TY - BOOK A1 - Altherr, Lena T1 - Algorithmic System Design under Consideration of Dynamic Processes N2 - Nach Stand von Wissenschaft und Technik werden Komponenten hinsichtlich ihrer Eigenschaften, wie Lebensdauer oder Energieeffizienz, optimiert. Allerdings können selbst hervorragende Komponenten zu ineffizienten oder instabilen Systemen führen, wenn ihr Zusammenspiel nur unzureichend berücksichtigt wird. Eine Systembetrachtung schafft ein größeres Optimierungspotential - dem erhöhten Potential steht jedoch auch ein erhöhter Komplexitätsgrad gegenüber. Die vorliegende Arbeit ist im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 805 entstanden, dessen Ziel die Beherrschung von Unsicherheit in Systemen des Maschinenbaus ist. Die Arbeit zeigt anhand eines realen Systems aus dem Bereich der Hydraulik, wie Unsicherheit in der Entwicklungsphase beherrscht werden kann. Hierbei ist neu, dass die durch den späteren Betrieb zu erwartende Systemdegradation eines jeden möglichen Systemvorschlags antizipiert werden kann. Dadurch können Betriebs- und Wartungskosten vorausgesagt und minimiert werden und durch eine optimale Betriebs- und Wartungsstrategie die Verfügbarkeit des Systems garantiert werden. Wesentliche Fragen bei der optimalen Auslegung des betrachteten hydrostatischen Getriebes sind dessen physikalische Modellierung, die Darstellung des Optimierungsproblems als gemischt-ganzzahliges lineares Programm, und dessen algorithmische Behandlung zur Lösungsfindung. Hierzu werden Heuristiken zum schnelleren Auffinden sinnvoller Systemtopologien vorgestellt und mittels mathematischer Dekomposition eine Bewertung des dynamischen Verschleiß- und Wartungsverlaufs möglicher Systemvorschläge vorgenommen. Die Arbeit stellt die Optimierung technischer Systeme an der Schnittstelle von Mathematik, Informatik und Ingenieurwesen sowohl gründlich als auch anschaulich und nachvollziehbar dar. KW - Mixed Integer Programming KW - Technical Operations Research KW - Optimization KW - System Design Y1 - 2016 SN - 978-3-8440-4848-3 PB - Shaker CY - Aachen ER - TY - CHAP A1 - Altherr, Lena A1 - Ederer, Thorsten A1 - Lorenz, Ulf A1 - Pelz, Peter F. A1 - Pöttgen, Philipp ED - Lübbecke, Marco E. ED - Koster, Arie ED - Letmathe, Peter ED - Madlener, Reihard ED - Preis, Britta ED - Walther, Grit T1 - Designing a feedback control system via mixed-integer programming T2 - Operations Research Proceedings 2014: Selected Papers of the Annual International Conference of the German Operations Research N2 - Pure analytical or experimental methods can only find a control strategy for technical systems with a fixed setup. In former contributions we presented an approach that simultaneously finds the optimal topology and the optimal open-loop control of a system via Mixed Integer Linear Programming (MILP). In order to extend this approach by a closed-loop control we present a Mixed Integer Program for a time discretized tank level control. This model is the basis for an extension by combinatorial decisions and thus for the variation of the network topology. Furthermore, one is able to appraise feasible solutions using the global optimality gap. KW - Optimal Topology KW - Controller Parameter KW - Level Control System KW - Technical Operation Research KW - Optimal Closed Loop Y1 - 2016 SN - 978-3-319-28695-2 U6 - http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-28697-6_18 SP - 121 EP - 127 PB - Springer CY - Cham ER - TY - CHAP A1 - Rausch, Lea A1 - Leise, Philipp A1 - Ederer, Thorsten A1 - Altherr, Lena A1 - Pelz, Peter F. ED - Papadrakakis, M. ED - Ppadopoulos, V. ED - Stefanou, G. ED - Plevris, V. T1 - A comparison of MILP and MINLP solver performance on the example of a drinking water supply system design problem T2 - ECCOMAS Congress 2016 VII European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering N2 - Finding a good system topology with more than a handful of components is a highly non-trivial task. The system needs to be able to fulfil all expected load cases, but at the same time the components should interact in an energy-efficient way. An example for a system design problem is the layout of the drinking water supply of a residential building. It may be reasonable to choose a design of spatially distributed pumps which are connected by pipes in at least two dimensions. This leads to a large variety of possible system topologies. To solve such problems in a reasonable time frame, the nonlinear technical characteristics must be modelled as simple as possible, while still achieving a sufficiently good representation of reality. The aim of this paper is to compare the speed and reliability of a selection of leading mathematical programming solvers on a set of varying model formulations. This gives us empirical evidence on what combinations of model formulations and solver packages are the means of choice with the current state of the art. KW - Technical Operations Research KW - Mixed-Integer Nonlinear Optimisation KW - Solver Per- formance KW - Drinking Water Supply KW - System Design Problem Y1 - 2016 SN - 978-618-82844-0-1 N1 - ECCOMAS Congress 2016 VII European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, 5–10 June 2016.Crete Island, Greece SP - 8509 EP - 8527 ER - TY - JOUR A1 - Vergé, Angela A1 - Pöttgen, Philipp A1 - Altherr, Lena A1 - Ederer, Thorsten A1 - Pelz, Peter F. ED - Greuloch, Ivo ED - Weber, Manfred ED - Meier, Miles T1 - Lebensdauer als Optimierungsziel: Algorithmische Struktursynthese am Beispiel eines hydrostatischen Getriebes JF - O+P – Ölhydraulik und Pneumatik N2 - Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit sind wichtige Anforderungen bei der Planung langlebiger technischer Systeme. Meist werden bei Lebensdaueroptimierungen lediglich einzelne Komponenten vordefinierter Systeme untersucht. Ob eine optimale Lebensdauer eine gänzlich andere Systemvariante bedingt, wird nur selten hinterfragt. Technical Operations Research (TOR) erlaubt es, aus Obermengen technischer Systeme automatisiert die lebensdaueroptimale Systemstruktur auszuwählen. Der Artikel zeigt dies am Beispiel eines hydrostatischen Getriebes. Y1 - 2016 SN - 1614-9602 VL - 60 IS - 1-2 SP - 114 EP - 121 PB - Vereinigte Fachverl. CY - Mainz ER -