Στοχαστικής Βελτιστοποίησης και Εφαρμογές

Σχετικά έγγραφα
Μέθοδοι Αεροδυναμικής Βελτιστοποίησης

Μέθοδοι Αεροδυναμικής Βελτιστοποίησης

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ. Κυριάκος Χ. Γιαννάκογλου Kαθηγητής ΕΜΠ

ΠΑΡΕΜΒΟΛΗ ΜΕΣΩ SPLINES

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΡΕΥΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ

ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΟΣ ΜΗ_ΔΟΜΗΜΕΝΩΝ ΠΛΕΓΜΑΤΩΝ

ΓΕΝΕΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΠΛΕΓΜΑΤΩΝ

Εργασία για το Σπίτι ( Ε1) ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: Προκαταρκτικός Σχεδιασμός Υπερηχητικού Αεροσκάφους. Μέθοδος: Εξελικτικοί Αλγόριθμοι

ΑΚΤΙΝΙΚΟΣ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ. ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ (5 ο Εξάμηνο Σχολής Μηχ.Μηχ. ΕΜΠ) Κυριάκος Χ. Γιαννάκογλου Kαθηγητής ΕΜΠ

ΓΝΩΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

Εργασία για το Σπίτι ( Ε1) ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: Προκαταρκτικός Σχεδιασμός Υπερηχητικού Αεροσκάφους. Μέθοδος: Εξελικτικοί Αλγόριθμοι

Εργασία για το Σπίτι ( Ε1) ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: Προκαταρκτικός Σχεδιασμός Υπερηχητικού Αεροσκάφους. Μέθοδος: Εξελικτικοί Αλγόριθμοι

ΥΒΡΙΔΙΚΑ ΠΛΕΓΜΑΤΑ. Κυριάκος Χ. Γιαννάκογλου Kαθηγητής ΕΜΠ

ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΣΤΡΩΜΑΤΩΝ


οµηµένος Εξελικτικός Αλγόριθµος

Εργασία για το Σπίτι ( Ε1) Πρόβλημα: Προκαταρκτικός Σχεδιασμός Υπερηχητικού Αεροσκάφους. Μέθοδος: Εξελικτικοί Αλγόριθμοι

Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

ii

Σχεδιασμός επέκτασης του συστήματος ηλεκτροπαραγωγής με τη χρήση Πολυκριτηριακού Γραμμικού Προγραμματισμού

Πολυκριτηριακός Γραμμικός Προγραμματισμός. Συστήματα Αποφάσεων Εργαστήριο Συστημάτων Αποφάσεων και Διοίκησης

Βελτιστοποίηση κατανομής πόρων συντήρησης οδοστρωμάτων Πανεπιστήμιο Πατρών - Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών

Ε ανάληψη. Α ληροφόρητη αναζήτηση

Π Α Ν Ε Π Ι Σ Τ Η Μ Ι Ο Θ Ε Σ Σ Α Λ Ι Α Σ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Βιομηχανίας. Εργαστήριο Φυσικών και Χημικών Διεργασιών

ΒΕΛΤΙΣΤΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ. Δρ. Πολ. Μηχ. Κόκκινος Οδυσσέας

ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ

Τυπικά θέματα εξετάσεων. ΠΡΟΣΟΧΗ: Οι ερωτήσεις που παρατίθενται ΔΕΝ καλύπτουν την πλήρη ύλη του μαθήματος και παρέχονται απλά ενδεικτικά

Διαχείριση Υδατικών Πόρων Πολυκριτηριακή ανάλυση

Non-Intrusive Polynomial Chaos Expansion in Aerodynamic Shape Optimization with Manufacturing Uncertainties

On line αλγόριθμοι δρομολόγησης για στοχαστικά δίκτυα σε πραγματικό χρόνο

Thin Film Chip Resistors

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΑΓΝΩΣΗΣ ΒΛΑΒΩΝ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΩΝ

Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

5 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΠΟΛΥΚΡΙΤΗΡΙΑΚΟΣ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Metal thin film chip resistor networks

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΕΝΙΟ Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ

Δρ. Βασίλειος Γ. Καμπουρλάζος Δρ. Ανέστης Γ. Χατζημιχαηλίδης

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Τομέας Ρευστών Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστομηχαν

High Performance Voltage Controlled Amplifiers Typical and Guaranteed Specifications 50 Ω System

Πίνακας Προτεινόμενων Πτυχιακών Εργασιών

Slide Show 15 slides - ~ 3 minutes

Reduced-Cost. For Industrial Applications. Kyriakos C. GIANNAKOGLOU, Professor NTUA

Διπλωµατική Εργασία. Γκάρο Κουγιουµτζιάν. Επιβλέπων: Κυριάκος Χ. Γιαννάκογλου, Καθηγητής ΕΜΠ

Ιεραρχικός Ασύγχρονος Δομημένος. Εξελικτικός Αλγόριθμος. Εφαρμογές στις Στροβιλομηχανές. Διπλωματική Εργασία Τέτας Θεοδώρου

ΑΚΕΡΑΙΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ & ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

ΕΓΚΟΛΠΙΟ e-ιπταµένου 322M e-haf 22/11/08 VERSION 1.0

καθ. Βασίλης Μάγκλαρης

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ASHRAE. «Eco-design, Refrigeration, KENAK & Energy audits»

Μοντελοποίηση προβληµάτων

Διαχείριση Ηλεκτρικής Ενέργειας Οικονομική Κατανομή Παραγόμενης Ενέργειας

Βελτιστοποίηση με Εξελικτικούς Αλγορίθμους Υποβοηθούμενους από τη Μέθοδο Ανάλυσης σε Κύριες Συνιστώσες - Εϕαρμογές στην Ενέργεια και στις Μεταϕορές

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 11 ΣΤΡΟΒΙΛΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

Current Sensing Chip Resistor SMDL Series Size: 0201/0402/0603/0805/1206/1010/2010/2512/1225/3720/7520. official distributor of

Χρήση Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων και Τεχνικών Δειγματοληψίας στη Βελτιστοποίηση Αεροτομών

Anti-Corrosive Thin Film Precision Chip Resistor-SMDR Series. official distributor of

Οι Εξελικτικοί Αλγόριθμοι (ΕΑ) είναι καθολικοί στοχαστικοί αλγόριθμοι βελτιστοποίησης, εμπνευσμένοι από τις βασικές αρχές της φυσικής εξέλιξης.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΝΧΕΙΟ Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Τομέας Ρευστών Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών. Διδακτορική Διατριβή

«Τεχνολογία και Προοπτικές εξέλιξης μικρών υδροστροβίλων» Δημήτριος Παπαντώνης και Ιωάννης Αναγνωστόπουλος

Γραµµικός Προγραµµατισµός (ΓΠ)

Data sheet Thick Film Chip Resistor 5% - RS Series 0201/0402/0603/0805/1206

Προσαρμογή 2Δ και 3Δ πλεγμάτων σε μεταβαλλόμενα όρια με τη μέθοδο των κινούμενων ελάχιστων τετράγωνων (MLS)

CSK series. Current Sensing Chip Resistor. Features. Applications. Construction FAITHFUL LINK

ΣΧΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τομέας Ρευστών Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών

Anti-Corrosive Thin Film Precision Chip Resistor (PR Series)

Επιχειρησιακή Έρευνα I

Πολυκριτηριακά Συστήματα Υποστήριξης Αποφάσεων

1. Στοιχεία Μεταφοράς Μάζας και Εξισώσεις Διατήρησης

Συστήματα Ελέγχου με Μικροϋπολογιστές (h9p://courseware.mech.ntua.gr/ml23259/)

Smaller. 6.3 to 100 After 1 minute's application of rated voltage at 20 C, leakage current is. not more than 0.03CV or 4 (µa), whichever is greater.

ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΜΠ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ (7 ου ) Εργασία για το Σπίτι ( Ε1)

Τ.Ε.Ι. ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ

Διαχείριση Εφοδιαστικής Αλυσίδας

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Τομέας Υδατικών Πόρων & Περιβάλλοντος

Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Πρόβλημα Μεταφοράς. Γεωργία Φουτσιτζή ΤΕΙ Ηπείρου Επιχειρησιακή Έρευνα

Επίλυση Προβλημάτων Βελτιστοποίησης με Χρήση της Μεθόδου του Διαδοχικού Τετραγωνικού Προγραμματισμού (SQP) και Εφαρμογές. Διπλωματική Εργασία

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Υπολογιστικές Μέθοδοι στις Κατασκευές

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΡΕΥΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ

4. Construction. 5. Dimensions Unit mm

Νευρωνικά ίκτυα και Εξελικτικός. Σηµερινό Μάθηµα. επανάληψη Γενετικών Αλγορίθµων 1 η εργασία Επανάληψη νευρωνικών δικτύων Ασκήσεις εφαρµογές

ΡΟΗ ΑΕΡΑ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΚΥΛΙΝΔΡΟ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

Χρήστος Ι. Σχοινάς Αν. Καθηγητής ΔΠΘ. Συμπληρωματικές σημειώσεις για το μάθημα: «Επιχειρησιακή Έρευνα ΙΙ»

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΡΕΥΣΤΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΩΝ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Ανάπτυξη εξελικτικού αλγορίθμου για πολυκριτηριακή βελτιστοποίηση

Current Sensing Chip Resistor

Γραμμικός Προγραμματισμός

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Τεχνολογία Συστημάτων Υδατικών Πόρων

3 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΕΝΟΣ ΚΡΙΤΗΡΙΟΥ

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Εφαρμογές Επιχειρησιακής Έρευνας. Δρ. Γεώργιος Κ.Δ. Σαχαρίδης

ενεργειακών απαιτήσεων πρώτης ύλης, ενεργειακού περιεχομένου παραπροϊόντων, τρόπους αξιοποίησής

ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ: ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Ανανεώσιμες Πηγές και Διεσπαρμένη Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Ανάπτυξη Τεχνολογίας στο ΕΜΠ

Επιχειρηματικές Προβλέψεις: Μέθοδοι & Τεχνικές Επιλογή Μεθόδου Συνδυασμός Μεθόδου Διάλεξη 10

Γραμμικός Προγραμματισμός και Βελτιστοποίηση (Εργαστήριο 2)

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 5 ΣΤΡΟΒΙΛΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

Transcript:

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών Μονάδα Παράλληλης ης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης Μέθοδοι Αιτιοκρατικής και Στοχαστικής Βελτιστοποίησης και Εφαρμογές ΔΠΜΣ Εφαρμοσμένες Μαθηματικές Επιστήμες, ΕΜΠ ΔΠΜΣ Υπολογιστική Μηχανική, ΕΜΠ Εισαγωγικό Μάθημα Κυριάκος Χ. Γιαννάκογλου Καθηγητής ΕΜΠ kgianna@central.ntua.gr http://velos0.ltt.mech.ntua.gr/research/

Εισαγωγή Η βελτιστοποίηση είναι σήμερα βασικό στοιχείο σε κάθε επιστήμη. Από την ΑΝΑΛΥΣΗ στη ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ!!!! Βελτιστοποίηση λαμβάνει χώρα, ακόμη και αν αυτό δεν φαίνεται ή λέγεται ξεκάθαρα, σχεδόν σε κάθε σχεδιασμό προϊόντος, υπηρεσίας ή διεργασίας. Το θέμα είναι αν γίνεται με το βέλτιστο τρόπο. Οι μέθοδοι βελτιστοποίησης, σε γενικές γραμμές, είναι ίδιες ανεξάρτητα από τον αν εφαρμόζονται στην αεροδυναμική, στην υδροδυναμική, στις κατασκευές, στους αυτοματισμούς, σε ενεργειακά θέματα κλπ. Μόνο οι ιδιαιτερότητες αλλάζουν Από τη ΜΟΝΟΚΡΙΤΗΡΙΑΚΗ ΒΕΛ/ΣΗ (Single Objective Optimization, SOO) στην ΠΟΛΥΚΡΙΤΗΡΙΑΚΗ ΒΕΛ/ΣΗ (Multi Objective Optimization, MOO) και, μετά στη ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΒΕΛ/ΣΗ (Multi Disciplinary Optimization, MDO). Το μάθημα δεν απευθύνεται αποκλειστικά σε «αεροναυπηγούς». K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 2

Ορολογία Βέλτιστος Σχεδιασμός Αυτοκινήτου Σχεδιασμός Βέλτιστου Αυτοκινήτου Βέλτιστος Σχεδιασμός Βέλτιστου Αυτοκινήτου Βέλτιστος Σχεδιασμός Μορφής Αυτοκινήτου Σχεδιασμός Βέλτιστης Μορφής Αυτοκινήτου Βέλτιστος Σχεδιασμός Βέλτιστης Μορφής Αυτοκινήτου K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 3

Τι είναι Βέλτιστο? Το πιο γρήγορο Το πιο οικονομικό Το πιο άνετο Το πιο οικολογικό Το βέλτιστο ως προς μια συνάρτηση-στόχο (min ή max F) ΌΜΩΣ: Ένας ή περισσότεροι στόχοι? K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 4

Καθορισμός στόχων Συνάρτηση-στόχος Στη συνέχεια, καθορίζονται οι στόχοι (targets, ένας ή περισσότεροι) και φέρονται στη μορφή συνάρτησης στόχου (objective function) που καλούμαστε να ελαχιστοποιήσουμε ή να μεγιστοποιήσουμε. Στα σύνθετα τεχνολογικά προβλήματα, εδώ υπάρχουν συχνά πολλές επιλογές. Υπάρχει η δυνατότητα να συνενωθούν στόχοι σε μια αντικειμενική συνάρτηση (ή όχι), να γίνει διαχείριση στόχων στη μορφή περιορισμών (constraints), κλπ. Παράδειγμα διαφορετικών επιλογών: max C L min -C L min 1/C L max C L min C D min C D min C D max -C D min C D + w/c L min C D + 1/C L min C D + 10/C L min C D υπό τον περιορισμό: C L =1.2 min C D υπό τον περιορισμό: C L >1.2 K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 5

Ορολογία Objective Function Συνάρτηση Στόχος (Αντικειμενική Συνάρτηση) Cost Function Συνάρτηση Κόστους (προς ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ) Fitness Function Συνάρτηση Καταλληλότητας (προς ΜΕΓΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ) K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 6

Συνάρτηση-Στόχος Objective: Minimum DRAG Objective Function: DRAG Coefficient min F=C D K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 7

Μεταβλητές Σχεδιασμού Παραμετροποίηση Μορφής: Β Α θ y B y A x A x B L N=6 degrees of freedom (dofs; Βαθμοί Ελευθερίας) K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 8

Μεταβλητές Σχεδιασμού Πριν ξεκινήσει οποιαδήποτε βελτιστοποίηση, πρέπει να αναγνωρισθούν οι ελεύθερες μεταβλητές ή παράμετροι (free variables) ή μεταβλητές σχεδιασμού (design variables) του προβλήματος. Η επιλογή αυτή είναι ιδιαίτερα κρίσιμη. Λάθος επιλογή μπορεί να σημαίνει ότι υπάρχουν ενδεχομένως βέλτιστες λύσεις που η μέθοδος βελτιστοποίηση δεν θα μπορέσει να εντοπίσει. Παράδειγμα αεροδυναμικού σχεδιασμού πτέρυγας: Πόσες??? Ποιες??? K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 9

Αξιολόγηση Λογισμικό Αξιολόγησης: Κώδικας επίλυσης εξισώσεων ροής Συνεκτικές τάσεις C D = carcontour forces K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 10

Αξιολόγηση L x A y A x B y B θ b = b1= b2= b3= b4= b5= b6= F=C D = K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 11

Περιορισμοί Constraints: Μια μη-αποδεκτή λύση!!! K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 12

Μέθοδοι Βελτιστοποίησης Gradient-Based Method (Μέθοδοι δ Κλίσης F) vs. Stochastic Methods (Στοχαστικές Μέθοδοι) F(x) () Individual-based Methods (Ατομικές Μέθοδοι) vs. Population-based Methods (Πληθυσιασμικές Μέθοδοι) x K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 13

Βελτιστοποίηση: Συνολικά τι χρειάζομαι? Για μια βελτιστοποίηση χρειάζονται: Στόχος ή στόχοι (min ή max). Ελεύθερες μεταβλητές ή μεταβλητές σχεδιασμούβελτιστοποίησης. Ενδεχομένως περιορισμοί ρ (συμπερ/νων μ των ορίων των μεταβλητών σχεδιασμού). Μια μέθοδος αξιολόγησης (ανάλυσης) υποψηφίων λύσεων ή υποκατάστατά της. Μια μέθοδος βελτιστοποίησης. Προέχει η απόφαση ως προς το σε ποια κατηγορία θα ανήκει η μέθοδος. Μετά, επιλέγεται και η μέθοδος αυτή καθαυτή. K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 14

Εξελικτικοί Αλγόριθμοι (Evolutionary Algorithms) Πληθυσμιακή Μέθοδος - A Population-based Algorithm: K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 15

Εξελικτικοί Αλγόριθμοι (Evolutionary Algorithms) Αξιολόγηση Πληθυσμού - Evaluation of the Population: F=0.29 F=0.33 F=0.36 F=0.50 F=0.45 F=0.42 K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 16

Εξελικτικοί Αλγόριθμοι (Evolutionary Algorithms) Επιλογή Γονέων - Parent Selection: F=0.29 F=0.33 F=0.36 F=0.29 F=0.45 F=0.42 K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 17

Εξελικτικοί Αλγόριθμοι (Evolutionary Algorithms) (Two Parents-Γονείς) Διασταύρωση -Crossover (Two Offspring/Απόγονοι) K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 18

Εξελικτικοί Αλγόριθμοι (Evolutionary Algorithms) Μετάλαξη -Mutation K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 19

Εξελικτικοί Αλγόριθμοι (Evolutionary Algorithms) The New Offspring Population K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 20

Εξελικτικοί Αλγόριθμοι (Evolutionary Algorithms) Το λογισμικό E.A.SY. (Evolutionary Algorithm SYstem) υλοποιεί τους εξελικτικούς αλγορίθμους, είναι γενικό, το χρησιμοποιούν πολλές πανεπιστημιακές ομάδες και εταιρίες στην Ελλάδα και το εξωτερικό. Θα το πάρετε, θα το χρησιμοποιήσετε σε προαιρετικές ρ εργασίες και μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε και «αλλού» K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 21

Πολυκριτηριακή Βελτιστοποίηση Μέτωπο Pareto Price Bugatti Veyron 1100000 400 km/h VW Golf V 15000 220 km/h Simca 1100 2000 60 km/h (Top Speed) 1 K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 22

Πολυκριτηριακή Βελτιστοποίηση Μέτωπο Pareto F 2, S ge Front 0 (Pareto) F 1 Front 1 Παράδειγμα δύο στόχων: min F 1, min F 2 Front 2 K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 23

Πως θα συγκρίνατε τα παράτω μέτωπα Pareto? Περίπτωση Α: Περίπτωση Β: Περίπτωση Γ: F 2 F 2 F 2 F 1 F 1 F 1 Σχόλια λ.χ. για την περίπτωση Β: Δεν αποκλείεται κάποιος να είναι περισσότερο ευχαριστημένος με το μπλέ μέτωπο και κάποιος άλλος με το κόκκινο μέτωπο! Αρχίστε να σκέφτεστε την ιδέα του «μετώπου των μετώπων Pareto» (αποτελείται από τις μη-κυριαρχούμενες λύσεις από όλα τα διαθέσιμα μέτωπα). Τότε θα ήταν ενδιαφέρον να καταγράφονταν ποιες και πόσες από τις λύσεις του τελικού μετώπου έδωσε κάθε μέθοδος. K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 24

Πολυκριτηριακή Βελτιστοποίηση Μέτωπο Pareto Ας γνωρίζουμε ότι: Δεν μπορούν όλες οι μέθοδοι βελτιστοποίησης να παράγουν το μέτωπο των κατά Pareto βέλτιστων λύσεων,, τουλάχιστον «με μ τη μία». Προφανώς, μέτωπο Pareto υπολογίζεται για οποιοδήποτε αριθμό στόχων. Μέχρι 3 στόχους, το μέτωπο Pareto απεικονίζεται.aλλά, για περισσότερους από 3 στόχους, το ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος να παρουσιασθεί και να κατανοηθεί το πολυδιάστατο μέτωπο Pareto είναι (και θα είναι) ένα «ανοιχτό θέμα». Το να υπολογισθεί το μέτωπο Pareto στοιχίζει ασφαλώς περισσότερο από το να λυθεί το πρόβλημα ως προς μόνο ένα στόχο. Με τον υπολογισμό του μετώπου Pareto, ουσιαστικά αρχίζει ένα νέο πρόβλημα (δικό μας ή κάποιου άλλου): ποια λύση από τις πολλές του μετώπου θα επιλεγεί. Μια νέα επιστήμη το αναλαμβάνει: λήψη απόφασης, decision making! Δεν συγκρίνονται εύκολα και «αντικειμενικά» δύο μέτωπα Pareto! K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 25

Βελτιστοποίηση Τι άλλο μας ενδιαφέρει? Ταχύτητα εύρεσης της βέλτιστης λύσης ή των βέλτιστων λύσεων K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 26

Βελτιστοποίηση Ακολουθεί μια σειρά παραδειγμάτων πολυκριτηριακής βελτιστοποίησης, κυρίως αλλά όχι αποκλειστικά από την αεροδυναμική. Όλα έχουν μελετηθεί με υπολογιστικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν και αναπτύσσονται στη Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του Τομέα Ρευστών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών ΕΜΠ. K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 27

Π1: Βελτιστοποίηση μορφής μεμονωμένης αεροτομής Πρόβλημα δύο στόχων: σε συνθήκες ροής: Ας γνωρίζουμε ότι: Στο σχήμα συγκρίνονται τα μέτωπα βέλτιστων λύσεων τριών μεθόδων βελ/σης και η απόδοση της αεροτομής αναφοράς. Όλες χρησιμοποίησαν την ίδια παραμετροποίηση μορφής (Bezier) με τα ίδια όρια μεταβολής των μεταβλητών σχεδιασμού. High-Lift: Κριτήριο τερματισμού κάθε υπολογισμού ήταν οι 1500 Exact Evaluations. Γι αυτό καμιά δεν εντόπισε Compromise: το μέτωπο Pareto. Βρείτε την καλύτερη! Low-Drag: K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 28

Π2: Σχεδιασμός βέλτιστης πτερύγωσης συμπιεστή M 1 = 0.62 Re = 8,41 10 β β β 1, DOP 1, DOP 1, DOP = = = 47 o 43 51 o o 5 Βέλτιστη λειτουργία σε 3 σημεία λειτουργίας Πρόβλημα δύο στόχων: F F 1 ω β 1, DOP = = p p p p t1 t2 t1 1 β 1, D OP noff 4 2 = 10 1, 1, i =11 ( ω β i ω β DOP ) p t Συντ. Απ πωλειών p 43 o 47 o 51 o Γωνία εισόδου ροής K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 29

Π2: Σχεδιασμός βέλτιστης πτερύγωσης συμπιεστή Αποτελέσματα με το ίδιο υπολογιστικό κόστος: ίδιος αριθμός αξιολογήσεων (εξετασθεισών λύσεων) ance) n Points Performa Off-Design (O (Design Point Performance) K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 30

Ανάγκη για χρήση Πολυεπεξεργασίας Η πολυεπεξεργασία ή η παράλληλη επεξεργασία (multi-processing or parallel processing) μπορεί να εφαρμοσθεί σε πολλά επίπεδα: Κάθε φορά που αξιολογείται μια λύση (λ.χ. τρέχει ένας κώδικας Navier-Stokes για μια αεροτομή ή μια πτερύγωση ή ένα αεροπλάνο) αυτό να γίνεται παράλληλα (τεχνική πολλαπλών υποχωρίων). Αν η μέθοδος βελτιστοποίησης είναι πληθυσμιακή (population-based optimization methods) και άρα μπορούν πολλές υποψήφιες λύσεις να αξιολογούνται ταυτοχρόνως, αυτό μπορεί να γίνει μοιράζοντας αξιολογήσεις στους διαθέσιμους επεξεργαστές. Να γίνονται και τα δύο ανωτέρω! (πολλές ταυτόχρονες αξιολογήσεις που καθεμιά θα γίνεται παράλληλα). ΠΡΟΣΟΧΗ: Το ενδιαφέρον και η έρευνα στρέφεται πλέον σε πραγματικά παράλληλες μεθόδους βελτιστοποίησης αντί της απλής μεταφοράς σε παράλληλο υπολογιστή μεθόδων που φτιάχτηκαν για σειριακή επεξεργασία!!!! K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 31

Π3: Optimization of a Reusable Launch Vehicle (RLV) Orbiter: start pitch control Separation Booster: engine cut off Gravity turn An example of the use of EASY (metamodel-assisted evolutionary algorithms) in a highly demanding problem Re-entry Turn Launch Landing Cruise In collaboration with K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 32

Π3: Optimization of a Reusable Launch Vehicle (RLV) + = Objective 1: Minimum shifting of the aerodynamic center; minimum control mechanisms. Objective 2: Minimum pitching moment at transonic flight; overcoming the drawback of high-performance arrow wings, for stability purposes. Objective 3: Minimum drag at transonic flight; the flight is transonic for major part of the range; maximum range. Objective 4: Maximum lift at subsonic flight; runaway distance to be minimized. F = C C supersonic transonic 1 Mp Mp transonic F2 = C Mp F F = C transonic 3 D = C subsonic 4 L In collaboration with K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 33

Π3: Optimization of a Reusable Launch Vehicle (RLV) 0.60 056 0.56 ubsonic F 4 =C su L 0.52 048 0.48 0.44 0.40 0.36 C Mpsuper -C Mptrans 0 0.020 0.040 0.060 0.080 0.10 0.12 0.14 016 0.16 0.18 0.20 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 F 3 =C transonic D In collaboration with K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 34

Π5: Σχεδιασμός βέλτιστων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής T P T T r P T P Τρεις Στόχοι: (a) μέγιστη απόδοση, (b) μέγιστη ισχύς, (c) ελάχιστη επένδυση. T T Έρευνα χρηματοδοτούμενη από τη K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 35

Π5: Σχεδιασμός βέλτιστων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής Capital Cost (MEuro) 65 60 55 50 45 50 0.46 45 0.48 40 0.5 35 Efficiency 0.52 30G2 Power Output (MW) 0.54 25 K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 36

Π6: Βέλτιστη ανάθεση φορτίου σε μονάδες αεριοστροβίλων Δίνονται: Κ Αεριοστροβιλικές Μονάδες Η ενεργειακή ζήτηση για T ώρες. Ένας Στόχος: ελαχιστοποίηση του συνολικού λειτουργικού κόστους: Κόστος παραγωγής Επιβάρυνση της τιμής της συνάρτησης Κόστος εκκίνησης μονάδας κόστους αν δεν καλύπτεται η ζήτηση. Κόστος κράτησης μονάδας Έρευνα χρηματοδοτούμενη από τη ΓΓΕΤ (Πρόγραμμα ΠΕΝΕΔ) και τη K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 37

Π6: Βέλτιστη ανάθεση φορτίου σε μονάδες αεριοστροβίλων Προσέξτε: 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 M M M M M M O M 1 1 1 1 1 1 1 Εδώ δεν υπάρχουν συνεχείς αλλά διακριτές (0 ή 1) μεταβλητές. Θα χρησιμοποιηθούν ίδιες ή άλλες μέθοδοι? Εδώ υπάρχουν πολλοί περιορισμοί και δεν είναι δεκτές όλες οι δυαδικές στοιχειοσειρές ως λύσεις του προβλήματος. K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 38

Π6: Βέλτιστη ανάθεση φορτίου σε μονάδες αεριοστροβίλων Έρευνα χρηματοδοτούμενη από τη ΓΓΕΤ (Πρόγραμμα ΠΕΝΕΔ) και τη K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 39

Π7: Τhe HISAC Project Environmentally Friendly High Speed Aircraft Design of a new small size commercial supersonic transport aircraft: Environmental constraints: Noise, sonic boom, emissions Economically viable (range, time reduction, comfort, ) Environmental objectives Noise ICAO Chapter 4 less 8dB NOx emissions High altitude:less than 10g per kg fuel burnt (5g in the long term) At landing and take-off: comparable to subsonic aircraft Sonic boom less than 15 Pa (tbc) differential pressure (overland flight) Commercial characteristics objectives Size of cabin 8 to 16 passengers Speed transonic to M 1.8 Range Airfield length 3500 to 4500 nm (~6000 to ~9000 km) 7000 ft K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 40

Π8: Σχεδιασμός εσωτερικά ψυχόμενου πτερυγίου στροβίλου Temperature distribution inside the vane Application in the second-stage vane of the high-pressure turbine of a two-spool low by-pass ratio turbofan engine. Total cycles needed for blade failure Mach number distribution around the vane Ένα καλό παράδειγμα Multidisciplinary Optimization! In collaboration with HAI K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 41

Π9: Σχεδιασμός μορφής αυτοκινήτων Ο χάρτης παραγώγων ευαισθησίας με συνάρτηση κόστους την δύναμη αντίστασης σε πραγματική γεωμετρία αυτοκινήτου (VW Passat B-6) Χρηματοδοτούμενη μ η έρευνα από την VolksWagen στη Μονάδα Παράλληλης ης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του ΕΜΠ(2007-2013) K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 42

Π9: Σχεδιασμός μορφής αυτοκινήτων Χρηματοδοτούμενη μ η έρευνα από την VolksWagen στη Μονάδα Παράλληλης ης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του ΕΜΠ(2007-2013) K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 43

Π10: Βελτιστοποίηση γάστρας κορβέτας Εργασία που έγινε στη Σχολή Ναυπηγών (Καθ. Γρηγορόπουλος) με λογισμικό Βελτιστοποίησης τον κώδικα EASY της Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βλ Βελτιστοποίησης του ΕΜΠ K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 44

Π12: Εφαρμογές Αυτοκινητοβιομηχανίας Sensitivity Βασικό Μοντέλο Βελτιωμένο Μοντέλο με Spoiler Χρηματοδοτούμενη μ η έρευνα από την VolksWagen στη Μονάδα Παράλληλης ης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του ΕΜΠ(2007-2013) K.C. Giannakoglou, Parallel CFD & Optimization Unit, NTUA, Greece 45