1. STROŠKOVNA OPTIMIZACIJA PLANOV GRADBENIH PROJEKTOV Z OMEJENIMI VIRI IN ALTERNATIVNIMI PROIZVODNIMI PROCESI Z MEŠANIM CELOŠTEVILSKIM NELINEARNIM PROGRAMIRANJEMRok Cajzek, 2019, doktorska disertacija Opis: Doktorska disertacija obravnava stroškovno optimizacijo planov gradbenih projektov z omejenimi viri in alternativnimi proizvodnimi procesi z mešanim celoštevilskim nelinearnim programiranjem (MINLP). V disertaciji je predlagan nov optimizacijski model, ki vsebuje stroškovno namensko funkcijo, omejitve posplošenih časovnih povezav, omejitve trajanja in časov pričetkov aktivnosti, omejitve časovnih zamikov, omejitve načina izvedbe aktivnosti, omejitve trajanja projekta, omejitve dodeljevanja enot delovnega časa in omejitve virov. MINLP superstruktura diskretnih rešitev obsega možne čase, stroške in vire z ozirom na možne načine izvedbe projektnih aktivnosti, kakor tudi alternativne načine izvedbe proizvodnega procesa. Predlagani model omogoča vključitev širokega nabora nelinearnih izrazov in zagotavlja eksaktne rezultate za vodenje projekta v obliki strukturnih mrežnih diagramov, gantogramov, histogramov in S-krivulj. V nasprotju s klasičnimi tehnikami operativnega planiranja je z razvitim pristopom optimalna struktura projekta pridobljena kot endogena rešitev iz modela. Planerju projekta je tako omogočeno, da izvede optimizacijo proizvodnega procesa hkrati s planiranjem omejenih virov v diskretnih časovnih enotah ob minimalnih skupnih stroških. Dodatna značilnost modela je, da omogoča operativno določitev optimalnega proizvodnega procesa s pripadajočim strukturnim mrežnim diagramom ter posodobljene terminske in spremljajoče plane v primeru odpovedi ključnega vira, ki ga je med izvedbo projekta težko nadomestiti. Predlagani model med drugim omogoča tudi planiranje projekta iz normalne rešitve ob nedopustnih prirastkih potreb po virih, ki se nahajajo izven razpoložljivih kapacitet. Prednosti predlaganega modela so predstavljene v nizu primerov na realnem gradbenem projektu. Izvirni prispevek k znanosti se odraža v novi metodologiji in v predlaganem MINLP modelu, v okviru katerega je možno izvesti eksaktno stroškovno optimizacijo proizvodnega procesa (prisotnost in število aktivnosti, vključno z njihovimi medsebojnimi časovnimi odnosi, se obravnavajo kot izvedljive alternative in ne kot stalni parametri) s sočasnim planiranjem projekta z omejenimi viri, kar se izvede v enovitem postopku.
Ključne besede: planiranje projektov, optimizacija stroškov, omejeni viri, prilagodljiv proizvodni proces, mešano celoštevilsko nelinearno programiranje, MINLP
Objavljeno v DKUM: 26.04.2019; Ogledov: 2138; Prenosov: 0 |
2. Sinteza velikih omrežij toplotnih prenosnikovRok Dretar, 2018, magistrsko delo Opis: V magistrskem delu smo preverjali dvostopenjski pristop k sintezi velikih omrežij toplotnih prenosnikov. V prvi stopnji smo s pomočjo mešano celoštevilskega linearnega programirnega (MILP) modela TransGen usmerili rešitve h globalnemu optimumu na osnovi lineariziranih ocen stroškov investicije, v drugi stopnji pa smo s pomočjo mešano celoštevilskega nelinearnega programirnega (MINLP) modela Synheat dobili končno rešitev, pri čemer smo reducirali superstrukturo na izbrane stike v prvi stopnji. Rešitev je omrežje toplotnih prenosnikov z minimalnimi celotnimi letnimi stroški.
Raziskali smo, ali lahko z danim pristopom dobimo rešitve, primerljive s tistimi iz literature, v sprejemljivem času (nekaj ur), in ali lahko s tem pristopom rešujemo kompleksne primere iz industrije. V te namene smo najprej rešili primer, ki je objavljen v literaturi in vsebuje 22 toplih tokov, 17 hladnih in eno vroče ter eno mrzlo pogonsko sredstvo. Nato smo rešili problem iz industrije, ki vsebuje 43 toplih in 35 hladnih tokov, tri vroča pogonska sredstva in dve mrzli, zato da določimo, kako velike primere lahko rešujemo.
Raziskava je pokazala, da smo z raziskanim pristopom uspešno tvorili velika omrežja toplotnih prenosnikov v sprejemljivem času. Rezultati, ki smo jih dobili, so nekoliko slabši od tistih iz literature. Do nekoliko slabših rezultatov pride najverjetneje zaradi precenitve investicije v prvi MILP-stopnji. Za zmanjšanje napake smo podali priporočilo za boljšo linearizacijo investicije.
Predstavljena metoda je ustrezna za reševanje primerov industrijskih razsežnosti, saj smo rešitve dobili v kratkem času.
Ključne besede: velika omrežja toplotnih prenosnikov, dvostopenjski pristop, MILP, MINLP, TransGen, Synheat
Objavljeno v DKUM: 09.10.2018; Ogledov: 953; Prenosov: 65
 Celotno besedilo (2,21 MB) |
3. Optimizacija šaržnih vodnih mrež z različnimi namenskimi funkcijamiTerezija Vodišek, 2015, diplomsko delo Opis: Diplomsko delo raziskuje vpliv sprememb namenske funkcije na procesno shemo šaržnega vodnega omrežja, porabo sveže vode in skupne stroške. Uporabili smo tri modele. Osnovno šaržno vodno mrežo, šaržno vodno mrežo razširjeno s semi-kontinuirnim tokom in šaržno vodno mrežo razširjeno s semi-kontinuirnim tokom in šaržno čistilno napravo. Za modeliranje in reševanje modelov smo uporabili matematično programiranje v programu GAMS. Model vodne mreže je zapisan kot mešano celoštevilski nelinearni problem (MINLP). Za namensko funkcijo smo uporabili tri ekonomske kriterije: skupne letne stroške, neto sedanjo vrednost in dobo vračanja.
Pri osnovni šaržni vodni mreži smo spreminjanjali ANF. Pri podalšanju obrestovalnega obdobja smo dobili manjšo porabo sveže vode in nižje skupne stroške. Pri šaržni vodni mreži razširjeni s semi-kontinuirnim tokom spremembe s katerimi smo vplivali nanjo niso dale boljšega rezultata. Spremembe pri rezultatu so se pokazale, ko smo spremenili namensko funkcijo z minimiranja skupnih stroškov v dobo vračanja. Tudi pri šaržni vodni mreži razširjeni s semi-kontinuirnim tokom in lokalno čistilno napravo različne spremembe niso imele vpliva na sam rezultat. Spremembe, s katerimi smo vplivali na model, so bile: upoštevanje ali neupoštevanje investicije ocevja ali rezervoarja in upoštevanje cene čiščenja vode. Model pa je dal drugačne rezultate pri uporabi različnih namenskih funkcij.
Na podlagi diplomskega dela sklepamo, da je ekonomski kriterij, ki je najbolj ustrezen za optimiranje, NSV, saj je v vseh modelih dal optimalne rezultate. Primerjali smo tudi posamezne modele med seboj in ugotovili, da je nadgradnja s semi-kontinuirnim tokom in šaržno čistilno napravo ekonomsko upravičena.
Ključne besede: MINLP optimizacija, šaržna vodna mreža, skupni stroški, neto sedanja vrednost, doba vračanja
Objavljeno v DKUM: 30.10.2015; Ogledov: 981; Prenosov: 74
Celotno besedilo (1,77 MB) |
4. OPTIMIZACIJA NOSILCEV IN STEBROV Z MEŠANIM CELOŠTEVILSKIM NELINEARNIM PROGRAMIRANJEMŽiga Unuk, 2014, magistrsko delo Opis: Magistrsko delo obravnava optimizacijo nosilcev in stebrov iz armiranega betona, jekla in lepljenega lameliranega lesa. Za izbrane konstrukcije so bili izračunani optimalni (najnižji) materialni stroški in izbrane optimalne dimenzije prečnih prerezov ter trdnostni razredi posameznega materiala. Izračuni so bili izvedeni za različne razpone nosilcev, različne višine stebrov in različne koristne obtežbe. Rezultati so bili med seboj primerjani. Za optimizacijo, ki je bila izvedena z mešanim celoštevilskim nelinearnim programiranjem, so bili razviti in uporabljeni optimizacijski modeli omenjenih konstrukcij, zapisani v višjem algebrajskem jeziku GAMS.
Ključne besede: gradbeništvo, konstrukcije, armirani beton, jekleni profili, lepljen lameliran les, stroškovna optimizacija konstrukcij, mešano celoštevilsko nelinearno programiranje, MINLP
Objavljeno v DKUM: 29.09.2014; Ogledov: 2063; Prenosov: 320
Celotno besedilo (3,69 MB) |
5. NAČRTOVANJE OPERABILNIH PROCESOV Z MATEMATIČNIM PROGRAMIRANJEMMihael Kasaš, 2012, doktorska disertacija Opis: Disertacija obravnava vključevanje dejavnikov operabilnosti, kot so fleksibilnost ter obratovalna, okoljska in ekonomska učinkovitost, v načrtovanje kemijskih procesov z matematičnim programiranjem.
V prvem delu je razvita metoda za testiranje podrobnosti, in ustreznosti modeliranja procesnih shem glede na generiranje ustreznih kompromisov med vloženimi sredstvi in ustvarjenim denarnim tokom. Metoda analizira funkcijo denarnega toka v odvisnosti od naložbe, njen odvod in razlike med optimalnimi rešitvami, dobljenimi z različnimi ekonomskimi kriteriji, kot so stroški, dobiček, neto sedanja vrednost, doba vračanja, interna stopnja donosnosti itd. Ustrezni modeli procesov izkazujejo monotono naraščajočo funkcijo denarnih tokov in položno krivuljo odvoda. Optimalne rešitve takšnih modelov, dobljene z različnimi namenskimi funkcijami, se med seboj bistveno razlikujejo. Modeli z neustrezno stopnjo natančnosti izkazujejo unimodalno funkcijo denarnega toka, strm odvod in majhne razlike med optimalnimi rezultati.
V disertaciji je prikazano, da se optimalni rezultati, dobljenimi z različnimi ekonomskimi kriteriji, razlikujejo ne le po ekonomskih kazalcih, temveč tudi po obratovalni učinkovitosti in okoljskih kazalcih. S kvantitativnimi kriteriji, kot sta dobiček in stroški, dosežemo ob višji investiciji obratovalno učinkovitejše in okoljsko manj obremenjujoče procese z nižjo donosnostjo. Kvalitativni kriteriji, kot sta interna stopnja donosnosti in doba vračanja, generirajo procese z manj učinkovito izrabo virov in višjo donosnostjo ob nižji naložbi. Neto sedanja vrednost vzpostavlja najustreznejše kompromise med ekonomsko, obratovalno in okoljsko učinkovitostjo optimalnih procesov pri enokriterijskem optimiranju. Natančnejši vpogled v kompromise med omenjenimi učinkovitostmi daje večkriterijsko optimiranje, pri čemer je v disertaciji prikazano, da različni ekonomski kriteriji glede na izbrani okoljski kriterij generirajo množice nedominantnih (Pareto) rešitev, ki se razlikujejo po območju vrednosti ter po najnižji in najvišji dosegljivi vrednosti posameznega kriterija.
V drugem delu disertacije je predstavljena strategija za načrtovanje fleksibilnih procesnih shem z velikim številom negotovih parametrov. Osnovna matematična formulacija temelji na dvostopenjskem stohastičnem problemu z rekurzom, ki je spremenjen v znatno reduciran deterministični ekvivalent. Ta je rešen v majhni množici kritičnih točk, medtem ko je pričakovana vrednost namenske funkcije ocenjena z eno samo točko, tj. nominalno ali centralno bazno točko. Za zmanjšanje števila scenarijev smo razvili dve metodi: metodo z analizo občutljivosti vpliva negotovih parametrov na prvostopenjske spremenljivke in namensko funkcijo, ter dvonivojsko metodo, ki uporablja možnost programa GAMS za vključitev zunanjih funkcij v optimiranje. Rezultati primerov kažejo, da je mogoče s predlaganimi pristopi generirati fleksibilne rešitve z bistveno zmanjšanim računalniškim naporom tudi za primere z do 100 negotovimi parametri.
Ključne besede: kemijska procesna tehnika, matematična optimizacija, modeliranje, NLP, MINLP, ekonomska namenska funkcija, operabilnost, učinkovitost, negotovost, dvostopenjsko stohastično programiranje, zmanjšanje scenarijev, algoritem WAR, okolje, večkriterijsko optimiranje
Objavljeno v DKUM: 14.12.2012; Ogledov: 2246; Prenosov: 272
Celotno besedilo (4,82 MB) |
6. A strategy for MINLP synthesis of flexible and operable processesZorka Novak-Pintarič, Zdravko Kravanja, 2004, izvirni znanstveni članek Opis: Abstract This paper presents a sequential two-stage strategy for the stochastic synthesis of chemical processes in which flexibility and static operability (the ability to adjust manipulated variables) are taken into account. In the first stage, the optimal flexible structure and optimal oversizing of the process units are determined in order to assure feasibility of design for a fixed degree of flexibility. In the second stage, the structural alternatives and additional manipulative variables are included in the mathematical model in order to introduce additional degrees of freedom for efficient control. The expected value of the objective function is approximated in both stages by a novel method, which relies on optimization at the central basic point (CBP). The latter is determined by a simple set-up procedure based on calculations of the objective functionćs conditional expectations for uncertain parameters. The feasibility is assured by simultaneous consideration of critical vertices. The important feature of the proposed stochastic model is that its size depends mainly on the number of design variables and not on the number of uncertain parameters. The strategy is illustrated by two examples for heat exchanger network synthesis.
Ključne besede: chemical processing, process synthesis, MINLP, mixed integer nonlinear programming, flexibility, operability, controllability, steady state model
Objavljeno v DKUM: 01.06.2012; Ogledov: 2284; Prenosov: 93
 Povezava na celotno besedilo |
7. An integrated strategy for the hierarchical multilevel MINLP synthesis of overall process flowsheets using the combined synthesis/analysis approachNataša Iršič Bedenik, Bojan Pahor, Zdravko Kravanja, 2004, izvirni znanstveni članek Opis: This paper describes an integrated strategy for a hierarchical multilevel mixed-integer nonlinear programming (MINLP) synthesis of overall process schemes using a combined synthesis/analysis approach. The synthesis is carried out by multilevel-hierarchical MINLP optimization of the flexible superstructure, whilst the analysis is performed in the economic attainable region (EAR). The role of the MINLP synthesis step is to obtain a feasible and optimal solution of the multi-D process problem, and the role of the subsequent EAR analysis step is to verify the MINLP solution and in the feedback loop to propose any profitable superstructure modifications for the next MINLP. The main objective of the integrated synthesis is to exploit the interactions between the reactor network, separator network and the remaining part of the heat/energy integrated process scheme.
Ključne besede: multilevel MINLP, MINLP synthesis, attainable region, economic attainable region, concentration attainable region, continous stirred tank reactor, plug flow reactor, recycle reactor, nonlinear programming, mixed integer nonlinear programme
Objavljeno v DKUM: 01.06.2012; Ogledov: 2500; Prenosov: 105
Povezava na celotno besedilo |
8. MINLP synthesis of reactor networks in overall process schemes based on a concept of time-dependent economic regionsNataša Iršič Bedenik, Marcel Ropotar, Zdravko Kravanja, 2007, izvirni znanstveni članek Opis: The design and optimization of reactor networks using the conventional conceptof attainable region is based on technological (conversion, selectivity, etc.), rather than, economical criteria (cost, profit, etc.). The solution from the economical point of view when the operating and investment costs cannot be neglected may not be optimal, not even in regard to the structure. In order to circumvent this deficiency, the conventional Concentration Attainable Region (CAR) is transformed into an Economic Region (ER) using economic optimization criteria. A novel concept for ER constructionis proposed for multi-D problems. One-parametric NLP or MINLP optimizations with reactor volume as a varying parameter are performed to construct trajectories in the ER. In this way the ER is aided by mathematical programming for 3D or more D problems in order to handle dimensions higher than 2 as degrees of freedom for the economic objective function. ER is attainable (EAR) only when the economic objective function is linear. The more the objective function is discontinuous, discrete, nonlinear and non-convex and the more its cost coefficients vary with time, the less the principles of AR can be applied to ER. However, economically optimal reactor systems always lie at the borders of ERs. Two important insights have been gained during the construction of different time-dependent ERs, which have been used in upgrading the MINLP approach to the synthesis of reactor networks in overall process schemes: (i) A reactor network superstructure has been reestablished based on economical optimization criteria and the principles of ER. (ii) Over a longer period, the performing of a stochastic multi-period MINLP synthesis is recommended, in order to consider the time variability and uncertainties of economic parameters. A special multi-period strategy is proposed to upgrade the efficiency of the MINLP synthesis.
Ključne besede: concentration attainable region, economic attainable region, discrete nonlinear region, MINLP
Objavljeno v DKUM: 01.06.2012; Ogledov: 2023; Prenosov: 153
Povezava na celotno besedilo |
9. The multilevel MINLP optimization approach to structural synthesis: the simultaneous topology, material, standard and rounded dimension optimizationStojan Kravanja, Simon Šilih, Zdravko Kravanja, 2005, izvirni znanstveni članek Opis: The paper describes the simultaneous topology, material, standard and rounded dimension optimization of mechanical structures, performed by the Mixed-Integer Non-linear Programming (MINLP) approach. Beside the generation of an MINLP mechanical superstructure, the development of a general multilevel MINLP formulation for a mechanical superstructure is presented. The consideration of the discrete materials as well as standard and particularly rounded dimensions in structural synthesis significantly increases the combinatorics of the discrete optimization, which as a result may become too difficult to solve. A Linked Multilevel Hierarchical Strategy (LMHS) has been introduced for the solving of such large combinatorial problems. In order to decrease the effect of non-convexities, the Modified Outer-Approximation/Equality-Relaxation (OA/ER) algorithm has been applied. Four numerical examples of different complexities are presented to illustrate the proposed multilevel MINLP optimization approach: the optimization of two steel trusses, a composite I beam and a hydraulic steel roller gate Intake gate, erected in Aswan II, Egypt.
Ključne besede: structural optimization, structural synthesis, MINLP, topology opitmization, material optimization, discrete variable optimization, multilevel MINLP strategy, truss, composite beam, roller gate
Objavljeno v DKUM: 01.06.2012; Ogledov: 2446; Prenosov: 102
Povezava na celotno besedilo |
10. MINLP optimization of a single-storey industrial steel buildingTomaž Žula, Zdravko Kravanja, Stojan Kravanja, 2008, izvirni znanstveni članek Opis: The paper presents the topology and standard sizes optimization of a single-storey industrial steel building, made from standard hot rolled I sections. The structure consists of main portal frames, connected with purlins. The structural optimization is performed by the Mixed-Integer Non-linear programming approach (MINLP). The MINLP performs a discrete topology and standard dimension optimization simultaneously with continuous parameters. Since the discrete/continuous optimization problem of the industrial building is non-convex and highly non-linear, the Modified Outer- Approximation/Equality-Relaxation (OA/ER) algorithm has been used for the optimization. Alongside the optimum structure mass, the optimum topology with the optimum number of portal frames and purlins as well as all standard cross-section sizes have been obtained. The paper includes the theoretical basis and a practical example with the results of the optimization.
Ključne besede: civil engineering, topology optimization, sizing optimization, nonlinear programming, MINLP
Objavljeno v DKUM: 31.05.2012; Ogledov: 2195; Prenosov: 62
Povezava na celotno besedilo |
