Совершенствование метода визуально-интерактивного анализа для автоматизации и управления процессом принятия решений при многокритериальном проектировании сложных механических систем

При решении сложных задач многокритериальной оптимизации процесс нахождения области Парето-решения часто занимает много времени. В большинстве практических случаев лицо, принимающее решение (ЛПР), желает протестировать небольшое число разумных Парето-вариантов, чтобы облегчить понимание и управление процессом принятия решений. В данной статье рассмотрен метод визуально-интерактивного анализа (Visual Interactive Analysis Method — VIAM), разработанный авторами с целью предоставить ЛПР инструмент для управления процессом поиска рациональных оптимальных вариантов в задаче принятия решений при нескольких критериях. VIAM позволяет экспертам анализировать области Парето-решений, найденных с помощью генетического алгоритма; дает возможность ЛПР устанавливать дополнительные пороговые значения критериев для фильтрации желаемых решений. При необходимости повторно решается многокритериальная задача в целях нахождения новых лучших областей Парето-решений. На основе метода VIAM реализирована авторская программа VIAT (Visual Interactive Analysis Tool) на языке MATLAB. VIAT применяется в задаче многокритериальной оптимизации кривошипно-шатунного механизма, использованного в моечной машине нового типа для овощей и фруктов. Сравнение результатов, полученных VIAT и традиционным методом последовательных уступок, показало эффективность метода, предложенного авторами. Необходимо отметить, что VIAM также может быть применен для автоматизации и управления процессом принятия решений в многокритериальных задачах оптимизации широкого спектра других механических конструкций.

автоматизация, принятие решений, многокритериальная оптимизация, визуально-интерактивный анализ, компромисс

1. Deb K. Multi-objective optimization, Search methodologies, Springer, Boston, MA, 2014, pp. 403-449.

2. Chiandussi G., Codegone M., Ferrero S., Varesio F. E. Comparison of multi-objective optimization methodologies for engineering applications, Computers and Mathematics with Applications, 2012, no. 63, pp. 912—942.

3. Jurgen Branke, Kalyanmoy Deb, Kaisa Miettinen, Roman Slowinski. Multiobjective Optimization: Interactive and Evolutionary Approaches. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008, 481 p.

4. Cui Y, Geng Z, Zhu Q, Han Y. Review: Multi-objective optimization methods and application in energy saving, Energy, 2017, vol. 125, pp. 681—704.

5. Nogin V. D. Restricting the Pareto set: an axiomatic approach, Moscow, Fizmatlit, 2015, 236 p. (in Russian).

6. Statnikov R. B., Gavrushin S. S., Dang M. H., Statnikov A. R. Multicriteria Deisgn of Composite Pressure Vessels, International Journal of Multicriteria Decision Making, 2014, vol. 4, no. 3, pp. 252—278.

7. Rouse W. B., Pennock M.J., Oghbaie M., Liu C. Interactive visualizations for decision support: application of Rasmussen’s abstraction-aggregation hierarchy, Applied Ergonomics, 2017, no. 59, pp. 541—553.

8. Li H. L., Ma L. C. Visualizing decision process on spheres based on the even swap concept, Decision Support Systems, 2008, no. 45 (2), pp. 354—367.

9. Siraj S., Mikhailov L., Keane J. A. PriEsT: an interactive decision support tool to estimate priorities from pairwise comparison judgments, International Transactions in Operational Research, 2015, no. 22 (2), pp. 217—235.

10. Ishizaka A., Siraj S., Nemery P. Which energy mix for the UK? An evolutive descriptive mapping with the integrated GAIA (graphical analysis for interactive aid)-AHP (analytic hierarchy process) visualization tool, Energy, 2016, no. 95, pp. 602—611.

11. Kollat J. B., Reed P. A framework for visually interactive decision-making and design using evolutionary multi-objective optimization (VIDEO), Environmental Modelling & Software, 2007, no. 22 (12), pp. 1691—1704.

12. Hammond J. S., Keeney R. L., Raiffa H. Even swaps: A rational method for making trade-offs, Harvard Business Review, 1998, vol. 76, pp. 137—150.

13. Yang J., Li D. Normal vector identification and interactive tradeoff analysis using minimax formulation in multi-objective optimization, IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics Part A: Systems and Humans, 2002, vol. 32, no. 3, pp. 305—319.

14. Luque M., Yang J., Wong B. Y. H. PROJECT method for multi-objective optimization based on gradient projection and reference points, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics Part A: Systems and Humans, 2009, vol. 39, no. 4, pp. 864—879.

15. Chen L. Xin B., Chen J. A trade-off based interactive multi-objective optimization method driven by evolutionary algorithms, Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics, 2017, vol. 21, no. 2, pp. 284—292.

16. Dang Hoang Minh. Automation and control the design and production of composite cylinders manufactured by the winding method, PhD dissertation, Moscow, 2013, pp. 206(in Russian).

17. Phung Van Binh. Automation and control the decisionmaking process in the multi-criteria design of the saw unit of the sawmill. PhD dissertation, Moscow, 2017, pp. 157 (in Russian).

18. Dang H. M., Phung V. B., Bui V. P., NguyenV. D. Multicriteria design of mechanical system by using visual interactive analysis tool, Journal of Engineering Science and Technology, 2019, vol. 14, no. 3, pp. 1187—1199.

19. Dieter George Ellwood, Linda C. Schmidt. Engineering design, Boston, McGraw-Hill Higher Education, 2009, pp. 912.

20. Dang H. M., Bui V. P., Phung V. B., Nguyen V. D. Design, development and performance evaluation of a new-type fruit vegetable washer, Journal of Mechanical Engineering Research & Developments, 2020, vol. 43, no. 4, pp. 265—274.

21. Bui V. P., Gavriushin S. S., Phung V. B., Dang H. M., Dang V. T. Generalized mathematical model of a slider-crank mechanism with spring used in a new-type fruit vegetable washer, The 26-th international scientific symposium named after A. G. Gorshkova, Kremenki, 2020, vol. 1, pp. 75—77 (in Russian).

22. Nga N. T., Minh D. H., Hanh N. T., Binh P. V., Phuong B. V., Viet D. N. Dynamic analysis and multi-objective optimization of slider-crank mechanism for an innovative fruit and vegetable washer, Journal of Mechanical Engineering Research & Developments, 2020, vol. 43, no. 2, pp. 127—143.

23. Bui V. P., Gavriushin S. S., Phung V. B., Dang H. M., Prokopov V. S. Dynamic and stress analysis of the main drive system in design process of an innovative fruit-vegetable washer, Engineering Journal: Science and Innovation, 2020, vol. 100, no. 4.

24. Bui V. P., Gavriushin S. S., Phung V. B., Dang H. M., Prokopov V. S. Automation and management of design process of the main drive for an innovative fruits and vegetables washer, Information Technology, 2021, vol. 27, no. 2 (accepted) (in Russian).