Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenharia

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2008
Autor(a) principal: Lobato, Fran Sérgio
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
BR
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Engenharias
UFU
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14677
Resumo: Due to the increasing market needs of simultaneously achieving a growing number of objectives when designing modern engineering systems, thus focusing more realistic problems from the industrial point of view, the so-called multi-criteria optimization problems, multi-objective or vectorial optimization, have deserved, recently, emphasis in the development of algorithms and specific software for the solution of these problems. Most of these objectives, in turn, are conflicting, that is, an improvement in any one of these objectives doesn't result, necessarily, in the improvement of the others. The optimal solution for these problems, unlike the optimization with an single objective, is the attainment of non-dominated solutions that form the Pareto Curve, also know as Pareto Optimal. There are two approaches for obtaining Pareto's Curve: the Deterministic one, that makes use of the Variational Calculus and the Non-Deterministic one, which is based in the natural selection processes, in population genetics or in purely structural methodologies. The use of the Non-Deterministic Approach is drawing attention in recent decades, mainly due to the fact that they do not make use of derivates, and are easy implemented and have simple conception. Evidently, the rapid development of the digital computation is also a decisive factor for the success of these techniques, since the processing time, which is greater than that of classic methods, has been decreasing significantly with the better performance of the processors. Among these, the Diferential Evolution Algorithm, an structural approach developed initially for problems without restrictions with an single objective, has been shown as a viable alternative for this purpose. Therefore, this work consists in the extension of Diferential Evolution Algorithm for problems with multiple objectives, through the incorporation of two operators into the original algorithm: the rank ordering and neighborhood exploration of potential candidates. The developed algorithm was tested on a series of classic mathematical and engineering problems of different areas, thus constituting a wide range of case studies. The obtained results were promising, as it is able to reduce the generation number, without loss of quality of Pareto's Curve, when compared with those obtained through classic evolutionary algorithms.
id UFU_2c52698a461efe54f811bf7047590580
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/14677
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenhariaMulti-objective optimization for engineering system designOtimização multi-objetivoÓtimo de ParetoEvolução diferencialOrdenamento por RankExploração das vizinhançasOtimização matemáticaMulti-objective optimizationDiferential evolutionRank orderingNeighborhoods explorationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICADue to the increasing market needs of simultaneously achieving a growing number of objectives when designing modern engineering systems, thus focusing more realistic problems from the industrial point of view, the so-called multi-criteria optimization problems, multi-objective or vectorial optimization, have deserved, recently, emphasis in the development of algorithms and specific software for the solution of these problems. Most of these objectives, in turn, are conflicting, that is, an improvement in any one of these objectives doesn't result, necessarily, in the improvement of the others. The optimal solution for these problems, unlike the optimization with an single objective, is the attainment of non-dominated solutions that form the Pareto Curve, also know as Pareto Optimal. There are two approaches for obtaining Pareto's Curve: the Deterministic one, that makes use of the Variational Calculus and the Non-Deterministic one, which is based in the natural selection processes, in population genetics or in purely structural methodologies. The use of the Non-Deterministic Approach is drawing attention in recent decades, mainly due to the fact that they do not make use of derivates, and are easy implemented and have simple conception. Evidently, the rapid development of the digital computation is also a decisive factor for the success of these techniques, since the processing time, which is greater than that of classic methods, has been decreasing significantly with the better performance of the processors. Among these, the Diferential Evolution Algorithm, an structural approach developed initially for problems without restrictions with an single objective, has been shown as a viable alternative for this purpose. Therefore, this work consists in the extension of Diferential Evolution Algorithm for problems with multiple objectives, through the incorporation of two operators into the original algorithm: the rank ordering and neighborhood exploration of potential candidates. The developed algorithm was tested on a series of classic mathematical and engineering problems of different areas, thus constituting a wide range of case studies. The obtained results were promising, as it is able to reduce the generation number, without loss of quality of Pareto's Curve, when compared with those obtained through classic evolutionary algorithms.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorDoutor em Engenharia MecânicaDevido às crescentes necessidades do mercado em se atingir simultaneamente um número cada vez maior de objetivos quando do projeto dos modernos sistemas de engenharia, assim enfocando problemas mais realísticos do ponto de vista industrial, os chamados problemas de otimização multi-critérios, multi-desempenho, multi-objetivos ou otimização vetorial, têm merecido, nos últimos anos, destaque no desenvolvimento de algoritmos e softwares específicos para a solução destes problemas. Tais objetivos, por sua vez, são em sua maioria conflitantes, isto é, uma melhora em qualquer um destes objetivos não resulta, necessariamente, na melhora dos demais considerados. A solução ótima desses problemas, diferentemente do que ocorre na otimização com um único objetivo, consiste na obtenção de soluções não-dominadas que formam a Curva ou Fronteira de Pareto. Existem duas abordagens para a obtenção da Curva de Pareto: a Determinística, que faz uso do Cálculo Variacional e a Não Determinística, que é fundamentada nos processos de seleção natural, na genética das populações ou em metodologias puramente estruturais. O uso da Abordagem Não Determinística vem chamando a atenção nas últimas décadas, principalmente devido ao fato de que estas não fazem uso de derivadas, por serem de fácil implementação e de concepção simples. Evidentemente, o célere desenvolvimento da computação digital é um fator também determinante para o sucesso destas técnicas, uma vez que o tempo de processamento, naturalmente maior se comparado aos métodos clássicos, vem diminuindo significativamente com o melhor desempenho dos processadores. Dentre estas, o Algoritmo de Evolução Diferencial, abordagem estrutural desenvolvida inicialmente para problemas sem restrições com um único objetivo, vem se mostrando uma alternativa viável para a finalidade acima descrita. Neste sentido, este trabalho consiste na extensão do Algoritmo de Evolução Diferencial para problemas com múltiplos objetivos, através da incorporação de dois operadores ao algoritmo original: os mecanismos de ordenamento por rank e a exploração das vizinhanças de soluções candidatas em potencial. O algoritmo desenvolvido foi testado em uma série de problemas matemáticos clássicos e em problemas de engenharia de diversas áreas, constituindo dessa forma, uma ampla gama de estudos de caso. Os resultados obtidos se mostraram promissores, uma vez que conseguiu-se a redução do número de gerações, sem perda de qualidade na aproximação da Curva de Pareto, quando comparados com aqueles obtidos através de algoritmos evolutivos clássicos.Universidade Federal de UberlândiaBRPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaEngenhariasUFUSteffen Júnior, Valderhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4721546Y4Guimarães, Gilmarhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783806Y6Murata, Valeria Vianahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780730Z9Melo, Gilberto Pechoto dehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780787T6Silva Neto, Antônio José dahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/bisualizacv.jsp?id=K4787443U5Lobato, Fran Sérgio2016-06-22T18:39:22Z2009-05-182016-06-22T18:39:22Z2008-09-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfLOBATO, Fran Sérgio. Multi-objective optimization for engineering system design. 2008. 402 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2008.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14677porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2017-10-11T15:10:33Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/14677Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2017-10-11T15:10:33Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.none.fl_str_mv Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenharia
Multi-objective optimization for engineering system design
title Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenharia
spellingShingle Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenharia
Lobato, Fran Sérgio
Otimização multi-objetivo
Ótimo de Pareto
Evolução diferencial
Ordenamento por Rank
Exploração das vizinhanças
Otimização matemática
Multi-objective optimization
Diferential evolution
Rank ordering
Neighborhoods exploration
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
title_short Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenharia
title_full Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenharia
title_fullStr Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenharia
title_full_unstemmed Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenharia
title_sort Otimização multi-objetivo para o projeto de sistemas de engenharia
author Lobato, Fran Sérgio
author_facet Lobato, Fran Sérgio
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Steffen Júnior, Valder
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4721546Y4
Guimarães, Gilmar
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783806Y6
Murata, Valeria Viana
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780730Z9
Melo, Gilberto Pechoto de
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780787T6
Silva Neto, Antônio José da
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/bisualizacv.jsp?id=K4787443U5
dc.contributor.author.fl_str_mv Lobato, Fran Sérgio
dc.subject.por.fl_str_mv Otimização multi-objetivo
Ótimo de Pareto
Evolução diferencial
Ordenamento por Rank
Exploração das vizinhanças
Otimização matemática
Multi-objective optimization
Diferential evolution
Rank ordering
Neighborhoods exploration
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
topic Otimização multi-objetivo
Ótimo de Pareto
Evolução diferencial
Ordenamento por Rank
Exploração das vizinhanças
Otimização matemática
Multi-objective optimization
Diferential evolution
Rank ordering
Neighborhoods exploration
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
description Due to the increasing market needs of simultaneously achieving a growing number of objectives when designing modern engineering systems, thus focusing more realistic problems from the industrial point of view, the so-called multi-criteria optimization problems, multi-objective or vectorial optimization, have deserved, recently, emphasis in the development of algorithms and specific software for the solution of these problems. Most of these objectives, in turn, are conflicting, that is, an improvement in any one of these objectives doesn't result, necessarily, in the improvement of the others. The optimal solution for these problems, unlike the optimization with an single objective, is the attainment of non-dominated solutions that form the Pareto Curve, also know as Pareto Optimal. There are two approaches for obtaining Pareto's Curve: the Deterministic one, that makes use of the Variational Calculus and the Non-Deterministic one, which is based in the natural selection processes, in population genetics or in purely structural methodologies. The use of the Non-Deterministic Approach is drawing attention in recent decades, mainly due to the fact that they do not make use of derivates, and are easy implemented and have simple conception. Evidently, the rapid development of the digital computation is also a decisive factor for the success of these techniques, since the processing time, which is greater than that of classic methods, has been decreasing significantly with the better performance of the processors. Among these, the Diferential Evolution Algorithm, an structural approach developed initially for problems without restrictions with an single objective, has been shown as a viable alternative for this purpose. Therefore, this work consists in the extension of Diferential Evolution Algorithm for problems with multiple objectives, through the incorporation of two operators into the original algorithm: the rank ordering and neighborhood exploration of potential candidates. The developed algorithm was tested on a series of classic mathematical and engineering problems of different areas, thus constituting a wide range of case studies. The obtained results were promising, as it is able to reduce the generation number, without loss of quality of Pareto's Curve, when compared with those obtained through classic evolutionary algorithms.
publishDate 2008
dc.date.none.fl_str_mv 2008-09-02
2009-05-18
2016-06-22T18:39:22Z
2016-06-22T18:39:22Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv LOBATO, Fran Sérgio. Multi-objective optimization for engineering system design. 2008. 402 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2008.
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14677
identifier_str_mv LOBATO, Fran Sérgio. Multi-objective optimization for engineering system design. 2008. 402 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2008.
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14677
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
BR
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Engenharias
UFU
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
BR
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Engenharias
UFU
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1827843499446239232