طراحی سامانه تصمیم‌یار تعاملی برای بهینه‌سازی هم‌زمان مقاومت و هزینه طرح اختلاط بتن با استفاده از رگرسیون فرایند گاوسی (GPR) و الگوریتم ژنتیک NSGA-II با اعتبارسنجی پارتو

کد مقاله : 1058-CONCRETE (R1)

نویسندگان

میلاد کوهستانی * بلوار دانشجو

چکیده مقاله

طراحی بهینه مخلوط بتن مستلزم برقراری تعادل میان مقاومت فشاری، هزینه تولید و عدم‌قطعیت‌های ناشی از داده‌های آزمایشگاهی است. هدف این پژوهش، توسعه یک چارچوب تصمیم‌یار تعاملی با کاربر برای پیش‌بینی مقاومت فشاری مکعبی ۷ روزه و بهینه‌سازی دوهدفه طرح اختلاط بتن است. پایگاه داده مورد استفاده شامل ۱۱۷۳ ردیف طرح اختلاط آزمایشگاهی و نتایج مقاومت 7 روزه واقعی است. در مرحله پیش‌پردازش، داده‌ها بر اساس ترکیب‌های اختلاط مشابه در ۱۳۷ گروه دسته بندی می‌شوند و ۷۶ مشاهده پرت (مقاومت 7 روزه نا متعارف) با استفاده از یک رویه آماری درون‌گروهی بر اساس میانه، شناسایی و تنظیم شده است. پس از کنترل کیفیت و تنظیم مشاهدات پرت، متغیرهای ورودی و خروجی صرفاً با استفاده از مجموعه آموزش، نرمال‌سازی می‌شوند؛ تا از نشت داده و ایجاد خطای آموزش جلوگیری شود. سپس از رگرسیون فرایند گاوسی GPR با تابع هسته ARD Squared Exponential برای پیش‌بینی مقاومت فشاری و برآورد انحراف معیار پیش‌بینی استفاده شده است. مدل رگرسیون فرایند گاوسی برای ساخت تابع هزینه مناسب در الگوریتم NSGA-II استفاده شده است تا بیشینه‌سازی مقاومت فشاری (مطابق مقاومت فشاری 7 روزه مورد نظر کاربر) و کمینه‌سازی هزینه مصالح به‌صورت هم‌زمان و بر روی فضای طراحی گسسته انجام شود. ملاحظات طراحی شامل دامنه‌های اجرایی مجاز برای متغیرهای اختلاط، توازن جرمی اجزای اصلی و قید تأمین مقاومت هدف در فرآیند بهینه‌سازی لحاظ شده است. جهت اطمینان از قابلیت اعتماد الگوریتم فرا ابتکاری، جبهه پارتوی حاصل از NSGA-II با شمارش کامل فضای گسسته مقایسه و صحت آن با استفاده از شاخص‌های فراخوانی و دقت پارتو اعتبارسنجی گردیده است. در سامانه پیشنهادی، کاربر مقاومت هدف، دمای نمونه، عیار سیمان و قیمت‌های جاری مصالح را وارد می‌کند؛ سپس مجموعه راه‌حل‌های برتر جبهه پارتو و طرح‌های یکتای منتخب، شامل گزینه‌های اقتصادی، مقاوم و متنوع، ارائه می‌شوند. نتایج مطالعه موردی نشان می‌دهد که سامانه، ضمن تأمین مقاومت هدف، امکان مقایسه شفاف میان هزینه و عملکرد مکانیکی بتن و انتخاب طرح متناسب با اولویت‌های فنی مد‌‌‌‌‌‎‎نظر کاربر و اقتصادی پروژه را فراهم می‌سازد. این چارچوب، داده‌های آزمایشگاهی واقعی، ساخت مدل از داده های آزمایشگاهی پیش‌بینی عدم‌قطعیت، بهینه‌سازی چندهدفه و اعتبارسنجی پارتو را در ابزاری کاربردی برای طراحی مخلوط بتن، مطابق قیمت های روز مصالح و مقاومت 7 روزه مورد نظر ارائه می‌دهد.

کلیدواژه ها

طرح اختلاط بتن، رگرسیون فرایند گاوسی، بهینه‌سازی دوهدفه، NSGA-II، اعتبارسنجی پارتو

وضعیت: پذیرفته شده برای ارائه شفاهی