複雑なシステムに適用されるNSGA-IIアルゴリズムに基づく公理的なシステム設計方法
Xiaoqian Zhang1, Qinghai Zhang2, Qingjian Zhao2
1Shandong Key Laboratory of Space Debris Monitoring and Low-orbit Satellite Networking, Qingdao University of Technology, Qingdao, 266525, Shandong, China. zhangxiaoqian@stu.qut.edu.cn.
Scientific reports
|August 28, 2025
まとめ
この研究は,複雑なシステムの設計のためのNSGA-II最適化と,アクシオマティック・デザインとモデルベースのシステム・エンジニアリングを組み合わせた統合されたフレームワークを導入します. モジュラリティの分析とコップリングの識別を強化し,専門家への依存を軽減します.
科学分野:
- システムエンジニアリング
- コンピュータ工学
- デザイン科学
背景:
- 複雑なシステムエンジニアリングには,相互依存性を管理するための堅固な方法が必要です.
- 伝統的なアプローチは,設計構造の最適化のための専門知識に大きく依存しています.
- システムのモジュラリティを強化するために,高度な最適化と公式の設計原理を統合することが不可欠です.
研究 の 目的:
- 複雑なシステムの設計のために,アクシオマティック・デザイン,モデルベースのシステム・エンジニアリング (MBSE),NSGA-IIを組み合わせた統合されたフレームワークを提案する.
- 要求から物理的構造までのシステム要素をリンクするための多層次トレーサビリティマトリックスを開発する.
- クープリング関係の分析を強化し,インテリジェントな最適化を通じてモジュール化指向の設計をサポートします.
主な方法:
- ユーザー,機能,行動,物理領域の正式なマッピングのためにSysMLを使用して統合されたフレームワークの開発.
- 双方向のトレーサビリティを確保するために,多層のトレーサビリティマトリックスを構築する.
- 設計構造マトリックス (DSM) の配列を動的に最適化し,アクシオマティック・デザインの原則に基づく結合度数を定量的に評価するためのNSGA-IIアルゴリズムを組み込む.
主要な成果:
- このフレームワークは,正式なマッピングを確立し,システムドメイン間の双方向のトレーサビリティを確保します.
- NSGA-IIは,DSMのシーケンスを動的に最適化し,結合関係の可視化と明示性を強化します.
- 活性反射器制御システムに関するケーススタディは,DSMの注文に関する専門知識への依存を大幅に減少させました.
結論:
- 提案されたNSGA-II強化の枠組みは,複雑なシステムにおけるモジュラリティ分析の体系的なアプローチを提供します.
- 従来の方法と比較して,コップリングの識別とモジュラリティの評価に明確な利点があります.
- このフレームワークは,大規模な設計空間での収束を効果的に加速し,設計プロセスの効率を向上させます.
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