In this paper, finite element (FE) model updating based on multi-objective optimization with the surrogate model for a steel plate girder bridge is investigated. Conventionally, FE model updating for bridge structures uses single-objective optimization with finite element analysis (FEA). In the case of the conventional method, computational burden occurs considerably because a lot of iteration are performed during the updating process. This issue can be addressed by replacing FEA with the surrogate model. The other problem is that the updating result from single-objective optimization depends on the condition of the weighting factors. Previous studies have used the trial-and-error strategy, genetic algorithm, or user's preference to obtain the most preferred model; but it needs considerable computation cost. In this study, the FE model updating method consisting of the surrogate model and multi-objective optimization, which can construct the Pareto-optimal front through a single run without considering the weighting factors, is proposed to overcome the limitations of the single-objective optimization. To verify the proposed method, the results of the proposed method are compared with those of the single-objective optimization. The comparison shows that the updated model from the multi-objective optimization is superior to the result of single-objective optimization in calculation time as well as the relative errors between the updated model and measurement.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.44
no.2
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pp.36-42
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2021
This paper deals with a vehicle routing problem with resource repositioning (VRPRR) which is a variation of well-known vehicle routing problem with pickup and delivery (VRPPD). VRPRR in which static repositioning of public bikes is a representative case, can be defined as a multi-objective optimization problem aiming at minimizing both transportation cost and the amount of unmet demand. To obtain Pareto sets for the problem, famous multi-objective optimization algorithms such as Strength Pareto Evolutionary Algorithm 2 (SPEA2) can be applied. In addition, a linear combination of two objective functions with weights can be exploited to generate Pareto sets. By varying weight values in the combined single objective function, a set of solutions is created. Experiments accomplished with a standard benchmark problem sets show that Variable Neighborhood Search (VNS) applied to solve a number of single objective function outperforms SPEA2. All generated solutions from SPEA2 are completely dominated by a set of VNS solutions. It seems that local optimization technique inherent in VNS makes it possible to generate near optimal solutions for the single objective function. Also, it shows that trade-off between the number of solutions in Pareto set and the computation time should be considered to obtain good solutions effectively in case of linearly combined single objective function.
Gao, Hongyuan;Zhang, Shibo;Du, Yanan;Wang, Yu;Diao, Ming
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.7
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pp.3501-3523
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2017
It is a classical integer optimization difficulty to design an optimal selection scheme in cooperative relay networks considering co-channel interference (CCI). In this paper, we solve single-objective and multi-objective relay selection problem. For the single-objective relay selection problem, in order to attain optimal system performance of cooperative relay network, a novel quantum differential evolutionary algorithm (QDEA) is proposed to resolve the optimization difficulty of optimal relay selection, and the proposed optimal relay selection scheme is called as optimal relay selection based on quantum differential evolutionary algorithm (QDEA). The proposed QDEA combines the advantages of quantum computing theory and differential evolutionary algorithm (DEA) to improve exploring and exploiting potency of DEA. So QDEA has the capability to find the optimal relay selection scheme in cooperative relay networks. For the multi-objective relay selection problem, we propose a novel non-dominated sorting quantum differential evolutionary algorithm (NSQDEA) to solve the relay selection problem which considers two objectives. Simulation results indicate that the proposed relay selection scheme based on QDEA is superior to other intelligent relay selection schemes based on differential evolutionary algorithm, artificial bee colony optimization and quantum bee colony optimization in terms of convergence speed and accuracy for the single-objective relay selection problem. Meanwhile, the simulation results also show that the proposed relay selection scheme based on NSQDEA has a good performance on multi-objective relay selection.
Congestion management is one of the technical challenges in power system deregulation. This paper presents single objective and multi-objective optimization approaches for optimal choice, location and size of Static Var Compensators (SVC) and Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC) in deregulated power system to improve branch loading (minimize congestion), improve voltage stability and reduce line losses. Though FACTS controllers offer many advantages, their installation cost is very high. Hence Independent System Operator (ISO) has to locate them optimally to satisfy a desired objective. This paper presents optimal location of FACTS controllers considering branch loading (BL), voltage stability (VS) and loss minimization (LM) as objectives at once using GA. It is observed that the locations that are most favorable with respect to one objective are not suitable locations with respect to other two objectives. Later these competing objectives are optimized simultaneously considering two and three objectives at a time using multi-objective Strength Pareto Evolutionary Algorithms (SPEA). The developed algorithms are tested on IEEE 30 bus system. Various cases like i) uniform line loading ii) line outage iii) bilateral and multilateral transactions between source and sink nodes have been considered to create congestion in the system. The developed algorithms show effective locations for all the cases considered for both single and multiobjective optimization studies.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.11
s.254
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pp.1358-1368
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2006
This paper proposes a Pareto artificial life algorithm for solving multi-objective optimization problems. The artificial life algorithm for optimization problem with a single objective function is improved to handle Pareto optimization problem through incorporating the new method to estimate the fitness value for a solution and the Pareto list to memorize and to improve the Pareto optimal set. The proposed algorithm was applied to the optimum design of a journal bearing which has two objective functions. The Pareto front and the optimal solution set for the application were presented to give the possible solutions to a decision maker or a designer. Furthermore, the relation between linearly combined single-objective optimization problem and Pareto optimization problem has been studied.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.8
no.4
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pp.10-15
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2007
Taguchi methods have been used for a long time to improve the product quality and process performance of a manufacturing system, Few researchers have applied this methodology in laser beam cutting (LBC) of sheet metals and found the considerable improvement in cut qualities. In all experimental investigations of LBC so far, the objective was to optimize the single quality characteristic at a time. In this paper the simultaneous optimization of multiple quality characteristics such as Kerf width and material removal rate (MRR) during pulsed Nd:YAG LBC of thin sheet of magnetic material (high Silicon-steel) has been presented using Taguchi's quality loss function. The results show the considerable improvement in multiple S/N ratio as compared to initial cutting condition. Also, the comparison of results from single and multi-objective optimization have been presented and it was found that the loss in quality is always possible shifting from single quality to multiple quality optimization.
The paper deals with the identification of Pareto optimal solutions using GA based coevolution in the context of multiobjective optimization. Coevolution is a genetic process by which several species work with different types of individuals in parallel. The concept of cooperative coevolution is adopted to compensate for each of single objective optimal solutions during genetic evolution. The present study explores the GA based coevolution, and develops prescribed and adaptive scheduling schemes to reflect design characteristics among single objective optimization. In the paper, non-dominated Pareto optimal solutions are obtained by controlling scheduling schemes and comparing each of single objective optimal solutions. The proposed strategies are subsequently applied to a three-bar planar truss design and an energy preserving flywheel design to support proposed strategies.
This paper presents a novel symbiotic organisms search (SOS) algorithm to optimize both real power loss (RPL) and voltage stability limit (VSL) of a transmission network by controlling the variables such as unified power flow controller (UPFC) location, UPFC series injected voltage magnitude and phase angle and transformer taps simultaneously. Mathematically, this issue can be formulated as nonlinear equality and inequality constrained multi objective, multi variable optimization problem with a fitness function integrating both RPL and VSL. The symbiotic organisms search (SOS) algorithm is a nature inspired optimization method based on the biological interactions between the organisms in ecosystem. The advantage of SOS algorithm is that it requires a few control parameters compared to other meta-heuristic algorithms. The proposed SOS algorithm is applied for solving optimum control variables for both single objective and multi-objective optimization problems and tested on New England 39 bus test system. In the single objective optimization problem only RPL minimization is considered. The simulation results of the proposed algorithm have been compared with the results of the algorithms like interior point successive linear programming (IPSLP) and bacteria foraging algorithm (BFA) reported in the literature. The comparison results confirm the efficacy and superiority of the proposed method in optimizing both single and multi objective problems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.6
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pp.987-992
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2002
In an attempt to solve multiobjective optimization problems, many traditional methods scalarize the objective vector into a single objective. In those cases, the obtained solution is highly sensitive to the weight vector used in the scalarization process and demands the user to have knowledge about the underlying problem. Moreover, in solving multiobjective problems, designers may be interested in a set of Pareto-optimal points, instead of a single point. In this paper, pareto-based Continuous Evolutionary Algorithms for Multiobjective Optimization problems having continuous search space are introduced. This algorithm is based on Continuous Evolutionary Algorithms to solve single objective optimization problems with a continuous function and continuous search space efficiently. For multiobjective optimization, a progressive reproduction operator and a niche-formation method fur fitness sharing and a storing process for elitism are implemented in the algorithm. The operator and the niche formulation allow the solution set to be distributed widely over the Pareto-optimal tradeoff surface. Finally, the validity of this method has been demonstrated through a numerical example.
Yao Wu;Bin Liu;Xiaowei Su;Songqian Tang;Mingfei Yan;Liangming Pan
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.2
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pp.520-525
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2024
The optimization design problem of nuclear reactor radiation shield is a typical multi-objective optimization problem with almost 10 sub-objectives and the sub-objectives are always demanded to be under tolerable limits. In this paper, a design method combining multi-objective optimization algorithms with paralleling discrete ordinate transportation code is developed and applied to shield design of the Savannah nuclear reactor. Three approaches are studied for light-weighted and compact design of radiation shield. Comparing with directly optimization with 10 objectives and the single-objective optimization, the approach by setting sub-objectives representing weight and volume as optimization objectives while treating other sub-objectives as constraints has the best performance, which is more suitable to reactor shield design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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