For the optimal design of electromagnetic device involving uncertainties in design variables, this paper proposes a new reliability-based optimal design algorithm for multiple constraints problems. Through optimizing the nominal objective function and maximizing the minimum reliability, a set of global optimal reliable solutions representing different reliability levels are obtained by the multi-objective particle swarm optimization algorithm. Applying the sensitivity-assisted Monte Carlo simulation method, the numerical efficiency of optimization procedure is guaranteed. The proposed reliability-based algorithm supplying multi-reliable solutions is investigated through applications to analytic examples and the optimal design of two electromagnetic problems.
Ashrafi, Maryam;Davoudpour, Hamid;Khodakarami, Vahid
Wind and Structures
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제22권5호
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pp.543-553
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2016
The growing complexity of modern technological systems requires more flexible and powerful reliability analysis tools. Existing tools encounter a number of limitations including lack of modeling power to address components interactions for complex systems and lack of flexibility in handling component failure distribution. We propose a reliability modeling framework based on the Bayesian network (BN). It can combine historical data with expert judgment to treat data scarcity. The proposed methodology is applied to wind turbines reliability analysis. The observed result shows that a BN based reliability modeling is a powerful potential solution to modeling and analyzing various kinds of system components behaviors and interactions. Moreover, BN provides performing several inference approaches such as smoothing, filtering, what-if analysis, and sensitivity analysis for considering system.
최적설계는 설계자가 요구하는 제한조건을 만족시키는 범위에서 목적함수가 최소가 되는 설계점을 찾는 방법이다. 그러나 기존의 최적설계는 설계변수의 불확실성을 고려하지 않아 최적해가 제한조건의 경계에 위치하고, 이것은 모델링과정이나 가공 등으로 인한 오차의 영향을 고려하지 않는 문제점이 있다. 신뢰성 기반 최적설계는 불확실성을 정량화하면서 신뢰도를 계산하는 신뢰도 해석과정과 최적설계 과정을 포함한다. 일반적으로 신뢰성 해석은 크게 추출법, 급속 확률 적분법, 모멘트 기반 신뢰성 해석이 있다. 가장 널리 사용되는 급속 확률 적분법 중 최대 손상 가능점(MPP) 방법은 많은 MPP점이 존재하는 경우 수치적 비용이 증가하는 문제점과 표준 정규분포 공간으로 변환하는 과정에서 제한조건의 비선형성을 증가시켜 큰 오차를 발생시키는 문제점이 있다. 본 논문에서는 RBDO를 수행하기에 앞서 선행되어야 할 신뢰성 해석 방법으로 곱분해기법을 사용하였고, 이로부터 민감도 정보를 유도하여 기울기 기반 최적화 알고리즘을 적용하였다.
This paper presents a reliability-based topology optimization (RBTO) based on bidirectional evolutionary structural optimization (BESO). In design of a structure, uncertain conditions such as material property, operational load and dimensional variation should be considered. Deterministic topology optimization (DTO) is performed without considering the uncertainties related to the design variables. However, the RBTO can consider the uncertainty variables because it can deal with the probabilistic constraints. The reliability index approach (RIA) and the performance measure approach (PMA) are adopted to evaluate the probabilistic constraints in this study. In order to apply the BESO to the RBTO, sensitivity number for each element is defined as the change in the reliability index of the structure due to removal of each element. Smoothing scheme is also used to eliminate checkerboard patterns in topology optimization. The limit state indicates the margin of safety between the resistance (constraints) and the load of structures. The limit State function expresses to evaluate reliability index from finite element analysis. Numerical examples are presented to compare each optimal topology obtained from RBTO and DTO each other. It is verified that the RBTO based on BESO can be effectively performed from the results.
This paper presents a model for designing cellular manufacturing systems (CMS) by integrating system cost, machine reliability, and preventive maintenance (PM) planning. In a CMS, a part is processed using alternative process routes, each consisting of a sequence of visits to machines. Thus, a level of 'system reliability' is associated with the machines along the process route assigned to a part type. Assuming machine reliabilities to follow the Weibull distribution, the model assigns the machines to cells, and selects, for each part type, a process route which maximizes the overall system reliability and minimizes the total costs of manufacturing operations, machine underutilization, and inter-cell material handling. The model also incorporates a reliability based PM plan and an algorithm to implement the plan. The algorithm determines effective PM intervals for the CMS machines based on a group maintenance policy and thus minimizes the maintenance costs subject to acceptable machine reliability thresholds. The model is a large mixed integer linear program, and is solved using LINGO. The results point out that integrating PM in the CMS design improves the overall system reliability markedly, and reduces the total costs significantly.
This study presents an innovative method to estimate the reliability sensitivity based on the low-discrepancy sampling which is a new technique for structural reliability analysis. Two advantages are contributed to the method: one is that, by developing a general importance sampling procedure for reliability sensitivity analysis, the partial derivative of the failure probability with respect to the distribution parameter can be directly obtained with typically insignificant additional computations on the basis of structural reliability analysis; and the other is that, by combining various low-discrepancy sequences with the above importance sampling procedure, the proposed method is far more efficient than that based on the classical Monte Carlo method in estimating reliability sensitivity, especially for problems of small failure probability or problems that require a large number of costly finite element analyses. Examples involving both numerical and structural problems illustrate the application and effectiveness of the method developed, which indicate that the proposed method can provide accurate and computationally efficient estimates of reliability sensitivity.
Software reliability growth model is one of the evaluation methods, software quality which quantitatively calculates the software reliability based on the number of errors detected. For correct and precise evaluation of reliability of certain software, the reliability model, which is considered to fit dose to real data should be selected as well. In this paper, the optimal model for specific test data was selected one of among five software reliability growth models based on NHPP(Non Homogeneous Poission Process), and in result reliability estimating scales(total expected number of errors, error detection rate, expected number of errors remaining in the software, reliability etc) could obtained. According to reliability estimating scales obtained, Software development and predicting optimal release point and finally in conducting systematic project management.
A reliability model of Level II AFDA is developed to analyze the stability of armor units on the sloped coastal structures. Additionally, the partial safety factors of random variables related to armor units can be straightforwardly evaluated by applying the inverse-reliability method in which influence coefficients and uncertainties of random variables, and target probability of failure are combined directly. In particular, a design equation for armor units is derived in terms of the same criteria as deterministic design method in order to apply the reliability-based design method of Level I without some understanding to the reliability analysis. Finally, it is confirmed that several results redesigned by the reliability-based design method of Level I have satisfactorily agreement with results of CEM as well as those of Level II AFDA.
IEC 62278 presents a process to implement a consistent approach to the management of reliability for railway applications. A reliability program has to be established at the outset of a project in order to manage reliability activities effectively through the life cycle. The first step of the reliability program is to evaluate reliability requirements and targets based on the system specifications. The system specifications are derived from the customer's needs. The way in which the system requirements reflect the customer's needs is strongly dependent on the characteristics of the product. In general the customer of commercial trains presents the system requirements from their needs. However, the relation between the customer and supplier is equivocal for a project to development a prototype train, and the reliability program should be different from that of an usual commercial project. This paper deals with a process to manage reliability activities for the development of a protype train based on the experiences obtained from the development of the Korea High-Speed Train: Hanvit-350.
The optimum weight design of structure is to determine the combination of structural members which minimize the weight of structures and satisfy design conditions as well. Since most of loads and design variables considered in structural design have uncertain natures, the reliability-based optimization techniques need to be developed. The aim of this study is to estabilish the general algorithm for the minimum weight design of transmission tower structure system with reliability constraints. The sequential linear programming method is used to solve non-linear minimization problems, which converts original non-linear programming problems to sequential linear programming problems. The optimal solutions are produced for various reliability levels such as reliability levels inherent in current standard transmission tower cross-section and optimal transmission tower cross-section obtained with constraints of current design criteria as well as selected target reliability index. The optimal transmission towers satisfying reliability constraints sustain consistent reliability levels on all members. Consequently, more balanced optimum designs are accomplished with less structural weight than traditional designs dealing with deterministic design criteria.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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