule is proposed for penalty parameters of the ALM method. The theoretical exposition of this suggested update rule is presented by using the algorithmic interpretation and the geometric interpretation of the augmented Lagrangian. This interpretation shows that the penalty parameters can effect the performance of the ALM method. Also, it offers a lower limit on the penalty parameters that makes the augmented Lagrangian to be bounded. This lower limit forms the backbone of the proposed update rule. To investigate the numerical performance of the update rule, it is embedded in our ALM based dynamic response optimizer, and the optimizer is applied to solve six typical dynamic response optimization problems. Our optimization results are compared with those obtained by employing three conventional update rules used in the literature, which shows that the suggested update rule is more efficient and more stable than the conventional ones.
This paper is concerned with shape optimization problems by the boundary element method (BEM) emphasizing the use of a reduced basis reanalysis technique proposed recently by the author. Problems of this class are conventionally carried out iteratively through an optimizer; a sequential quadratic programming-based optimizer is used in this study. The iterative process produces a succession of intermediate designs. Repeated analyses for the systems associated with these intermediate designs using an exact approach such as the LU decomposition method are time consuming if the order of the systems is large. The newly developed reanalysis technique devised for boundary element systems is utilized to enhance the computational efficiency in the repeated system solvings. Presented numerical examples on optimal shape design problems in electric potential distribution and elasticity show that the new reanalysis technique is capable of speeding up the design process without sacrificing the accuracy of the optimal solutions.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.05a
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pp.69-71
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2003
This paper introduces TRIZ. TRIZ is the theory of inventive problem solving which haws started by G.Altschuler since 1946, Russia. TRIZ is applicable for not only mechanical engineering, but also science, economic and pedagogy fields. Characteristics of some kind of softwares for TRIZ method are briefly reviewed Especially Catia with IMC TechOptimizer is studied in detail and it is expected to be applicable well for the Ocean Engineering fields, if applicably applied for IM-Principles, IM-Predictions and IM-Effects, even though it will need much efforts and time to study. As an application example of TRIZ, Self-expandable anchor which is pending for patent is presented briefly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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