مهندسی صنایع و مدیریت

مهندسی صنایع و مدیریت

بهینه‌سازی چندین هدفه طراحی مفهومی سیستم‌های پیچیده با رویکردهای DFX و الگوریتم NSGA-III (مطالعه موردی صنعت کشتی سازی)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه یزد، یزد، ایران s.mahdi.ebrahimi@stu.yazd.ac.ir
2 دانشیار گروه مهندسی صنایع، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
3 استاد گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه یزد، یزد، ایران sadegheih@yazd.ac.ir
4 استاد گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه یزد، یزد، ایران hhn@yazd.ac.ir
10.24200/j65.2026.68181.2464
چکیده
طراحی مفهومی سیستم‌های پیچیده با چالش ایجاد تعادل میان اهداف متضادی همچون هزینه، کارایی، ریسک و قابلیت اطمینان همراه است. در این پژوهش، با بهره‌گیری از رویکرد «طراحی برای تعالی»، یک مدل ریاضی چندهدفه برای بهبود تصمیم‌گیری در مرحله طراحی مفهومی توسعه داده شد. مدل پیشنهادی با استفاده از الگوریتم تکاملی NSGA-III حل شده و مجموعه‌ای از جواب‌های بهینه پارتو را ارائه می‌دهد که ضمن ایجاد توازن میان اهداف طراحی، امکان لحاظ محدودیت‌های ناسازگاری و همبستگی میان فناوری‌ها را فراهم می‌کند. مطالعه موردی در صنعت کشتی‌سازی نشان داد که راه‌حل‌های حاصل از مدل از سطح بالایی از توازن میان اهداف متضاد برخوردار هستند. نتایج کمی بیانگر آن است که در گزینه‌های منتخب، قابلیت اطمینان سیستم و شاخص‌های بلوغ فناوری و ساخت نسبت به وضعیت پایه بهبود قابل توجهی یافته‌اند. همچنین، تعادل مناسبی میان کاهش هزینه و افزایش کارایی در بسیاری از جواب‌ها مشاهده شد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Many-objective optimization of complex systems conceptual design with DFX approaches and NSGA-III algorithm (case study :shipbuilding industry)

نویسندگان English

Seyed Mahdi Ebrahimi 1
Mahdi Nakhaeinejad 2
Ahmad Sadegheih 3
Hassan Hosseini Nasab 4
1 PhD Student in Industrial Engineering, Faculty of Industrial Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
3 Professor, Department of Industrial Engineering, Faculty of Industrial Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
4 Professor, Department of Industrial Engineering, Faculty of Industrial Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

The conceptual design of complex systems presents significant challenges due to their large scale, multidisciplinary nature, and dependence on technical, economic, and environmental factors. Such systems require advanced design methodologies capable of addressing multiple, often conflicting objectives. In response to these challenges, this research introduces a comprehensive framework for multi-objective modeling in the conceptual design of complex systems, with a focused application in the shipbuilding industry. The primary objective is to establish a systematic approach for achieving Design for Excellence (DfX) through the simultaneous optimization of diverse performance criteria. The proposed mathematical model is rooted in the DfX principles and incorporates key indicators such as cost, performance efficiency, system reliability, and technology and manufacturing maturity. A distinctive contribution of this study is the integration of DfX principles with the multi-objective evolutionary optimization algorithm NSGA‑III, enabling the generation of Pareto-optimal solutions that balance conflicting objectives while accounting for incompatibility and correlation constraints among available technologies. The model is also highly flexible, allowing it to be adapted to various types of vessels with different operational requirements. A case study in the shipbuilding industry demonstrates the practical effectiveness of the proposed framework. The obtained solutions exhibit a high degree of balance among the competing objectives. Quantitative comparisons show that NSGA-III outperforms MOEA/D and the Epsilon-Constraint method in three of the four objectives (OMOE, reliability, and risk). Relative to MOEA/D and the Epsilon-Constraint method, NSGA-III achieves improvements of 7.75% and 35.20% in Hypervolume, 17.35% and 40.88% in Spacing, 22.54% and 411.76% in the number of Pareto solutions, and 31.25% and 72.73% in Inverted Generational Distance (IGD), respectively. Although NSGA-III requires approximately 31.47% more computational time than MOEA/D, it is 44.12% faster than the Epsilon-Constraint approach.These results confirm the efficacy of the proposed model and establish it as a practical decision-support tool for engineering design of complex systems.

کلیدواژه‌ها English

Many-objective optimization
NSGA-III
conceptual design
design for reliability (DFR)
shipbuilding

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 31 شهریور 1405