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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-1888-7765
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Projeto de sistemas de engenharia usando o algoritmo de partículas vibrantes
Alternate title (s): Engineering systems design using vibrating particles system algorithm
Author: Andrade, Jéssica Cristiane
First Advisor: Lobato, Fran Sérgio
First member of the Committee: Paes, Luiz Eduardo dos Santos
Second member of the Committee: Platt, Gustavo Mendes
Summary: O projeto de sistemas configura um dos pilares mais importantes em engenharia. Isto se deve ao número de aplicações que podem ser desenvolvidas a partir deste princípio. Projetar significa reduzir custos, economizar tempo e recursos para garantir a qualidade, eficiência e segurança dos produtos. Para auxiliar a tomada de decisões, as ferramentas de otimização baseadas em população têm sido empregadas. Resolver um problema de projeto significa tratar um problema com mais de um objetivo, os quais são em sua maioria conflitantes, isto é, uma melhora em qualquer um desses objetivos não resulta, necessariamente, na melhora dos demais considerados. A solução ótima desses problemas, diferentemente do que ocorre na otimização com um único objetivo, consiste na obtenção de soluções não-dominadas que formam a Curva de Pareto. Nas últimas décadas, inúmeros algoritmos baseados em população têm sido propostos para o tratamento de problemas de otimização. Dentre estes, o Algoritmo de Partículas Vibrantes se destaca pelos resultados promissores na área de projetos no contexto mono-objetivo. Neste sentido, este trabalho tem como objetivos: i) avaliar o Algoritmo de Partículas Vibrantes como ferramenta para resolver problemas de projeto no contexto mono-objetivo; e ii) estender o Algoritmo de Partículas Vibrantes para o contexto multi-objetivo através da incorporação de três operadores ao algoritmo original: dominância de Pareto, distância da multidão e uma estratégia de mutação. Para agilizar o processo de convergência e evitar ótimos locais, um repositório externo é considerado. O desempenho da metodologia proposta é avaliado considerando problemas matemáticos e de projeto em engenharia. Os resultados obtidos demonstram que o Algoritmo de Partículas Vibrantes (nos contextos mono e multi-objetivo) configura uma interessante estratégia para o tratamento de problemas de otimização e projeto quando comparado a outras estratégias evolutivas em termos de parâmetros estatísticos, métricas de desempenho e análises gráficas.
Abstract: Systems design is one of the most important pillars in engineering. This is due to number of applications that can be developed from this principle. Designing means reducing costs, saving time and resources to guarantee of quality, efficiency and safety of products. To assist decisionmaking, population-based optimization tools have been employed. Solving a design problem means treating a problem with more than one objective, most of which are conflicting, that is, an improvement in any one of these objectives doesn’t result, necessarily, in an improvement of the others. The optimal solution for these problems, unlike the optimization with an single objective, is the attainment of non-dominated solutions that form the Pareto Curve, also know as Pareto Optimal. In recent decades, numerous population-based algorithms have been proposed for the treatment of optimization problems. Among these, the Vibrating Particles System algorithm configures a promising strategy to solve mono-objective problems. This work aims to: i) evaluate the Vibrating Particles System algorithm as a tool to solve design problems in mono-objective context; and ii) extend the Vibrating Particles System algorithm to multi-objective context by incorporating three operators to original algorithm: Pareto dominance, crowd distance and a mutation strategy. To expedite the convergence process and avoid local optima, an external repository is considered. The performance of the proposed methodology is evaluated considering mathematical and design problems in engineering. The obtained results demonstrate that the Vibrating Particles System algorithm (in single and multi-objective contexts) configures an interesting strategy for the treatment of optimization and design problems when compared to other evolutionary strategies in terms of statistical parameters, performance metrics and graphical analysis.
Keywords: Projeto de Sistemas de Engenharia
Algoritmo de Partículas Vibrantes
Otimização Heurística
Otimização Multi-objetivo
Engineering Systems Design
Vibrating Particles System algorithm
Heuristic Optimization
Multi-objective Optimization
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::METODOS DE SINTESE E OTIMIZACAO APLICADOS AO PROJETO MECANICO
Subject: Engenharia mecânica
Algorítmos computacionais
Programação heurística
Processo decisório por critério múltiplo
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: ANDRADE, Jéssica Cristiane. Projeto de sistemas de engenharia usando o algoritmo de partículas vibrantes. 2023. 174 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.7101.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.7101
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/39083
Date of defense: 20-Jul-2023
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