2014 Fiscal Year Research-status Report
非劣解集合からの定量的設計情報抽出法の開発と実問題への適用
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26820036
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
立川 智章 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 招聘研究員 (90633959)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 設計工学 / 多目的最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，非劣解集合から性能指標に効いている設計パラメータを定量的に評価する手法を開発すること，開発した手法を実際の設計最適化問題に適用し有益な設計知見を得られることを示すこと，の2点が目的である．
平成26年度は，各パラメータ間の感度を定量的に評価する指標の定式化に向け，テスト問題を用いた既存の評価指標の評価および企業の持つ実問題の多目的最適化，の2点を行った．
多目的進化計算の探索性能を測定するテスト問題に関しては，設計変数の数を自由に設定でき，目的関数の数も自由に設定できるDTLZシリーズを用いた．評価指標としてはGD，IGD，ハイパーボリュームを検討した．テスト問題はDTLZ1，DTLZ2，DTLZ3，DTLZ4を用いい，各問題で目的関数を4,6,8，設計変数をそれぞれ36,38,40 として計算を行った．得られた非劣解集合に対してGD、IGD、ハイパーボリュームを適用することでそれぞれ大域的な収束性、多様性、その両方が評価できることを確認した．これらの指標は非劣解集合全体に適用した場合、目的関数空間における大域的な分布を評価することになるが、非劣解集合を分割し、局所的に評価することでパラメータの分布の変化も評価することが可能となると考えられる．
実問題の多目的最適化問題は制約条件、設計変数が多く、当初は実行可能解自体を見つけることが困難であった．1個体あたりの評価にかかる計算コストが非常に大きく、個体数および世代数が限られることから初期母集団をランダムに生成するのではなく、実行可能な初期設計のパラメータ情報を用いて生成することで母集団に占める実行可能解を多くすることができた．また分析に必要な十分な数の非劣解集合を得るために、子集団生成に用いる交叉オペレータを目的関数を考慮したオペレータに改良し、多くの非劣解を見つけることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度の目標は，(1)各パラメータ間の感度を定量的に評価する指標の定式化および(2)非劣解集合に対する応答曲面近似モデルの生成であった．(1)についてはテスト問題を用いた評価指標の検証・比較を進めている．(2)については非劣解集合ではないが実験データのRやGPを用いた応答曲面近似モデルの検証を行っており、これらの知見をフィードバックする予定である．一方、平成27年度に実施予定である実際の機械設計最適化問題を用いた有効性の実証に向けた非劣解集合の取得が前倒しで進んでいる．以上のことから現在のところおおむね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度においては、引き続き非劣解集合の評価指標の定式化を行っていくとともに、応答曲面法、感度解析などを用いた設計情報抽出法の構築・提案を行う．非劣解集合を分割し局所的な評価を行うことで、効率的な設計情報抽出を図る．テスト問題と共に昨年度で得られた実問題の非劣解集合が使用が可能である．また、他の実設計最適化問題も行う予定であり、それらから得られる非劣解集合も提案法の評価に用いることが可能であると考えている．ただし、実問題では応答曲面法で十分な精度をもった近似モデルが生成できることが必要である．
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| Causes of Carryover |
平成27年度は，テスト問題を用いた既存の評価指標の評価および企業の持つ実問題の多目的最適化の実施に注力したため，旅費として計上していた予算が次年度使用額として生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度は，数値計算・データ処理用のラップトップを一台追加で購入予定である．残りは本研究成果を発表するために、国内学会や国際学会の旅費、また学会誌投稿料および印刷費を研究費に計上している．
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