Vakcode: wb1440

Vaknaam: Engineering Optimization: concept and applications

Het betreft een college en oefening

ECTS studiepunten: 3

Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek

Docent(en): Keulen, prof.dr.ir. A. van

Tel.:  015-27 86515

Trefwoorden:

Cursusjaar:

MSc 1st year

Semester:

1A / 1B 

Coll.uren p/w:

2

Andere uren:

2 uur oefening

Toetsvorm:

Tentamenperiode:

(zie jaarindeling)

Voorkennis: Basis werktuigbouwkunde

Wordt vervolgd door: wb1441

Uitgebreide beschrijving van het onderwerp:

Bij het ontwerpen van technische systemen of componenten spelen ontwikkelkosten en ontwikkeltijd steeds meer een cruciale rol. Het is daarom voor de ontwerper van groot belang gebruik te maken van strategieën om het ontwerpproces te structureren en te automatiseren, zodat belangrijke stukken ervan door een computer kunnen worden uitgevoerd. Naast tijdwinst en kwalitatief betere oplossingen heeft dit voor de ontwerper als voordeel dat het mogelijk wordt om zich meer op de creatieve aspecten van het probleem te concentreren.

De cursus "Engineering Optimization: concepts and applications" behandelt een aantal veel gebruikte methoden om technische ontwerpen te optimaliseren en illustreert deze aan de hand van toepassingen uit het gehele werktuigkundige veld, zoals (dynamisch) mechanische systemen, productiesystemen, procestechnische systemen en biomedische systemen. Belangrijkste onderwerpen die aan bod komen zijn:

o  Formulering van het optimalisatieprobleem: ontwerpvariabelen, doelfunctie en constraints

o  Minimalisatie zonder nevenvoorwaarden

o  Lineair programmeren: simplexmethode, interieur methoden, gevoeligheidsanalyse, dualiteit

o  Minimalisatie met nevenvoorwaarden: noodzakelijke en voldoende voorwaarden, gevoelig- heidsanalyse, SQP, penalty functie methode

o  Nulde orde methoden: Nelder Mead, simulated annealing, genetische algoritmes

o  Geheeltallige en discrete programmering: branch and bound methoden

o  Inleiding FE-optimalisering

College materiaal:

P.Y. Papalambros et al. Principles of Optimal Design: Modelling and Computation

Referenties vanuit de literatuur:

R.T. Haftka and Z. Gurdal.: Elements of Structural Optimization

Opmerkingen (specifieke informatie over tentaminering, toelatingseisen, etc.):

Leerdoelen:

De student kan:

1. formulate an optimization model for various design problems

2. identify optimization model properties such as monotonicity, (non-)convexity and (non-) linearity

3. identify optimization problem properties such as constraint dominance, constraint activity, well boundedness and convexity

4. apply Monotonicity Analysis to optimization problems using the First Monotonicity Principle

5. perform the conversion of constrained problems into unconstrained problems using penalty or barrier methods

6. compute and interpret the Karush-Kuhn-Tucker optimality conditions for constrained optimization problems

7. describe the complications associated with the use of computational models in optimization

8. illustrate the use of compact modeling and response surface techniques for dealing with computationally expensive and noisy optimization models

9. perform design sensitivity analysis using variational, discrete, semi-analytical and finite difference methods

10. identify a suitable optimization algorithm given a certain optimization problem

11. perform design optimization using the optimization routines implemented in the Matlab Optimization Toolbox

12. derive a linearized approximate problem for a given constrained optimization problem, and solve the original problem using a sequence of linear approximations

13. describe the basic concepts used in structural topology optimization

Computer gebruik:

Het gebruik van computer en software is geïntegreerd in de cursus.

Practicum:

Er zal gebruik worden gemaakt van MatLab oefeningen

Ontwerp component:

Het college is gericht op het optimaliseren van een ontwerp.

Percentage ontwerponderwijs:  80 %