Explicitly accounting for uncertainties is paramount to the safety of engineering structures. Optimization which is often carried out at the early stage of the structural design offers an ideal framework for this task. When the uncertainties are mainly affecting the objective function, robust design optimization is traditionally considered. This work further assumes the existence of multiple and competing objective functions that need to be dealt with simultaneously. The optimization problem is formulated by considering quantiles of the objective functions which allows for the combination of both optimality and robustness in a single metric. By introducing the concept of common random numbers, the resulting nested optimization problem may be solved using a general-purpose solver, herein the non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). The computational cost of such an approach is however a serious hurdle to its application in real-world problems. We therefore propose a surrogate-assisted approach using Kriging as an inexpensive approximation of the associated computational model. The proposed approach consists of sequentially carrying out NSGA-II while using an adaptively built Kriging model to estimate the quantiles. Finally, the methodology is adapted to account for mixed categorical-continuous parameters as the applications involve the selection of qualitative design parameters as well. The methodology is first applied to two analytical examples showing its efficiency. The third application relates to the selection of optimal renovation scenarios of a building considering both its life cycle cost and environmental impact. It shows that when it comes to renovation, the heating system replacement should be the priority.


翻译:对不确定因素进行明确核算对于工程结构的安全至关重要。在结构设计早期阶段经常进行的优化,为这项任务提供了一个理想的框架。当不确定性主要影响目标功能时,通常会考虑稳健的设计优化。这项工作还假设存在多重和相互竞争的、需要同时处理的目标功能。优化问题是通过考虑目标功能的量化来拟订的,这些功能既能将最佳性和稳健性结合到一个单一的计量中。通过引入通用随机数字的概念,由此产生的巢状优化问题可以使用通用解答器来解决,这里使用的是非主要分类基因算法(NSGA-II)。然而,这种方法的计算成本是其在现实世界问题中应用这一方法的严重障碍。因此,我们建议采用隐形辅助方法,利用相关计算模型的廉价近似近似值来制定最佳和稳妥性随机数。最后,该方法可调整为混合的精准分类基因算法(NSGA-II)。在选择环境周期时,其质量选择方法应体现其质量选择方法。在选择时,其质量选择方法应与质量选择方法相联系。

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