Optimalizační metody pro diskrétní simulaci výrobních systémů a výrobních procesů ve strojírenství

Ing. Pavel RAŠKA

Doctoral thesis

Optimization Methods Used for Discrete Event Simulation of Production Systems and Production Processes

Abstract:

Tato disertační práce se zabývá využitím vhodných optimalizačních metod globální optimalizace v oblasti diskrétní simulace výrobních systémů a výrobních procesů. V práci byl zmapován současný stav v oblasti simulační optimalizace včetně specifikace jejích základních prvků a možných problémů spojených s globální optimalizací. Simulační experimentování na vybraných typech diskrétních simulačních modelů bylo prováděno pomocí vhodných optimalizačních metod (Random Search, Hill Climbing, Tabu Search, Local Search, Downhill Simplex, Simulated Annealing, Differential Evolution a Evolution Strategy). Tyto optimalizační metody musely být modifikovány pro diskrétní simulační optimalizaci. Pro účely simulačního experimentování byla vytvořena vlastní softwarová aplikace, která obsahuje simulační optimalizátor pro řízení simulačních experimentů s cílem zjistit vhodné nastavení vstupních parametrů diskrétního simulačního modelu na základě specifikované účelové funkce. Softwarová aplikace také obsahuje experimentální základnu pro analýzu chování implementovaných modifikovaných optimalizačních algoritmů v závislosti na nastavených parametrech optimalizačních algoritmů. Pomocí experimentální základny byly provedeny hromadné optimalizační experimenty na vybraných typech diskrétních simulačních modelů s cílem vyhodnotit vhodnost optimalizačních algoritmů a určit vhodné nastavení parametrů optimalizačních algoritmů v závislosti na průběhu účelové funkce. Pro hodnocení chování optimalizačních algoritmů na simulačních modelech (účelových funkcích) byla specifikována metodika, která zahrnuje různé pohledy vyjádřené pomocí jednotlivých kritérií včetně vizuálního ohodnocení.

Abstract:

This thesis deals with the use of global optimization methods suitable for discrete simulation of manufacturing systems and production processes. The scope of this thesis is to analyse the current knowledge on simulation optimization, optimization of basic elements and possible problems related to global optimization. Simulation model experimentation was carried out using a selection of suitable optimization methods - Random Search, Hill Climbing, Tabu Search, Local Search, Downhill Simplex, Simulated Annealing, Differential Evolution and Evolution Strategy. These optimization methods had to be modified for simulation optimization. A software application was developed for simulation model experimentation. The application consists of a simulation optimizer for managing the simulation experiments. The aim of the simulation optimizer is to determine the appropriate setting of the discrete event simulation model input parameters based on a specified objective function. The software application consists of an experimental base for analysis of the behaviour of the implemented modified optimization algorithms in relation to the settings of the optimization algorithm parameters. Many optimization experiments were performed on discrete event simulation models with the use of the designed experimental base. The goal of the experimentation was to evaluate the appropriateness of the optimization algorithms and determine the appropriate optimization algorithm parameter settings in relation to the behaviour of the objective function. The methodology for evaluating the behaviour of the optimization algorithms on simulation models (behaviour of objective function) was specified. This methodology includes different views expressed through different criteria including visual evaluation.

Keywords

Diskrétní simulace výrobních systémů, globální optimalizace, optimalizace pomocí simulace, optimalizační algoritmy, Random Search, Hill Climbing, Tabu Search, Local Search, Downhill Simplex, Simulated Annealing, Differential Evolution, Evolution Strategy.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 12. 2012

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 14. 2. 2013
• Supervisor: Doc. Ing. Václav Votava, CSc.

University of West Bohemia

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Industrial Engineering and Management