Un método axiomático de diseño de ingeniería de sistemas basado en el algoritmo NSGA-II aplicado a sistemas complejos

Área de la Ciencia:

• Ingeniería de sistemas
• Ingeniería computacional
• Ciencia del diseño

Sus antecedentes:

• La ingeniería de sistemas complejos requiere métodos sólidos para gestionar las interdependencias.
• Los enfoques tradicionales a menudo dependen en gran medida del conocimiento de expertos para la optimización de la estructura del diseño.
• La integración de principios de diseño formales con optimización avanzada es crucial para mejorar la modularidad del sistema.

Objetivo del estudio:

• Proponer un marco integrado que combine diseño axiomático, ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE) y NSGA-II para el diseño de sistemas complejos.
• Desarrollar una matriz de trazabilidad a varios niveles para vincular los elementos del sistema desde los requisitos hasta la estructura física.
• Mejorar el análisis de las relaciones de acoplamiento y apoyar el diseño orientado a la modularidad mediante la optimización inteligente.

Principales métodos:

• Desarrollo de un marco integrado utilizando SysML para mapeos formales en los dominios de usuario, funcional, conductual y físico.
• Construcción de una matriz de trazabilidad de varios niveles para garantizar la trazabilidad bidireccional.
• Incorporación del algoritmo NSGA-II para optimizar dinámicamente la secuencia de la matriz de estructura de diseño (DSM) y evaluar cuantitativamente los grados de acoplamiento basados en los principios del diseño axiomático.

Principales resultados:

• El marco establece asignaciones formales y garantiza la trazabilidad bidireccional entre los dominios del sistema.
• NSGA-II optimiza dinámicamente la secuenciación de DSM, mejorando la visualización y la explícita de las relaciones de acoplamiento.
• Un estudio de caso sobre un sistema de control de reflectores activos demostró una reducción significativa de la dependencia del conocimiento experto para los pedidos de DSM.

Conclusiones:

• El marco mejorado de NSGA-II propuesto ofrece un enfoque sistemático para el análisis de la modularidad en sistemas complejos.
• Proporciona claras ventajas en la identificación del acoplamiento y la evaluación de la modularidad en comparación con los métodos tradicionales.
• El marco acelera efectivamente la convergencia en espacios de diseño a gran escala, mejorando la eficiencia del proceso de diseño.