Reliable, risk-averse design of complex engineering systems with optimized performance requires dealing with uncertainties. A conventional approach is to add safety margins to a design that was obtained from deterministic optimization. Safer engineering designs require appropriate cost and constraint function definitions that capture the \textit{risk} associated with unwanted system behavior in the presence of uncertainties. The paper proposes two notions of certifiability. The first is based on accounting for the magnitude of failure to ensure data-informed conservativeness. The second is the ability to provide optimization convergence guarantees by preserving convexity. Satisfying these notions leads to \textit{certifiable} risk-based design optimization (CRiBDO). In the context of CRiBDO, risk measures based on superquantile (a.k.a.\ conditional value-at-risk) and buffered probability of failure are analyzed. CRiBDO is contrasted with reliability-based design optimization (RBDO), where uncertainties are accounted for via the probability of failure, through a structural and a thermal design problem. A reformulation of the short column structural design problem leading to a convex CRiBDO problem is presented. The CRiBDO formulations capture more information about the problem to assign the appropriate conservativeness, exhibit superior optimization convergence by preserving properties of underlying functions, and alleviate the adverse effects of choosing hard failure thresholds required in RBDO.


翻译:以优化性能优化的复杂工程系统的可靠、风险反向设计要求处理不确定性。一种常规做法是将安全边际添加到从确定性优化中获得的设计中。更安全的工程设计需要适当的成本和约束功能定义,在不确定性存在的情况下,能够捕捉与意外系统行为相关的风险行为。本文件提出了两种可验证性概念。本文件提出了两个概念。第一个概念的基础是计算无法确保数据知情的保守性的程度。第二个概念的基础是通过保持凝固性来提供优化趋同保证的能力。满足这些概念会导致基于风险的设计优化。在CRIBDO的背景下,基于超夸度(a.k.a.a.) 有条件值风险风险)和缓冲性故障概率的风险措施得到了分析。CRIBDO与基于可靠性的设计优化(RBDO)相比,不确定性通过结构性和热度设计问题通过失败概率来计算。重新界定短列结构设计问题的结构设计问题导致CRBDO的内结构结构优化性调整,从而导致CRBDO的共性整合性稳定性调整,通过适当的稳定性稳定性稳定性整合性分析,提出了CRBDO的稳性整合性生成性分析所需的稳定性稳定性稳定性分析特性。

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