Software: SimX - Nadelantrieb - Wirkprinzip - Lokale Suche

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Experiment: Lokale Suche (Hooke-Jeeves)

Start des Experiments:

Nach soviel Vorbereitung wollen wir nun beherzt den Start-Button für das Experiment drücken und hoffen, dass sich der Antrieb in die gewünschte Richtung entwickelt:

• Achtung: Der dargestellte Optimierungsverlauf und das erreichte Optimum werden nicht mit den individuellen Lösungen übereinstimmen! Verdeutlicht werden soll hier nur der prinzipielle Ablauf.
• Nach hunderten von Optimierungsschritten ist keine Verbesserung der Ergebnisse mehr zu erwarten, so dass wir das Experiment stoppen können.
• Man erkennt im obigen Verlauf, dass infolge des anfänglichen Verkleinerns des Ankerdurchmessers auch Lösungen entstanden, welche die Forderungen des Prägens nicht erfüllten.
• Die Verkürzung der Zykluszeit wird vor allem erreicht durch eine Vergrößerung der Steifigkeit der Rückholfeder mit entsprechender Anpassung der anderen Antriebsparameter.
• Man kann sich die exakten Werte eines Optimierungsschrittes anzeigen lassen. Nach Doppelklick mit der linken Maustaste auf den gewünschten Kurven-Punkt wird dieser Punkt auf allen Kurven markiert und es werden die zugehörigen Werte eingeblendet. Ein Doppelklick abseits jeglicher Kurve blendet die Markierungen wieder aus.
• Sollte wider Erwarten innerhalb der vorgegebenen Optimierungsschritte das Optimum noch nicht erreicht werden, so kann man die Zahl der Optimierungsschritte erhöhen und das Experiment fortsetzen .

Hinweise zur Fehlersuche:

Erkennt man ein fehlerhaftes Verhalten des Modells während der Optimierungsrechnung, so muss man diese definiert anhalten:

• Experiment stoppen .
• Im SimulationX den Simulationslauf zurücksetzen Datei:Software SimX - button simulation zuruecksetzen.gif, damit ein definierter Beginn des nächsten Simulationslaufes stattfindet.
• Das Modellverhalten kann man dann im SimulationX mit den aktuell vom OptiY eingestellten Nennwerten untersuchen.

Korrektur von Fehlern im SimulationX-Modell bei aktivem OptiY-Versuchsstand führt meist zum Programm-Absturz:

• Vor der Fehler-Korrektur sollte man unbedingt OptiY beenden.
• Dabei wird im SimulationX das benutzte Modell ohne Speicherung geschlossen.
• Man lädt dieses Modell erneut im SimulationX und korrigiert die Fehler.
• Danach speichert man den neuen Modellzustand und schließt das Modell.
• In OptiY steht nach erneutem Start das korrigierte Modell im Versuchsstand zur Verfügung.

Typische Fehler-Situationen:

• Das Modell reagiert unglaubwürdig auf Nennwert-Änderungen:
  • Hat z.B. die Änderung des Ankerdurchmessers keinen Einfluss auf die Bewegung, so kann etwas im Modell nicht stimmen!
  • Erforderliche Modell-Änderungen muss man wie zuvor beschrieben vornehmen.
• Es wird keine Verbesserung der Anfangslösung erreicht:
  • Das ist kein Fehler, wenn man bereits den durch Optimierung erreichten Bestwert als Anfangslösung verwendet!
  • Hat man eine eigene, nichtoptimale Anfangslösung, so gibt es zwei Möglichkeiten:
    • 1. Das Modell rechnet zu ungenau, so dass durch die Abtastschritte kein Anstieg auf der Gütefunktion erkannt werden kann (Numerisches Rauschen):
      • Wechseln in das SimulationX.
      • Öffnen des Einstellungsdialogs für die Simulation.
      • Verringern von absTol und relTol z.B. um 1 Zehnerpotenz auf 1E-6. (Achtung: höhere Genauigkeiten führen teilweise zu wesentlich längeren Rechenzeiten!).
      • Verringern von dtMin auf z.B. 1E-12 (kleinere Werte können zu numerischen Problemen führen!).
      • In OptiY die Optimierung fortsetzen .
    • 2. Die Abtastschrittweite von Entwurfsgrößen ist ungünstig:
      • Die Startschrittweite für die Abtastung wird z.B. zu 1/100 des Startwertes gebildet.
      • Reagiert das Modellverhalten sehr empfindlich auf eine Änderung des betreffenden Entwurfsparameters, so kann hier ein kleinerer Wert sinnvoll sein.
      • Umgekehrt kann es auch sinnvoll sein, diese Startschrittweite zu vergrößern, falls die geringen Auswirkungen der Änderung ansonsten im numerischen Rauschen untergehen.
      • Optimierung mit der veränderten Abtastschrittweite fortsetzen .

• Entwurfsparameter konvergiert gegen seinen Grenzwert:
  • Falls der Grenzwert nicht infolge einer Forderung festgelegt wurde, sollte man die Grenze des Entwurfsparameters verschieben:
    • Grenzwert für Entwurfsparameter ändern.
    • Experiment fortsetzen .
  • Damit werden mit großer Wahrscheinlichkeit bessere Lösungen im Sinne der Forderungen erreicht.

• Die Lösung verschlechtert sich konsequent:
  • Es werden im Modell fehlerhafte Bewertungsgrößen berechnet oder
  • es wurden die Forderungen der Aufgabenstellung fehlerhaft in Form der Restriktionen oder Gütekriterien definiert.

• Konvergenz zum Optimum vorzeitig beendet:
  • Bleiben nach einer gewissen Zeit alle Nennwerte konstant, so kann man noch nicht sicher sein, wirklich ein Optimum erreicht zu haben.
  • Im Beispiel wird die Zielfunktion um das Optimum so flach, dass aufgrund des numerischen Rauschens das Optimierungsverfahren keine Richtungsinformation mehr gewinnen kann.
  • Man sollte in jedem Fall versuchen, eine Optimierung ausgehend von den gleichen Anfangswerten, mit einer höheren Rechengenauigkeit durchzuführen (absTol und relTol).
  • Erreicht man damit den gleichen Bestwert, so handelt es sich mit großer Wahrscheinlichkeit um eine optimale Lösung.
  • Ist dies nicht der Fall, kann man die Rechengenauigkeit weiter erhöhen (falls die Berechnungszeit dies noch zulässt!).

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