Laskentatyökalun kehittäminen kantavien rakenteiden optimointiin
Laakkonen, Petri (2014)
Laakkonen, Petri
2014
Automaatiotekniikan koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-05-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405211185
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405211185
Tiivistelmä
Kova kilpailu on kasvattanut laskennallisesti vaativaa suunnittelua tekevissä yrityksissä tarvetta nopeuttaa suunnitteluprosessia. Täten myös kiinnostus simulaatiopohjaiseen optimointiin ja sen automatisointiin on kasvanut. Tämän työn tavoite on ollut kehittää helppokäyttöinen laskentatyökalu kantavien rakenteiden optimointiin. Suunnitteluprosessia on haluttu automatisoida siten, että parametrisoidulle rakennemallille voidaan hakea paras mahdollinen rakenne työkalun avulla. Laskentatyökaluun implementoitava optimointiproseduuri perustuu Tampereen teknillisen yliopiston tekemään aikaisempaan tutkimukseen lujuuslaskennan automatisoinnista. Siinä optimoidaan vaiheittaisella vastepintamenetelmällä saatua metamallia eli korvikemallia. Esitetyn menetelmän keskeinen idea on, että suunnitteluavaruudesta viritetään vaiheittain aliavaruus aina edellisen optimipisteen ympäriltä ennalta asetetun approksimaatiovirheen sallimissa rajoissa. Joka vaiheessa löydetään tällöin yleensä vähintään lokaali optimi. Työkalun kehittämisessä saadaan tarkempaa tietoa kehitetyn vaiheittaisen vastepintamenetelmän sopivuudesta kantavien rakenteiden optimointiin. Käytännön tehtävien sisältäessä usein diskreettejä suunnittelumuuttujia, selvitetään myös diskreetin optimoinnin ja metamallin yhdistämisen toimivuutta. Työssä laaditaan erityyppisille diskreeteille joukoille matemaattiset mallit diskreettiä optimointia varten. Esitettyä vastepintamenetelmää tutkitaan tässä työssä erilaisilla asetuksilla ja optimointialgoritmeilla.
Työ jakautuu neljään osaan. Ensimmäisessä osassa kerrotaan simulaatiopohjaiseen optimointiin liittyvistä menetelmistä sekä esitellään laskentatyökalun käyttämän vastepintamenetelmän teoriaa ja siihen liittyvää koesuunnittelua. Toisessa osassa käydään läpi optimoinnin kannalta keskeisintä teoriaa ja kerrotaan työssä käytetyistä optimointimenetelmistä. Optimointia käsittelevässä luvussa esitetään myös laaditut mallit diskreeteille tehtäville. Kolmannessa osassa käydään läpi laskentatyökalun toteutusta ja käyttöä. Viimeisessä osassa esitetään ja analysoidaan työkalulla saavutetut tulokset.
Laskentatyökalun käyttäminen vaiheittaisella vastepintamenetelmällä ja optimoinnilla on lukuisten testiprobleemien ja rakennemallien optimoinnin tulosten perusteella tuottanut hyviä tuloksia. Edellytyksenä on, että laskentatyökaluun valitaan sopivat asetukset. Diskreeteille tehtäville laadittujen matemaattisten mallien todettiin toimivan myös käytännössä, joten niitä voidaan hyödyntää yleisesti myös muissa käytännön diskreeteissä optimointiprobleemissa.
Työkalun kehittämistä ja markkinointia yrityksille ja muille toimijoille kannattaa saatujen hyvien tulosten perusteella jatkaa. Jatkokehityksessä työkaluun on hyvä lisätä myös muita simulaatiopohjaisia optimointistrategioita erityyppisiä tehtäviä varten sekä rajapintoja muihin tarvittaviin suunnitteluohjelmiin.
Työ jakautuu neljään osaan. Ensimmäisessä osassa kerrotaan simulaatiopohjaiseen optimointiin liittyvistä menetelmistä sekä esitellään laskentatyökalun käyttämän vastepintamenetelmän teoriaa ja siihen liittyvää koesuunnittelua. Toisessa osassa käydään läpi optimoinnin kannalta keskeisintä teoriaa ja kerrotaan työssä käytetyistä optimointimenetelmistä. Optimointia käsittelevässä luvussa esitetään myös laaditut mallit diskreeteille tehtäville. Kolmannessa osassa käydään läpi laskentatyökalun toteutusta ja käyttöä. Viimeisessä osassa esitetään ja analysoidaan työkalulla saavutetut tulokset.
Laskentatyökalun käyttäminen vaiheittaisella vastepintamenetelmällä ja optimoinnilla on lukuisten testiprobleemien ja rakennemallien optimoinnin tulosten perusteella tuottanut hyviä tuloksia. Edellytyksenä on, että laskentatyökaluun valitaan sopivat asetukset. Diskreeteille tehtäville laadittujen matemaattisten mallien todettiin toimivan myös käytännössä, joten niitä voidaan hyödyntää yleisesti myös muissa käytännön diskreeteissä optimointiprobleemissa.
Työkalun kehittämistä ja markkinointia yrityksille ja muille toimijoille kannattaa saatujen hyvien tulosten perusteella jatkaa. Jatkokehityksessä työkaluun on hyvä lisätä myös muita simulaatiopohjaisia optimointistrategioita erityyppisiä tehtäviä varten sekä rajapintoja muihin tarvittaviin suunnitteluohjelmiin.