Publication: Comparison and Determination of Efficient Techniques For Fuzzy Multiobjective Design Optimization of Mechanical Systems
Abstract
MEKANİK SİSTEMLERİN ÇOK KRİTERLİ BULANIK MANTIKLA TASARIM OPTİMİZASYONUNDA VERİMLİ TEKNİKLERİN KARŞILAŞTIRILMASI VE BELİRLENMESİ Çok kriterli bulanık mantıklı optimizasyon metotlarının kullanılabileceği uygulamalar çeşitli alanlara yayılmıştır. Bu çalışmada, mekanik sistemlerin bulanık mantıklı çok kriterli optimizasyonu için etkin tekniklerin belirlenmesi hedef alınmıştır. Bu amaca ulaşmak için, mevcut tekniklerin kapsamlı bir sınıflandırılması yapılmış, kullanılacak karşılaştırma kriterleri ve bulanık optimizasyon teknikleri belirlenmiş ve çok kullanılan tasarım problemlerine uygulanmıştır. Mevcut tekniklerin kapsamlı incelenmesi sonucu, Verdegay, Werner, Xu ve tek katmanlı kesim yaklaşımları kullanılacak teknikler olarak belirlenmiştir. Üç çubuk mekanizması, helis yay tasarımı, kaynaklı kiriş ve redüktör tasarımı optimizasyonda kullanılacak örnekler; CPU hesaplama zamanı, hassaslık, fonksiyon hesaplama sayısı, yakınsama ve iterasyon sayısı karşılaştırma kriterleri olarak seçilmiştir. En etkin tekniğin belirlenmesi amacıyla karşılaştırma kriterlerinin sonuçlarını tek bir sayı altında toplamak için bir tatmin endeksi tanımlanmış ve uzaklık ölçütü kullanılmıştır. Tez çalışmalarından elde edilen sonuçlara göre, üç çubuk mekanızması için, düşük hassasiyet değerlerinde Xu’nun tekniği, fakat yüksek hassasiyet değerlerinde Werner’in tekniği en etkin teknik olarak ortaya çıkmaktadır. Yay tasarım probleminde, Xu’nun tekniği her hassasiyet değerinde en etkin teknik olarak görülmektedir, fakat Werner’in ve Verdegay’ın teknikleri de çok yakın değerler vermektedir. Kaynaklı kiriş probleminde, Werner’in tekniği en etkin teknik olarak görülmektedir. Redüktör tasarımı probleminde ise, tek katmanlı kesim tekniği her hassasiyet değerinde en etkin teknik olarak görülmektedir, fakat Werner’in ve Verdegay’ın teknikleri de çok yakın değerler vermektedir.
Potential applications for the most fundamental fuzzy multi-objective optimization methods span a variety fields. In this study finding efficient techniques for fuzzy multiobjective design optimization of mechanical systems is considered. To reach this objective, a comprehensive classification of methods is done, comparison criteria and fuzzy optimization techniques are determined, and these are applied to significant engineering design problems to determine the efficient techniques. From comprehensive investigation of methods, Verdegay’s, Werner’s, Xu’s and single level cut approaches are determined as the techniques to be used. Three-bar truss design, spring design, welded beam design and speed reducer design cases are selected as benchmark cases. Computation time, accuracy, number of function evaluations, convergence and number of iterations are selected as comparison criteria. A satisfaction index which combines all criteria into one is also developed to get a single comparison result and used to determine the most efficient technique. According to the results of the thesis, for three bar truss design problem, Xu’s method is the most efficient one for lower accuracy, but Werner’s method for high accuracy. For spring design problem, Xu’s method is the overall winner, but Werner’s and Verdegay’s methods also give close results. For welded beam design problem, Werner’s method is the most efficient one. For speed reducer design problem, single level cut method is the overall winner, but Verdegay’s method also gives close results.
Potential applications for the most fundamental fuzzy multi-objective optimization methods span a variety fields. In this study finding efficient techniques for fuzzy multiobjective design optimization of mechanical systems is considered. To reach this objective, a comprehensive classification of methods is done, comparison criteria and fuzzy optimization techniques are determined, and these are applied to significant engineering design problems to determine the efficient techniques. From comprehensive investigation of methods, Verdegay’s, Werner’s, Xu’s and single level cut approaches are determined as the techniques to be used. Three-bar truss design, spring design, welded beam design and speed reducer design cases are selected as benchmark cases. Computation time, accuracy, number of function evaluations, convergence and number of iterations are selected as comparison criteria. A satisfaction index which combines all criteria into one is also developed to get a single comparison result and used to determine the most efficient technique. According to the results of the thesis, for three bar truss design problem, Xu’s method is the most efficient one for lower accuracy, but Werner’s method for high accuracy. For spring design problem, Xu’s method is the overall winner, but Werner’s and Verdegay’s methods also give close results. For welded beam design problem, Werner’s method is the most efficient one. For speed reducer design problem, single level cut method is the overall winner, but Verdegay’s method also gives close results.