Coordination-based optimization framework for engineering systems design considering both individual and cooperative performance objectives

考虑个体和协作性能目标的基于协调的工程系统设计优化框架

基本信息

  • 批准号:
    436193-2013
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.68万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2015-01-01 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Today's engineering problems are so complex that they cannot be solved by means of monolithic system approaches. Different systems must cooperate to meet socio-technical challenges. For example, different systems of energy generation, conversion and storage must cooperate to satisfy demands while fostering sustainability and minimizing adverse environmental impact. To date, no quantitative methodology exists in the engineering design literature for systematic optimal design of such configurations of heterogeneous systems. Therefore, the goal of this research program is to develop the necessary theoretical and computational tools for simulation-based analysis, design and optimization of engineering systems that are built and configured to accomplish not only individual but also collective objectives so that they can provide functionalities that neither of the systems is capable of providing by itself. The first 5-year stage of the proposed research will focus on addressing the issues of (1) capturing, understanding and accounting for unexpected or undesired interactions among the interconnected systems, (2) dealing with the time-dependent nature of configurations of cooperating systems and assessing their performance and efficiency, (3) identifying, modeling and quantifying uncertainties related to the varying composition and collective design objectives of interconnected system networks and (4) integrating heterogeneous systems involving multiple disciplines and different space/time scales. Our approach will be based on mathematical programming, coordination methods, graph-based network theory and Bayesian statistics. The successful implementation of this research will result in a foundation necessary for future development of methods for control and life-cycle management of very large-scale system networks to ensure robust and efficient interoperability. From an educational perspective, the research methodology will infuse interdisciplinary collaborative systems thinking into engineering students and practitioners who will learn to formulate and solve complex engineering problems in creative and innovative ways.
今天的工程问题是如此复杂,他们不能通过单一的系统方法来解决。不同的系统必须合作,以应对社会技术挑战。例如,不同的能源生产、转换和储存系统必须相互合作,以满足需求,同时促进可持续性并尽量减少对环境的不利影响。到目前为止,在工程设计文献中还没有定量的方法来系统地优化设计这样的异构系统的配置。因此,该研究计划的目标是开发必要的理论和计算工具,用于基于仿真的分析,设计和优化工程系统,这些系统的构建和配置不仅可以实现个人目标,还可以实现集体目标,以便它们可以提供系统本身无法提供的功能。拟议研究的第一个5年阶段将侧重于解决以下问题:(1)捕获,理解和解释互连系统之间的意外或不期望的相互作用,(2)处理合作系统配置的时间依赖性并评估其性能和效率,(3)识别,对与互连系统网络的不同组成和集体设计目标相关的不确定性进行建模和量化,以及(4)集成涉及多学科和不同空间/时间尺度的异构系统。我们的方法将基于数学规划,协调方法,基于图形的网络理论和贝叶斯统计。这项研究的成功实施将导致未来发展的方法,非常大规模的系统网络的控制和生命周期管理,以确保强大和有效的互操作性的基础。从教育的角度来看,研究方法将注入跨学科的协作系统思维到工程专业的学生和从业者谁将学习制定和解决复杂的工程问题的创造性和创新的方式。

项目成果

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知道了