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本論文電子全文於2006-07-17起於校外公開使用
本論文紙本於2006-07-17起公開使用
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| 系統識別號 | U0002-1207200610042600 |
|---|---|
| DOI | 10.6846/TKU.2006.00280 |
| 論文名稱(中文) | 回應表面法的離散變數模糊最佳化與應用 |
| 論文名稱(英文) | Discrete Fuzzy Optimization Using Response Surface Approximation and Application |
| 第三語言論文名稱 | |
| 校院名稱 | 淡江大學 |
| 系所名稱(中文) | 機械與機電工程學系碩士班 |
| 系所名稱(英文) | Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering |
| 外國學位學校名稱 | |
| 外國學位學院名稱 | |
| 外國學位研究所名稱 | |
| 學年度 | 94 |
| 學期 | 2 |
| 出版年 | 95 |
| 研究生(中文) | 王正堯 |
| 研究生(英文) | Zheng-Yao Wang |
| 學號 | 693340084 |
| 學位類別 | 碩士 |
| 語言別 | 繁體中文 |
| 第二語言別 | |
| 口試日期 | 2006-06-20 |
| 論文頁數 | 140頁 |
| 口試委員 |
指導教授
-
史建中
委員 - 吳俊瑩 委員 - 張永康 |
| 關鍵字(中) |
近似法 離散變數 回應表面近似法 模糊允許值 |
| 關鍵字(英) |
approximation discrete design variables response surface approximation fuzzy allowable parameters |
| 第三語言關鍵字 | |
| 學科別分類 | |
| 中文摘要 |
本文建構回應表面近似函數以替代目標函數及限制條件的最佳化，主要是為了發展適合求解離散變數且含有模糊允許值的結構設計問題。首先選取適當的起始值並以連續縮減空間的方法，建立回應表面近似函數，在最佳化設計的解題過程中，利用加入局部最佳解至實驗點中的方法，期使回應表面近似函數逐漸改變，使最終的回應表面能夠包含最佳解。在離散變數的最佳化設計問題中，以分支的概念與技術求得局部最佳解，再使局部最佳解逐漸逼近至靠近的離散值，再將此離散點的值加入實驗點群中，重新建構回應表面近似函數。如此重覆的調整局部最佳解至離散值來進行分支，使最後得到的連續解能夠逼近離散值，以最終的收斂值進而調控至最靠近的離散值當作最佳解。在含有模糊允許值的最佳化設計問題中，利用回應表面近似函數結合唯一解單切法與雙切法求解，可得到近似的模糊解。本文所發展的設計方法與程序已應用在結構設計問題，亦可應用在一般的機械與工程設計。 |
| 英文摘要 |
This thesis study the fuzzy structural optimization problems under discrete design variables environment by using response surface approximation for objective and constraint functions. The fuzzy characteristic is lie in the fuzzy allowable limit of constraints. The difficulties of this problem primarily come from the handling of discrete variables and the solution search process. An effective increasing experimental points strategy gradually modifies the representative response surface so that the final response surface contains the optimum. It is delighted to see the success of the propose strategy. The propose method is stable, however is not very efficient. Because the branching concept can be further modified to improve the efficiency, as a future research. The extreme values of the objective function are sensitive to the final result. Therefore, a designer should be pay attention of selecting the suitable values. This paper presents a general and experimental approach as conclude as a stable and practical approach. The solution from the structural design, examples show that the reasonable optimum result can be obtained among the interrelated information of fuzzy, crisp, continuous and discrete variables. |
| 第三語言摘要 | |
| 論文目次 |
目錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 II 目錄 Ⅲ 圖目錄 Ⅴ 表目錄 Ⅷ 符號說明 Ⅹ 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究背景 3 1.3本文架構 5 第二章 回應表面近似法 7 2.1 連續變數的回應表面 7 2.2 回應表面的建構流程 11 2.3 離散變數的回應表面 17 2.4 建構回應表面的結構例題 18 第三章 回應表面最佳化 31 3.1 連續變數最佳化 31 3.1-1 最佳解搜尋策略 33 3.1-2 設計流程 35 3.2 連續變數結構設計例題 38 3.2-1 回應表面的近似限制函數設計 38 3.2-2 回應表面的近似目標與限制函數設計 41 3.3 離散變數最佳化 44 3.3-1最佳解搜尋策略 46 3.3-2設計流程 48 3.4 離散變數結構設計例題 49 3.4-1回應表面的近似限制函數設計 49 3.4-2回應表面的近似目標與限制函數設計 52 第四章 回應表面法的模糊最佳化 79 4.1 唯一解設計問題與理念 79 4.1-1 單切法設計 80 4.1-2 雙切法設計 81 4.2 連續變數模糊最佳解策略 83 4.3 連續變數結構設計例題 86 4.3-1回應表面的近似限制函數設計 86 4.3-2回應表面的近似目標與限制函數設計 89 4.4 離散變數模糊最佳解策略 91 4.5 離散變數結構設計例題 93 4.5-1 回應表面的近似限制函數設計 93 4.5-2 回應表面的近似目標與限制函數設計 96 第五章 結論 137 參考文獻 138 圖目錄 圖2-1 k=2和 的中心組合設計 22 圖2-2 k=3和 的中心組合設計 22 圖2-3 k=3的面中心立方體設計 23 圖2-4 3變數線性模式佈點 23 圖2-5 10桿桁架結構 24 圖3-1 10桿桁架目標函數迭代圖 54 圖3-2 25桿桁架結構 54 圖3-3 25桿(A)桁架目標函數迭代圖 55 圖3-4 25桿(A)桁架重量迭代圖 55 圖3-5 25桿(A)桁架位移迭代圖 56 圖3-6 25桿(B)桁架目標函數迭代過程 56 圖3-7 25桿(B)桁架重量迭代過程 57 圖3-8 25桿(B)桁架位移迭代過程 57 圖3-9 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環1) 58 圖3-10 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環2) 59 圖3-11 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環3) 60 圖3-12 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環4) 61 圖3-13 (A)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環1) 62 圖3-14-1 (A)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環2-1) 63 圖3-14-2 (A)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環2-2) 64 圖3-15-1 (A)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環3-1) 65 圖3-15-2 (A)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環3-2) 66 圖3-16 (A)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環4) 67 圖3-17-1 (B)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環1-1) 68 圖3-17-2 (B)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環1-2) 69 圖3-18 (B)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環2) 70 圖3-19-1 (B)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環3-1) 71 圖3-19-2 (B)25桿桁架離散變數解的搜尋過程(循環3-2) 72 圖4-1 基本 -cut模糊數示意圖 98 圖4-2 模糊目標歸屬函數 98 圖4-3 10桿桁架目標函數迭代圖(單切法) 99 圖4-4 10桿桁架最大值與最小值迭代圖(單切法) 99 圖4-5 10桿桁架目標函數迭代圖(雙切法) 100 圖4-6 10桿桁架最大值與最小值迭代圖(雙切法) 100 圖4-7 25桿桁架目標函數迭代圖(單切法) 101 圖4-8 25桿桁架重量迭代圖(單切法) 101 圖4-9 25桿桁架位移迭代圖(單切法) 102 圖4-10 25桿桁架最大值與最小值迭代圖(單切法) 102 圖4-11 25桿桁架目標函數迭代圖(雙切法) 103 圖4-12 25桿桁架重量迭代圖(雙切法) 103 圖4-13 25桿桁架位移迭代圖(雙切法) 104 圖4-14 25桿桁架最大值與最小值迭代圖(雙切法) 104 圖4-15-1 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環1-1) 105 圖4-15-2 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環1-2) 106 圖4-15-3 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環1-3) 107 圖4-16 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環2) 108 圖4-17-1 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環3-1) 109 圖4-17-2 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環3-2) 110 圖4-17-3 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環3-3) 111 圖4-18 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環4) 112 圖4-19 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環5) 113 圖4-20-1 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環1-1) 114 圖4-20-2 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環1-2) 115 圖4-20-3 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環1-3) 116 圖4-21-1 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環2-1) 117 圖4-21-2 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環2-2) 118 圖4-21-3 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環2-3) 119 圖4-22 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環3) 120 圖4-23 10桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環4) 121 圖4-24-1 25桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環1-1) 122 圖4-24-2 25桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環1-2) 123 圖4-24-3 25桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環1-3) 124 圖4-25-1 25桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環2-1) 125 圖4-25-2 25桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環2-2) 126 圖4-26 25桿桁架離散變數解的搜尋過程(單切法循環3) 127 圖4-27-1 25桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環1-1) 128 圖4-27-2 25桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環1-2) 129 圖4-28 25桿桁架離散變數解的搜尋過程(雙切法循環2) 130 表目錄 表2-1 10個變數的線性模式佈點 25 表2-2 10桿桁架的線性模式佈點 26 表2-3 10桿桁架的回應值 27 表2-4-1 10桿桁架的各桿件係數 28 表2-4-2 10桿桁架的各桿件係數 28 表2-5-1 10桿桁架各桿件的變異數分析表 29 表2-5-2 10桿桁架各桿件的變異數分析表 29 表2-6 經過倒數轉換後的桿件係數 30 表2-7 經過倒數轉後各桿件的變異數分析表 30 表2-8 回應表面式與有限元素比較表 30 表3-1 10桿桁架起始點與設計空間 73 表3-2 10桿桁架 的迭代過程 73 表3-3 10桁架結果 74 表3-4 25桿桁架負載模式 74 表3-5 (A)25桿桁架 的迭代過程 75 表3-6 (A)25桿桁架結果 75 表3-7 (B)25桿桁架 的迭代過程 76 表3-8 (B)25桿桁架結果 76 表3-9 截面積之規格(DIN 1028) 77 表3-10 10桿桁架離散變數結果 77 表3-11 25桿桁架離散變數結果 78 表4-1-1 10桿桁架單切法 的迭代過程 131 表4-1-2 10桿桁架單切法 及 迭代過程 131 表4-2-1 10桿桁架雙切法 的迭代過程 132 表4-2-2 10桿桁架雙切法 及 的迭代過程 132 表4-3 10桿桁架模糊設計結果 133 表4-4-1 25桿桁架單切法 的迭代過程 133 表4-4-2 25桿桁架單切法 及 的迭代過程 134 表4-5-1 25桿桁架雙切法 的迭代過程 134 表4-5-2 25桿桁架雙切法 及 的迭代過程 135 表4-6 25桿桁架模糊設計結果 135 表4-7 10桿桁架離散變數模糊設計結果 136 表4-8 25桿桁架離散變數模糊設計結果 136 |
| 參考文獻 |
參考文獻： 1.孫宗瀛、楊英魁 , Fuzzy控制：理論、實做與應用 , 全華科技圖書股份有限公司 , 1994 2.Wang G.Y. , Wang W.Q. , Fuzzy Optimum Design of Structures , Engineering Optimization , Vol.8 , pp.291-300 , 1985 3.Rao S.S. , Multi-Objective Optimization of Fuzzy Structural Systems , International Journal for Numerical Methods in Engineering , Vol.24, pp.1157-1171, 1987 4.Changwen Xu , Fuzzy Optimization of Structures by the Two-phase Method , Computers & Structures , vol.31 , pp.575-580 , 1989 5.Shih, C. J., Chi, C. C., and Hsiao, J. H., Alternative -Level-cuts Methods for Optimum Structural Design with Fuzzy Resources, Computers and Structures, 81, pp. 2579-2587, 2003 6.Rule W.K. , A Response Surface for Structural Optimization, Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering 119 , pp.196-202 , 1997 7.Roux W.J. , Nielen stander , Haftka R.T. , Response Surface Approximation for Structural Optimization, International Journal for Numerical Methods in Engineering ,42 , pp.517-534 , 1998 8.李弦政 , 回應表面法在最佳化之應用 , 中興大學機械工程研究所碩士論文 , 1998 9.Marklund P.O. ,Nilsson L. , Optimization of a Car Body Component Subjected to Side Impact, Structural and Multidisciplinary Optimization ,21 , pp.383-392 , 2001 10.G. Venter , R.T. Haftka , Using Response Surface Approximations in Fuzzy set Based Design Optimization , Structural Optimization , 18 , pp.218-227, 1999 11.Huang Min-Wei, Jasbir S. Arora, Optimal Design with Discrete Variables:Some Numerical Experiments, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.40, pp.165-188, 1997 12.賴清坤, 非線性混合實數、整數及離散變數的模糊理論最佳化, 淡江大學機械與機電工程研究所, 1992 13.Korngold J. C., Gabriele G. A., Multidisciplinary Analysis and Optimization of Discrete Problems Using Response Surface Methods, Journal of mechanical design, Vol.119, pp.427-433, 1997 14.G.. Li , S. R. Aryasomayajula, R. V. Grandhi, Two-level Optimization of Airframe Structures Using Response Surface Approximation, Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol.20, pp.116-124, 2000 15.Vladimir O. Blabanov, Gerhard Venter, Response Surface Optimization with Discrete Variables, 45th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, pp.19-22, April 2004, Palm spring, California 16.Myers, R. H., Montgomery, D. C., Response Surface Methodology : Process and product Optimization Using Designed Experiments, John Wiley and Sons, Inc, 1995 17.李鴻文, 大型模糊結構的最佳階切唯一解設計, 淡江大學機械與機電工程學系碩士班碩士論文, 2004 18.林真真, 鄒幼涵, 迴歸分析, 華泰書局, 1990 19.Hernandez, S., Brebbia, C. A., Optimization of Structural Systems and Industrial Applications, Elsevier Applied Science, New York, pp.90-91, 1991 20.Rao, S.S., Engineering Optimization Theory and Practice, Third Edition, A WILEY-Interscience, pp.531-533,1996 21.Bremicker, M., Papalambros, P,Y., Loh, H.T., Solution of Mixed-Discrete Structural Optimization Problems with A New Sequential Linearization Algorithm, Computer & Structural, Vol.34 (4), pp.451-461,1990 22.Shih, C.J., Lee, H.W., Level-cut Approaches of First and Second Kind for Unique Solution Design in Fuzzy Engineering Optimization Problems, Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol.7, No.3, pp.189-198,2004 |
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