-
HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
-
Die
meisten Probleme, denen bei der konstruktiven Entwurfsarbeit begegnet
wird, sind von Natur aus nicht linear und umfassen die Bestimmung
von Systemparametern, die bestimmte Ziele für das gerade zu lösende Problem
erfüllen.
Derartige Probleme können
in der Form eines mathematischen Optimierungsproblems dargestellt
werden, bei dem eine Lösung
erwünscht
ist, die eine Systemfunktion oder einen Systemparameter in Abhängigkeit
von dem System auferlegten Beschränkungen oder Randbedingungen
minimiert. Sowohl die Systemfunktion als auch die Randbedingungen
umfassen Systemeingaben (Steuerungsvariablen) und Systemausgaben,
die entweder diskret oder kontinuierlich sein können. Außerdem können die Randbedingungen durch
Gleichheiten oder Ungleichheiten gebildet sein. Die Lösung für ein gegebenes
Optimierungsproblem hat entweder eines oder beide der folgenden
Charakteristika: 1) sie minimiert oder maximiert eine gewünschte Bedingung
oder gewünschte
Bedingungen, womit die Optimalitätsbedingung
erfüllt
ist, und 2) sie genügt
dem Satz von Randbedingungsgleichungen, die dem System auferlegt
sind.
-
Mit
den obigen Definitionen können
verschiedene Kathegorien von Optimierungsproblemen festgelegt werden.
Ein freies Optimierungsproblem (FOP, Free Optimization Problem)
ist eines, für
das keine Randbedingungen vorliegen. Ein Constraint Optimization
Problem (COP)(Randwertoptimierungs problem) enthält sowohl Rand- oder Nebenbedingungen
als auch eine Anforderung hinsichtlich einer Minimierung (oder Maximierung) einer
Bedingung oder von Bedingungen. Im Gegensatz hierzu enthält ein Constraint
Satisfaction Problem (CSP)(Randwerterfüllungsproblem) lediglich Randbedingungen.
Eine Lösung
eines CSPs bedeutet das Auffinden einer zulässigen oder praktikablen Lösung in
dem Suchraum, die die Randbedingungen erfüllt. Das Lösen eines COPs bedeutet das
Auffinden einer Lösung,
die sowohl zulässig
oder realisierbar als auch optimal in dem Sinne ist, dass ein minimaler
(oder maximaler) Wert für
die gewünschte(n)
Bedingung(en) verwirklicht wird.
-
Die
Lösung
für ein
derartiges Problem umfasst gewöhnlich
einen mathematischen Suchalgorithmus, wobei im Verlauf einer Anzahl
von Algorithmusiterationsschritten sukzessiv verbesserte Lösungen erhalten werden.
Jede Iteration, die als eine vorgeschlagene Lösung betrachtet werden kann,
führt zu
einer Verbesserung einer als Zielfunktion bezeichneten objektiven
Funktion. Eine Zielfunktion ist ein mathematischer Ausdruck, der
Parameterwerte einer vorgeschlagenen Lösung als Eingangsgrößen aufweist.
Die Zielfunktion erzeugt eine Bewertungszahl oder Gütezahl für die vorgeschlagene
Lösung.
Ein Vergleich der Zielfunktionswerte ergibt ein Maß in Bezug
auf die relative Stärke
einer Lösung
gegenüber
einer anderen. Es existieren zahlreiche Suchalgorithmen, die sich
in der Art und Weise, in der die Steuerungsvariablen für ein bestimmtes
Problem modifiziert werden, darin, ob während des Verbesserungsprozesses
eine Lösungsgesamtheit
oder eine einzelne Lösung
verfolgt wird, und in der Beurteilung der Konvergenz voneinander
unterscheiden. Jedoch stützen sich
diese Suchalgorithmen bei der Entscheidung für einen Konvergenzpfad auf
die Ergebnisse einer Zielfunktion. Beispiele für Optimierungsalgorithmen umfassen
genetische Algorithmen (Genetic Algorithms), simulierte Abkühlung (Simulated
Annealing) und Tabu-Suche (TabuSearch).
-
Innerhalb
der Optimierungsalgorithmen muss das entscheidende Problem der Behandlung
oder Verarbeitung von Randbedingungen bei COPs und CSPs angegangen
werden. Es existieren verschiedene Klassen von Verfahren zur Bewältigung
von Randbedingungen. Das am weitesten verbreitete Verfahren betrifft
die Verwendung der Penalty-Lösung
(Bestrafungsmethode) zur Modifikation der Zielfunktion, was den
Effekt einer Umwandlung eines COPs oder CSPs in ein FOP hat. In
diesem Verfahren wird einer Zielfunktion, die die gewünschte Optimalbedingung
kennzeichnet, eine auch als Penalty-Funktion bezeichnete Bestrafungsfunktion beigefügt, die
Verletzungen oder Verstöße in dem
Satz Randbedingungsgleichungen repräsentiert. Wenn die Bestrafungsfunktion
positiv ist, ist die Lösung
nicht zulässig
oder nicht realisierbar. Wenn die Bestrafungsfunktion null ist,
werden alle Randbedingungen erfüllt.
Eine Minimierung der modifizierten Zielfunktion sucht folglich nicht
nur nach einer Optimalität
sondern auch nach einer Erfüllung
der Randbedingungen.
-
Zielfunktionen
nehmen anwendungsspezifische Formen ein, so dass deshalb jedes neue
Problem oder jede Modifikation eines Problems die Bildung einer
neuen Zielfunktion erfordert. Außerdem spielt die Zielfunktion
die wichtige Rolle der Führung
eines Optimierungsalgorithmus zu einer möglichen besten Lösung. Je besser
die Zielfunktion ist, desto besser ist wahrscheinlich das Optimierungsergebnis
und/oder desto effizienter ist die Optimierungsoperation.
-
Demgemäß existiert
ein anhaltender Bedarf auf dem Gebiet der auf Randbedingungen basierten
Probleme nach verbesserten Zielfunktionen.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein systematisches und allgemeines
Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Definition einer
objektiven Funktion oder Zielfunktion für Randwertoptimierungsprobleme
(COPs, Constraint Optimization Problems), Randwerterfüllungsprobleme
(CSPs, Constraint Satisfaction Problems) und freie Optimierungsprobleme
(FOPs, Free Optimization Problems) unabhängig von der angewandten Optimierungssuche.
Die Erfindung stellt eine generische Definition einer Zielfunktion
bereit. Bei einem gegebenen bestimmten Optimierungsproblem (zum
Beispiel dem Entwurf eines Siedewasser-Nuklearreaktorkerns, der
Beförderungsplanung,
der Konstruktion eines Druckwasserreaktorkerns oder beliebigen sonstigen
kombinatorischen Optimierungsproblemen in großem Maßstab im diskreten oder kontinuierlichen
Raum) wird die Zielfunktion nach der generischen Definition konfiguriert.
-
Insbesondere
ist die generische Definition der Zielfunktion gemäß der vorliegenden
Erfindung durch eine Summe von Bonus- oder Belohnungskomponenten
(Credit Components) zuzüglich
einer Summe von Bestrafungskomponenten (Penalty Components) gebildet.
Jede Belohnungskomponente enthält
einen Belohnungsterm (Credit Term) multipliziert mit einer zugehörigen Belohnungsgewichtung
(Credit Weight). Jede Bestrafungskomponente enthält einen Bestrafungsterm (Penalty
Term) multipliziert mit einer zugehörigen Bestrafungsgewichtung
(Penalty Weight). Ein Belohnungsterm ist ein ma thematischer Ausdruck,
der einen Optimierungsparameter repräsentiert, während ein Bestrafungsterm ein
mathematischer Ausdruck ist, der eine Optimierungsrandbedingung
repräsentiert.
-
Eine
Konfiguration einer Zielfunktion umfasst die Festlegung der Anzahl
von Belohnungs- und Bestrafungskomponenten, die Festlegung der mathematischen
Ausdrücke
für die
Belohnungs- und Bestrafungsterme und die Festlegung der anfänglichen
Gewichtungsfaktoren der Belohnungs- und Bestrafungsgewichtungen.
Wenigstens einer der Bestrafungsterme basiert auf Steuerstabbewegungen.
Dies wird durch eine Benutzereingabe oder durch einen Zugriff auf
eine zuvor abgespeicherte konfigurierte Zielfunktion bewerkstelligt.
-
Die
konfigurierte Zielfunktion kann anschließend als Teil eines Optimierungsprozesses
verwendet oder kann als ein Werkzeug oder Tool benutzt werden, wenn
ein Benutzer eine sich anbietende Kandidatenlösung zu einem Optimierungsproblem
bewertet. Aufgrund der Flexibilität der Erfindung sind Anpassungen
an Veränderungen
der Optimalitätsbedingungen,
Randbedingungsdefinitionen und Gewichtungsfaktoren ohne weiteres möglich.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung erschließt
sich besser aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und
den beigefügten
Zeichnungen, in denen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen
gekennzeichnet sind, die lediglich zum Zwecke einer Veranschaulichung
angegeben sind und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken und
in denen zeigen:
-
1 eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Architektur
zur Realisierung des Verfahrens zur Bewertung einer vorgeschlagenen
Lösung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 eine
Bildschirmausgabe einer Optimierungskonfigurationsseite, die bei
der Auswahl einer oder mehrerer Optimierungsparameter verwendet
wird, die mit dem Optimierungsproblem von Siedewasser-Reaktorkernkonstruktionen
verbunden sind, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 eine
Bildschirmausgabe einer Optimierungsrandbedingungenseite, die Optimierungsrandbedingungen
auflistet, die mit dem Optimierungsproblem von Siedewasser-Reaktorkernauslegung
verbunden sind, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
-
4 ein
Flussdiagramm eines Optimierungsprozesses, das die Zielfunktion
gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die
generische Zielfunktion Die vorliegende Erfindung stellt eine allgemeine
oder generische Definition einer Zielfunktion bereit, die auf eine
weite Vielfalt von Randwert- und Optimierungsproblemen anwendbar
ist. Die generische Zielfunktion ist nämlich auf ein beliebiges großtechnisches
kombinatorisches Optimierungsproblem in diskretem oder kontinuierlichem
Raum, wie beispielsweise die Konstruktion von Siedewasser-Reaktorkernen,
die Konstruktion von Druckwasser-Reaktorkernen, Transportablaufplanung,
Ressourcenbereitstellung etc. anwendbar. Die generische Zielfunktion
ist als eine Summe von Belohnungs- oder Gutschrifts-(Credit Komponente)
und Bestrafungskomponenten (Penalty Komponente) definiert. Eine
Bestrafungskomponente enthält
einen Bestrafungsterm (Penalty-Term), der mit einer zugehörigen Bestrafungsgewichtung
(Penalty-Gewichtung) multipliziert wird. Eine Belohnungs- oder Gutschriftskomponente
enthält
einen Belohnungsterm (Credit-Term), der mit einer zugehörigen Belohnungsgewichtung
(Credit-Gewichtung) multipliziert wird. Die Belohnungsterme repräsentieren
die Optimalbedingungen für
das Problem. Die Bestrafungsterme repräsentieren die Randbedingungen
für das
Problem. Jeder Belohnungsterm ist ein mathematischer Ausdruck, der
eine Optimalitätsbedingung
quantifiziert. Jeder Bestrafungsterm ist ein mathematischer Ausdruck,
der eine Randbedingung quantifiziert. Mathematisch lässt sich
das wie folgt ausdrücken:
wobei
- FZiel
- = Zielfunktion
- Cm
- = Belohnungsterm (Credit-Term)
m
- Pn
- = Bestrafungsterm
(Penalty-Term) n
- λ Belohnung / m
- = Gewichtungsfaktor
für den
Belohnungsterm m
- λ Bestrafung / n
- = Gewichtungsfaktor
für den
Bestrafungsterm n.
-
Belohnungs-
und Bestrafungsterme können
durch maximale (d. h. nach oben begrenzte) oder minimale (d. h.
nach unten begrenzte) Werte festgelegt werden und können skalare
oder mehrdimensionale Werte repräsentieren.
Die einzigen Anforderungen sind: 1) die Bestrafungsterme müssen für Randbedingungsverletzungen
oder -verstöße positiv
und ansonsten gleich null sein und 2) bei Fehlen von Randbedingungsverletzungen
stehen die Belohnungsterme mit einem Minimierungsproblem in Einklang.
Somit löst
eine Minimierung der modifizierten Zielfunktion das Optimierungsproblem.
-
Als
ein Beispiel wird eine Klimaanlage betrachtet, bei der das Optimierungsproblem
darin besteht, die mittlere Lufttemperatur in einem Raum auf ein
Minimum zu reduzieren und dennoch sicherzustellen, dass in keinem
Bereich in dem Raum eine bestimmte Temperatur überschritten wird. Für dieses
Beispiel würde
die Belohnung (Credit) die mittlere Lufttemperatur in dem Raumvolumen
darstellen. Die Randbedingung wäre
ein Grenzwert auf der punktweisen Temperaturverteilung in dem Raum,
der in Form eines Bestrafungsterms als die mittlere Temperaturübertretung
oder -verletzung berechnet würde.
Um die mittlere Temperaturübertretung zu
erhalten, würde
man die Differenzen zwischen dem tatsächlichen und dem Grenztemperaturwert
für diese Punkte
in dem Raum, in denen eine Übertretung
stattfindet, aufsummieren und diese Summe durch die Gesamtzahl der
Punkte dividieren. Alternativ kann der Bestrafungsterm in Form des
Maximalwertes der punktweisen Temperaturübertretungen in dem Raum berechnet
werden. Die Form der generischen Zielfunktion ermöglicht somit
die Definition einer beliebigen Anzahl von Belohnungs- und Bestrafungstermen
in einer allgemeinen Weise für
das gerade zu lösende
Problem.
-
Formen
für die
Belohnungs- oder Bestrafungsterme umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein:
den
maximalen Wert in einem Datenfeld oder -array;
den minimalen
Wert in einem Datenfeld;
den Mittelwert der Werte in einem
Datenfeld;
das Integral der Werte in einem Datenfeld;
das
Maximum der berechneten Differenzen zwischen Elementen eines Datenfeldes
und dem zugehörigen Grenzwert,
beschränkt
auf Elemente, die verletzen;
das Minimum der berechneten Differenzen
zwischen Elementen eines Datenfeldes und dem zugehörigen Grenzwert,
beschränkt
auf Elemente, die verletzen;
den Mittelwert der berechneten
Differenzen zwischen Elementen eines Datenfeldes und dem zugehörigen Grenzwert,
beschränkt
auf Elemente, die verletzen; und
das Integral der berechneten
Differenzen zwischen Elementen eines Datenfeldes und dem zugehörigen Grenzwert,
beschränkt
auf verletzende Elemente.
-
Generische
Architektur zur Implementierung der Zielfunktion
-
1 veranschaulicht
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Architektur
zur Implementierung des Verfahrens zur Auswertung einer vorgeschlagenen
Lösung
entsprechend der vorliegenden Erfindung. Wie veranschaulicht, enthält ein Server 10 eine
graphische Benutzerschnittstelle (GUI, Graphical User Interface) 12,
die mit einem Prozessor 14 verbunden ist. Der Prozessor 14 ist
an einen Speicher 16 angeschlossen. Auf den Server 10 kann
mittels einer Benutzereingabevorrichtung 18 (zum Beispiel
einer Anzeige, Tastatur und Maus) unmittelbar zugegriffen werden.
Der Server 10 ist ferner von Computern 22 und 26 aus über ein
Intranet 20 bzw. das Internet 24 zugänglich.
Die Betriebsweise der in 1 veranschaulichten Architektur
ist nachstehend in größeren Einzelheiten
beschrieben.
-
Konfiguration
der Zielfunktion für
ein Optimierungsproblem Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine konfigurierte Zielfunktion, die die vorstehend
beschriebene generische Definition erfüllt, bereits in dem Speicher 16 des
Servers 10 abgespeichert. Beispielsweise kann die konfigurierte
Zielfunktion gemäß einer
der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert worden
sein. In dieser Ausführungsform
instruiert der Benutzer den Server 10, eine Liste der konfigurierten
Zielfunktionen bereitzustellen, die in dem Speicher 16 abgespeichert
sind, und weist den Server 10 an, eine der aufgelisteten
konfigurierten Zielfunktionen zu verwenden.
-
In
einer anderen Ausführungsform
greift ein Benutzer mittels der Eingabevorrichtung 18,
des Computers 26 oder des Computers 22 über die
graphische Benutzerschnittstelle 12 auf den Server 10 zu.
Der Benutzer versorgt den Server 10 mit einer konfigurierten
Zielfunktion, die die Definition der vorstehend beschriebenen generischen
Definition erfüllt.
In dieser Ausführungsform
liefert der Benutzer die konfigurierte Zielfunktion unter Verwendung
einer beliebigen allgemein bekannten Programmiersprache oder eines
beliebigen allgemein bekannten Programms zur Formulierung mathematischer
Ausdrücke.
Insbesondere instruiert der Benutzer den Prozessor 14 über die
graphische Benutzerschnittstelle 12, eine Datei, die die
konfigurierte Zielfunktion enthält,
hochzuladen. Der Prozessor 14 lädt dann die Datei hoch und
speichert die Datei in dem Speicher 16 ab.
-
In
einer noch weiteren Ausführungsform
findet die Konfiguration der Zielfunktion interaktiv zwischen dem
Benutzer und dem Server 10 statt. Hier weist der Benutzer
den Prozessor 14 an, den Prozess zur Konfiguration einer
Zielfunktion zu starten. Der Prozessor 14 fordert anschließend den
Benutzer auf, eine Anzahl von Belohnungskomponenten und eine Anzahl
von Bestrafungskomponenten zu identifizieren. Für jede Belohnungskomponente
fordert der Prozessor 14 auf, dass der Benutzer einen mathematischen
Ausdruck für
den Belohnungsterm und einen anfänglichen
Gewichtungsfaktor für
die zugehörige
Belohnungsgewichtung liefert. Für
jede Bestrafungskomponente fordert der Prozessor 14 auf,
dass der Benutzer einen mathematischen Ausdruck für den Bestrafungsterm
und einen anfänglichen
Gewichtungsfaktor für
die zugehörige
Bestrafungsgewichtung liefert. Bei der Bereitstellung des mathematischen
Ausdrucks akzeptiert der Prozessor 14 über die graphische Benutzerschnittstelle 12 Definitionen
von mathematischen Ausdrücken
entsprechend einer beliebigen allgemein bekannten Programmiersprache
oder einem beliebigen allgemein bekannten Programm.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Server 10 im Voraus zur Verwendung für ein bestimmtes randbedingungs- oder optimierungsbasiertes
Problem programmiert. In dieser Ausführungsform speichert der Server 10 mögliche Optimierungsparameter
und mögliche
Randbedingungsparameter, die mit dem bestimmten Optimierungs- oder
Randwertproblem verbunden sind. Wenn ein Benutzer den Prozessor 14 über die
graphische Benutzerschnittstelle 12 instruiert, eine Zielfunktion
zu konfigurieren, greift der Prozessor 14 auf die bereits
in dem Speicher 16 abgespeicherten möglichen Optimierungsparameter
zu und liefert an den Benutzer die Option zur Auswahl eines oder
mehrerer der für
die Optimierung vorgesehenen Optimierungsparameter.
-
2 veranschaulicht
eine Bildschirmausgabe einer Optimierungskonfigurationsseite, die
bei der Auswahl eines oder mehrerer Optimierungsparameter verwendet
wird, die dem Optimierungsproblem der Siedewasser-Reaktorkernauslegung
gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind. Wie veranschaulicht,
sind die Optimierungsparamter 40 der Optimierung von Stabmustern,
der Optimierung einer Kernströmung
und der Optimierung von Sequenzintervallen zur Auswahl durch den
Benutzer als Optimierungsparameter verfügbar. Auf bekannte Weise beeinflussen
die Positionen von (manchmal auch als Regelungsstäbe bezeichneten)
Steuerstäben
die lokale Leistung sowie die Kernreaktionsgeschwindigkeit in den
Brennstoffbündeln.
Eine Optimierung der Stabmuster bedeutet eine optimale Bestimmung
von Positionen einzelner Steuerstäbe oder Regelstäbe sowie
Bewegungsraten in einer Steuerstabgruppierung für die Zeitdauer während des
Arbeitszyklus, wenn eine gegebene Sequenz verwendet wird, um den
Reaktor zu steuern. Sequenzen sind Zeitintervalle während eines
Arbeitszyklus des Reaktors. Im Allgemeinen können Sequenzen eine Zeitspanne von
ungefähr
120 Tagen umfassen, wobei jedoch die Dauer der Sequenzen eine beliebige Zeitdauer
sein kann, die kleiner als oder gleich dem Arbeitszyklus des Kernreaktors
ist.
-
Eine
Optimierung der Kernströmung
bedeutet die Vornahme einer optimalen Bestimmung der Reaktorkühlmittelströmungsrate
durch den Reaktor in Abhängigkeit
von der Zeit während
des Arbeitszyklus. Die Strömungsrate
beeinflusst die globale Reaktorleistung sowie die Kernreaktionsrate.
Eine Optimierung der Sequenzintervalle bedeutet die Vornahme einer
optimalen Bestimmung der Zeitdauer, für die eine gegebene Sequenz
verwendet wird, um den Reaktor während
des Arbeitszyklus zu steuern. Sequenzintervalle beeinflussen die
lokale Leistung sowie die Kernreaktionsrate.
-
Unter
Verwendung der Dateneingabevorrichtung 18, des Computers 22 oder
des Computers 26, von denen jede bzw. jeder eine Anzeige
und eine Computermaus enthält,
wählt der
Benutzer einen oder mehrere der Optimierungsparamter durch Anklicken
der einem Optimierungsparameter 40 zugewiesenen Auswahlbox 42 aus.
Nach der Auswahl erscheint ein Hacken in der Auswahlbox 42 des
ausgewählten
Optimierungsparamters. Durch erneutes Anklicken der Auswahlbox 42 wird
die Auswahl des Optimierungsparamters aufgehoben.
-
Der
Speicher 16 speichert ferner Randbedingungsparameter, die
dem Optimierungsproblem zugeordnet sind. Die Randbedingungsparameter
sind Parameter des Optimierungsproblems, die eine Randbedingung oder
Randbedingungen erfüllen
müssen
oder sollten. 3 veranschaulicht eine Bildschirmausgabe
einer Optimierungsrandbedingungseite, die Optimierungsrandbedingungen
auflistet, die dem Optimierungsproblem der Siedewasser-Reaktorkernauslegung
entsprechend dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind. Wie veranschaulicht,
weist jede Optimierungsrandbedingung 50 einen dieser zugeordneten
Bemessungswert 52 auf. Optimierungsrandbedingungen können unterhalb
des spezifizierten Bemessungswertes liegen, falls sie maximal bewertet
(nach oben begrenzt) sind, oder sie können alternativ oberhalb des
spezifizierten Bemessungswertes liegen, falls sie minimal bewertet
(nach unten begrenzt) sind. Der Benutzer ist in der Lage, Optimierungsparameter
zur Berücksichtigung
bei der Konfiguration der Zielfunktion auszuwählen. Unter Verwendung der
Dateneingabevorrichtung 18, des Computers 22 oder
des Computers 26, die jeweils eine Anzeige und eine Computermaus
enthalten, wählt
der Benutzer durch Klicken in die einer Optimierungsrandbedingung 50 zugeordnete
Auswahlbox 54 eine Optimierungsrandbedingung aus. Wenn
diese ausgewählt
ist, erscheint in der Auswahlbox 54 der ausgewählten Optimierungsrandbedingung 50 ein
Häckchen.
Erneutes Anklicken der Auswahlbox 54 hebt die Auswahl der
Optimierungsrandbedingung wieder auf.
-
Jeder
Optimierungsparamter weist einen vorbestimmten Belohnungsterm (Credit-Term)
und eine vorbestimmte Belohnungsgewichtung (Credit-Gewichtung) auf,
die diesem zugeordnet und in dem Speicher 16 abgespeichert
sind. In ähnlicher
Weise weist jede Optimierungsrandbedingung einen vorbestimmten Bestrafungsterm
(Penalty-Term) und eine vorbestimmte Bestrafungsgewichtung (Penalty-Gewichtung)
auf, die dieser zugeordnet und in dem Speicher 16 abgespeichert
sind. In der in 3 veranschaulichten Ausführungsform schließt der Bestrafungsterm
den Bemessungswert ein, und der Benutzer kann diesen Wert in der
gewünschten
Weise verändern
(d. h. konfigurieren). Zusätzlich
ermöglicht
die Ausführungsform
nach 3 dem Benutzer, eine Wichtigkeit 56 für jede Optimierungsrandbedingung 50 festzulegen.
In dem Wichtigkeitsfeld 58 für eine Optimierungsrandbedingung hat
der Benutzer die Pull-Down-Optionen: sehr gering, gering, nominal,
hoch und äußerst hoch.
Jede Option steht in einer Wechselbeziehung mit einer empirisch
vorbestimmten Bestrafungsgewichtung in der Weise, dass je größer die
Wichtigkeit desto größer die
vorbestimmte Bestrafungsgewichtung ist. In dieser Weise wählt der
Benutzer aus einem Satz vorbestimmter Bestrafungsgewichtungsfaktoren
aus.
-
Wenn
die obigen Auswahlvorgänge
beendet sind, konfiguriert der Prozessor 14 die Zielfunktion
entsprechend der oben beschriebenen generischen Definition und der
während
des Auswahlprozesses getroffenen Auswahl. Die resultierende konfigurierte
Zielfunktion entspricht der Summe von mit den ausgewählten Optimierungsparametern
verbundenen Belohnungskomponenten zuzüglich der Summe von mit den
ausgewählten
Optimierungsrandbedingungen verbundenen Bestrafungskomponenten.
-
Zusätzlich sieht
die Ausführungsform
für den
Benutzer vor, ein Verfahren zur Handhabung der Belohnungs- und Bestrafungsgewichtungen
auszuwählen.
Beispielsweise werden dem Benutzer die möglichen Methodiken statisch, „Todesstrafe", dynamisch und adaptiv
für die
Bestrafungsgewichtungen angeboten; für die Belohnungsgewichtungen
werden die möglichen
Methodiken statisch, dynamisch und adaptiv angeboten; und es wird
die Methodik relativ adaptiv sowohl für die Bestrafungs- als auch
die Belohnungsgewichtungen angeboten. Die allgemein bekannte statische
Methode hält
die Gewichtungen bei ihren anfänglich
festgesetzten Werten konstant. Die allgemein bekannte Todesmethodik
setzt jede Bestrafungsgewichtung auf den Wert unendlich. Die allgemein
bekannte dynamische Methodik passt den anfänglichen Gewichtungswert im
Laufe der Verwendung der Zielfunktion in einer Optimierungssuche
auf der Grundlage einer mathematischen Beziehung an, die die Größe und/oder
Häufigkeit
der Gewichtungsänderung
bestimmt. Die allgemein bekannte adaptive Methodik wird ebenfalls
im Laufe einer Optimierungssuche angewandt. In dieser Methode werden
die Bestrafungsgewichtungswerte periodisch für jeden Randbedingungsparamter
angepasst, der den Bemessungswert verletzt oder übertritt. Die relativ adaptive
Methodik ist in der US-Anmeldung Nr. 10/246 718 mit dem Titel „Method
and Apparatus for Adaptively Determining Weight Factors within the
Context of an Objective Function", die
auf die Erfinder der vorliegenden Anmeldung lautet, beschrieben.
-
Optimierung
unter Verwendung der Zielfunktion
-
4 veranschaulicht
ein Flussdiagramm unter Veranschaulichung einer von vielen Verwendungen für die Zielfunktion
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere veranschaulicht 4 ein Flussdiagramm
eines Optimierungsprozesses, der die Zielfunktion der vorliegenden
Erfindung verwendet. Lediglich für die
Zwecke der Erläuterung
ist der Optimierungsprozess nach 4 derart
beschrieben, dass er durch die in 1 veranschaulichte
Architektur implementiert ist. Wie veranschaulicht, wird in Schritt
S10 die Zielfunktion in der oben in dem vorhergehenden Abschnitt
beschriebenen Weise konfiguriert, woraufhin der Optimierungsprozess
beginnt. In Schritt S12 ruft der Prozessor 14 aus dem Speicher 16 ab
oder erzeugt einen oder mehrere Sätze von Werten für Eingangsparameter
(d. h. Systemeingangsgrößen) des
Optimierungsproblems auf der Grundlage des verwendeten Optimierungsalgorithmus.
Für das
Optimierungsproblem der Siedewasser-Reaktorkernauslegung können einige
der Eingangsparameter beispielsweise die Platzierung frischer und
ausgesetzter Brennstoffbündel
in dem Reaktor, die Auswahl der Stabgruppen (Sequenzen) und die
Platzierung der Steuerstabpositionen in den Gruppen in Abhängigkeit
von der Zeit während
des Arbeitszyklus, die Kernströmung
in Abhängigkeit
von der Zeit während
eines Zyklus, der Reaktorkühlmitteleinlassdruck,
etc. sein. Jeder Eingangsparameterwertesatz bildet eine sich anbietende
Kandidatenlösung
für das
Optimierungsproblem. Der Prozessor 14 lässt einen simulierten Betrieb
ablaufen und erzeugt ein Simulationsergebnis für jeden Eingangsparameterwertesatz.
Für die
Siedewasser-Reaktorkernauslegung wird beispielsweise ein allgemein
bekanntes Simulationsprogramm für
den Siedewasserreaktorbetrieb unter Verwendung eines Eingangsparametersatzes
laufen gelassen. Das Simulationsergebnis enthält Werte (d. h. Systemausgangsgrößen) für die Optimierungsparameter
und Optimierungsrandbedingungen. Diese Werte oder ein Untersatz
dieser Werte bilden Werte der Variablen in den mathematischen Ausdrücken der
Zielfunktion.
-
Anschließend verwendet
der Prozessor 14 in Schritt S14 die Zielfunktion und die
Systemausgangsgrößen, um
einen Zielfunktionswert für
jede Kandidatenlösung
zu erzeugen. In Schritt S16 bewertet der Prozessor 14,
ob der Optimierungsprozess sich einer Lösung angenähert hat oder konvergiert ist,
unter Verwendung der in Schritt S14 erzeugten Zielfunktionswerte.
Falls keine Konvergenz erreicht ist, werden anschließend in
Schritt S18 die Eingangsparametersätze modifiziert, der Optimierungsiterationszähler erhöht und die Verarbeitung
kehrt zum Schritt S12 zurück.
Die Erzeugungs-, Konvergenzbeurteilungs- und Modifikationsoperationen
gemäß den Schritten
S12, S16 und S18 werden entsprechend einem beliebigen der allgemein
bekannten Optimierungsalgorithmen, beispielsweise genetischen Algorithmen,
Simulated Annealing-(simuliertes Abkühlen-)Algorithmen und Tabu-Suchen,
durchgeführt.
Wenn das Optimierungsproblem die Siedewasser-Reaktorkernkonstruktion
betrifft, kann der Op timierungsalgorithmus beispielsweise durch
einen der Optimierungsprozesse gebildet sein, wie sie in der US-Patentschrift
Nr. 09/475 309 mit dem Titel SYSTEM AND METHOD FOR OPTIMIZATION
OF MULTIPLE OPERATIONAL CONTROL VARIABLES FOR A NUCLEAR REACTOR
oder in der US-Anmeldung Nr. 09/683 004 mit dem Titel SYSTEM AND
METHOD FOR CONTINUOUS OPTIMIZATION OF CONTROL-VARIABLES DURING OPERATION
OF A NUCLEAR REACTOR, eingereicht am 7. November 2001, beschrieben
sind.
-
Zielfunktion
als ein Werkzeug
-
Vor
dem Aufkommen weitgehend erfolgreicher Optimierungswerkzeuge fiel
die Erzeugung brauchbarer Lösungen
zu einem Optimierungsproblem der Verantwortung hoch erfahrener Einzelpersonen
zu, die über Jahre Übung und
Erfahrung auf einem bestimmten Gebiet hinweg eine Menge Kenntnisse
oder Fähigkeiten zur
Erzeugung möglicher
Lösungen
zu dem Optimierungsproblem erworben bzw. entwickelt haben. Selbst heute
wird eine derartige Praxis fortgesetzt. Jedoch brauchen diese Einzelpersonen
immer noch ein zuverlässiges
Verfahren zur Bewertung ihrer Lösungen.
Die Zielfunktion gemäß der vorliegenden
Erfindung bietet ein derartiges Werkzeug oder Hilfsmittel.
-
Bezugnehmend
erneut auf 1 und lediglich für die Zwecke
der Erläuterung
ist veranschaulicht, dass eine Einzelperson, die eine Zielfunktion
gemäß der vorliegenden
Erfindung anzuwenden wünscht,
auf den Server 10 über
die Eingabevorrichtung 18, den Computer 26 oder
den Computer 22 zugreift. Der Benutzer konfiguriert anschließend eine
Zielfunktion in der oben beschriebenen Weise; beispielsweise greift
der Benutzer auf eine zuvor abgespeicherte konfigurierte Zielfunktion
zu oder konfiguriert die Zielfunktion über eine Dateneingabe. Der
Benutzer liefert anschließend die
Werte für
die Eingangsvariablen der Zielfunktion und empfängt ein Zielfunktionsergebnis.
Der Benutzer kann diese Operation für unterschiedliche Kandidatenlösungen durchführen, um
Gütezahlen
oder Bewertungsziffern in Bezug auf die Lösungen zu erhalten. Auf diese
Weise behandelt der Benutzer die Zielfunktion als ein Werkzeug zur
Bestimmung einer Lösung
zu dem Optimierungsproblem.
-
Die
Erfindung stellt ein systematisches und allgemeines Verfahren zur
Definition einer Zielfunktion für Randwertoptimierungsprobleme
(COPs, Constraint Optimization Problems), Randwerterfüllungsprobleme (CSPs,
Constraint Satisfaction Problems) und freie Optimierungsprobleme
(FOPs, Free Optimizatation Problems) unabhängig von der angewandten Optimierungssuche.
Die Erfindung stellt einen Mechanismus in dem Zusammenhang der Bestrafungsfunktionslösung bereit,
um 1) eine beliebige Anzahl von Randbedingungen und Optimalitätsbedingungen,
2) unterschiedliche mathematische Formen für die Belohnungs- und Bestrafungsterme
und 3) eine beliebige Anzahl von Dimensionen in den Daten und Randbedingungen
der Kandidatenlösung
zu handhaben. Die Erfindung stellt eine Vorschrift zur Codierung
von Zielfunktionsdefinitionen in einer Optimierungssuche über ein
Software-Datenmodul bereit. Aufgrund der Flexibilität der Erfindung
werden Änderungen
der Optimalbedingungen, Randbedingungstermdefinitionen und Gewichtungsfaktoren
in dem Aufrufprogramm einfach durch Veränderung der dem Software-Datenmodul übergebenen
Daten ohne weiteres aufgenommen.
-
Die
technische Leistung der Erfindung ist ein Computersystem, das eine
Konfiguration einer Zielfunktion für ein gegebenes Optimierungsproblem
ermöglicht;
ein Computersystem, das eine mögliche
Lösung
für ein
bestimmtes Opti mierungsproblem erzeugt; und ein Computersystem,
der internen und externen Benutzern ermöglicht, die Güte ihrer
möglichen
Lösungen
zu einem Optimierungsproblem zu erfassen.
-
Optimierung
mit Steuerstabbewegungskriterien
-
Während des
Betriebs des Reaktors ist es erwünscht,
ein stabiles Reaktivitätsniveau
aufrecht zu erhalten, um eine gewünschte Höhe der Reaktorleistung zu erzielen.
Demgemäß kann der
Reaktor mehrere Steuerstäbe
enthalten, die zwischen Brennstoffbündeln positioniert sind. Die
Steuerstäbe
können
die Reaktivität
des Kerns steuern (z. B. durch eine Veränderung einer Position eines
Steuerstabs die Reaktivität
des Kerns verändern,
indem die Kernreaktionen in einer gegebenen Nähe des Steuerstabs verlangsamt
werden). Im Allgemeinen können
die Steuerstäbe
mechanisch in eine tiefere Position in dem Kern bewegt werden, um die
Kernreaktivität
zu verringern. Alternativ können
die Steuerstäbe
in eine Position überführt werden,
die von dem Kern weiter entfernt ist, um die Kernreaktivität zu erhöhen.
-
Jeder
Steuerstab in dem Kern kann in einem festgelegten Bereich positioniert
werden, wobei der festgelegte Bereich eine am weitesten in dem Kern
befindliche Position in einer Endlage und eine Position in einer weiteren
Endlage enthält,
die sich am weitesten außerhalb
des Kerns befindet. In dem Bereich der Steuerstabpositionierung
kann der Steuerstab in Positionen (auch als „Raststellungen" oder „Schaltstellungen" bezeichnet) überführt werden,
die einen festen Abstand zueinander aufweisen. Beispielsweise können die
Schaltstellungen in einem bestimmten Intervall von 3'', 1,5'' etc.
im Abstand zueinander angeordnet sein, wobei jeder Steuerstab in
dem Kern die gleichen Schaltstellungsintervalle aufweist. Der Steuerstab
befindet sich in einer in dem Kern am tiefsten liegenden Position,
wenn er sich bei der Schaltposition „0" befindet, während sich der Steuerstab in
der Schaltposition „48" in einer aus dem
Kern am weitesten herausgeführten
Position befindet. Die Schaltpositionen zwischen „0" und „48" entsprechen verschiedenen
Graden oder Tiefen der Steuerstabeinführung, wobei der festgelegte
Abstand zwischen einander benachbarten Schaltstellungen über die
Schaltstellungen in jedem der mehreren Steuerstäbe hinweg gleichmäßig ist.
Wenn beispielsweise das festgelegte Schaltintervall 3'' beträgt, bewegt eine Änderung
eines Steuerstabs von einer Position der Raste oder Schaltstellung „4" zu der Raste oder
Stellung „8" den Steuerstab um
12'' weiter aus dem Kern
heraus.
-
Für jede Sequenz
kann sich jeder der mehreren Steuerstäbe in dem Kern zu einer niedrigeren
Schaltposition (d. h. weiter in den Kern hinein) oder eine höhere Schaltposition
(d. h. weiter aus dem Kern heraus) bewegen, oder der Steuerstab
kann seine Position beibehalten. Die ermittelte Bewegungsrichtung
zu einer höheren
oder niedrigeren Schaltposition oder Nichtbewegung kann für jeden
der mehreren Steuerstäbe über die Dauer
der Sequenz hinweg aufrecht erhalten werden und wird im Allgemeinen
nicht verändert,
bis eine nächste
Sequenz beginnt. Die Bewegungen der Steuerstäbe können einzeln gesteuert werden
(zum Beispiel kann jeder Steuerstab sich mit einer gleichmäßigen Schalt
oder Verstellgeschwindigkeit und in einer eindeutigen Richtung bewegen),
oder sie können
gruppenweise gesteuert sein (zum Beispiel kann jeder Steuerstab
in einer Gruppe von Steuerstäben
sich mit der gleichen Schaltgeschwindigkeit und in der gleichen
Richtung bewegen).
-
Zusätzlich zu
der Bewegungsrichtung bleibt gewöhnlich
für jeden
der mehreren Steuerstäbe
eine Rate oder Geschwin digkeit, mit der sich jeder der mehreren
Steuerstäbe
bewegen kann und die als Schaltrate oder Verstellrate bezeichnet
wird, während
der Sequenz unterhalb einer Schwellenrate (von zum Beispiel 4 Schaltstellungen
pro Sequenz, 5 Schaltstellungen pro Sequenz etc.). Ferner ist ähnlich zu
der Richtung der Steuerstabbewegung die Schaltrate im Wesentlichen
konstant über
eine Sequenz hinweg und kann sich bis zu einer nächsten Sequenz nicht verändern.
-
Alternativ
kann sich die Schaltrate in einer gegebenen Sequenz verändern. Ferner
kann in einer Ausführungsform
die Schaltrate null werden (wenn beispielsweise der Steuerstab einen
Zeitabschnitt mit Nichtbewegung während der Sequenz betritt).
Jedoch kann die Schaltrate in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
nicht die Richtungen umkehren. In anderen Worten, falls sich ein
Steuerstab in einem beliebigen Punkt während einer gegebenen Sequenz
in den Kern hinein bewegt, kann sich der Steuerstab innerhalb der gegebenen
Sequenz nicht aus dem Kern heraus bewegen, und umgekehrt.
-
Während einer
Reaktorbetriebssequenz kann eine multidirektionale Stabbewegung
auftreten, wenn ein erster Steuerstab oder eine erste Mehrzahl von
Steuerstäben
(d. h. eine erste Steuerstabgruppe) sich in eine erste Richtung
bewegt, während
ein zweiter Steuerstab oder eine zweite Mehrzahl von Steuerstäben (d. h.
eine zweite Steuerstabgruppe) sich in eine zweite, zu der ersten
Richtung entgegengesetzte Richtung bewegt.
-
In
einer Art einer multidirektionalen Stabbewegung können die
Stäbe der
entgegengesetzt bewegten Steuerstäbe einander bei einer gegebenen
Schaltstufe in einem bestimmten Abstand zueinander kreuzen. Dies
wird als Kreuzung der Stabspitzen bezeichnet. Der bestimmte Abstand
variiert von einem Reaktor zum anderen und kann durch einen Kernkonstrukteur
bestimmt werden. Das Kreuzen der Stabspitzen kann den Betrieb (zum
Beispiel die Leistungserzeugung, Stabilität, Kernströmung, etc.) des Kerns in negativer
Weise beeinflussen.
-
Tabelle
1 veranschaulicht ein Beispiel mit Schaltstellungen eines ersten
Steuerstabs „Steuerstab 1" und eines zweiten
Steuerstabs „Steuerstab 2" bei unterschiedlichen
Expositions- oder Bestrahlungsschritten einer gegebenen Sequenz.
Ein Expositionsschritt repräsentiert
eine festgelegte Zeit der Sequenz, wobei höhere Werte des Expositionsschritts
späteren
Zeitpunkten in der Sequenz entsprechen. Es kann angenommen werden,
dass sich der Steuerstab 1 und der Steuerstab 2 in
einem bestimmten Abstand oder in einer bestimmten Nähe zueinander
befinden, in dem bzw. der eine multidirektionale Stabbewegung zu
einer Kreuzung der Stabspitzen führen
könnte.
-
-
Bezugnehmend
auf Tabelle 1 zeigen die Steuerstabbewegungen für den Steuerstab 1 und
den Steuerstab 2 eine Kreu zung der Stabspitzen zwischen
den Expositionsschritten 3 und 4. Zwischen den
Expositionsschritten 3 und 4 bewegt sich der Steuerstab 1 von
der Schaltstellung „4" zu der Schaltstellung „6", während sich
der Steuerstab 2 von der Schaltstellung „6" zu der Schaltstellung „4" bewegt. Somit kreuzen
die Steuerstäbe
in dem Zeitintervall zwischen den Expositionsschritten 3 und 4 einander
während
der Bewegung in einem bestimmten Zeitpunkt, wodurch die Kriterien
für ein
Kreuzen der Stabspitzen erfüllt
sind. Das Kreuzen der Stabspitzen ist nicht erwünscht, so dass als Reaktion
auf Bedingungen, wie sie oben in Tabelle 1 veranschaulicht sind,
eine Strafe zu der Zielfunktion hinzugefügt werden kann.
-
Tabelle
2 veranschaulicht ein weiteres Beispiel mit Schaltstellungen eines
ersten Steuerstabs „Steuerstab 1" und eines zweiten
Steuerstabs „Steuerstab 2" bei unterschiedlichen
Expositionsschritten einer gegebenen Sequenz. Es kann angenommen
werden, dass sich der Steuerstab 1 und der Steuerstab 2 in
dem bestimmten Abstand oder der bestimmten Nähe zueinander befinden, in
dem bzw. der eine multidirektionale Stabbewegung zu einer Kreuzung
der Stabspitzen führen
kann.
-
-
Bezugnehmend
auf Tabelle 2 zeigen die Steuerstabbewegungen für den Steuerstab 1 und
den Steuerstab 2 keine multidirektionale Stabbewegung,
bei der eine Kreuzung der Stabspitzen auftritt, so dass auf der Grundlage
der Bewegungen, die in der Tabelle 2 beschrieben sind, keine Bestrafung
vorgenommen werden sollte. Zwischen den Expositionsschritten 3 und 4 bewegt
sich der Steuerstab 1 von der Schaltstellung „4" zu der Schaltstellung „6", während der
Steuerstab 2 ortsfest bei der Schaltstellung „4" verbleibt. Somit
kreuzen die jeweiligen Steuerstäbe
in dem Zeitintervall zwischen den Bestrahlungsschritten 3 und 4 einander
nicht während
einer Bewegung zu einem bestimmten Zeitpunkt, und somit sind auch
die Kriterien für
eine multidirektionale Stabbewegung, bei der es zu einer Kreuzung
der Stabspitzen kommt, nicht erfüllt.
-
Steuerstabbewegungskriterien
(zum Beispiel Verstellraten, Richtungen etc.) während des Arbeitszyklus des
Kerns sind in einem Betriebsablaufplan ausgewiesen. Der Betriebsablaufplan
kann durch einen Kernkonstrukteur erzeugt werden. Der Kernkonstrukteur
kann bestimmen, dass einzelne Steuerstäbe und/oder Steuerstabgruppen
bestimmte Steuerstabbewegungscharakteristika aufweisen sollen. Ein
zu berücksichtigender
Faktor, der die Steuerstabbewegungscharakteristika, die in dem Betriebsablaufplan
ausgewiesen sind, beeinflussen kann, kann die Kernströmung sein.
Wie oben beschrieben, bezieht sich die Kernströmung auf die Reaktorkühlmittelströmungsrate
durch den Reaktor in Abhängigkeit
von der Zeit während
des Arbeitszyklus.
-
Ein
Beispiel dafür,
auf welche Weise ein Kernkonstrukteur eine Zielfunktion, die Steuerstabbewegungen
einschließt,
als ein Faktor einsetzten kann, ist nun nachstehend beschrieben.
-
Steuerstabbewegungen
für einen
nächsten
Arbeitszyklus können
in einem vorgeschlagenen Betriebsablaufplan bezeichnet oder ausgewiesen
werden. Der vorgeschlagene Betriebsablaufplan kann entsprechend einer
beliebigen allgemein bekannten Methode erzeugt werden. Ein Verfahren
zur Erzeugung des Betriebsablaufplans kann beispielsweise erfahrungsbasiert,
mittels der Versuchs- und Irrtums-Methode (Trial and Error), mittels
eines iterativen Prozesses und dergleichen durch einen Kernkonstrukteur
durchgeführt
werden.
-
Zur
Auswertung des neues Betriebsablaufplans kann eine Zielfunktion
in der in Einzelheiten vorstehend beschriebenen Weise konfiguriert
werden. Jedoch berücksichtigt
in diesem Beispiel wenigstens einer der Bestrafungsterme der Zielfunktion
die Anzahl der multidirektionalen Stabbewegungen, bei denen eine
Kreuzung der Stabspitzen auftritt, während wenigstens einer der
Bestrafungsterme eine Anzahl von Steuerstabbewegungen mit einer
Schalt- oder Verstellrate, die größer ist als eine Schwellenverstellrate,
berücksichtigt.
Beispielhafte Verfahren zur Berechnung der Anzahl der multidirektionalen
Steuerstabbewegungen, bei denen eine Kreuzung der Stabspitzen auftritt,
sind nachstehend beschrieben. Die Anzahl der Steuerstäbe, bei
denen die Schwellenverstellrate überschritten
wird, kann durch einen Vergleich der vorgeschlagenen Verstellraten
für die
Steuerstäbe
in dem neuen Betriebsablaufplan mit einer Schwellenverstellrate
(zum Beispiel einer durch einen Kernkonstrukteur bestimmten Rate)
bestimmt werden, wobei ein Zähler
jedesmal inkrementiert wird, wenn eine vorgeschlagene Verstellrate
größer ist
als die Schwellenverstellrate. Der Benutzer kann die Bestrafungsgewichtung,
die der Randbedingung der multidirektionalen Steuerstabbewegung,
bei der eine Kreuzung der Stabspitzen auftritt, zugeordnet ist,
und die Verstellratenrandbedingung aus einem Satz vorbestimmter Bestrafungsgewichtungen
auswählen.
Wie oben mit Bezug auf die in 3 veranschaulichte
Ausführungsform
beschrieben, kann der Benutzer für
jede Optimierungsrandbedingung 50 eine Wichtigkeit 56 festlegen.
In dem Wichtigkeitsfeld 58 für eine Optimierungsrandbedingung
weist der Benutzer einen einzeln benannten Satz von Pull-Down-Optionen äußerst gering,
gering, nominal, hoch und äußerst hoch
auf. Die spezifizierte Optionsliste wird auf einen Satz Gewichtungsfaktoren
abgebildet, die in der Zielfunktion verwendet werden, die die qualitative
Beschreibung wiedergibt. In diesem Fall kann wenigstens eine der
Optimierungsrandbedingungen die Anzahl der multidirektionalen Steuerstabbewegungen,
bei denen eine Kreuzung der Stabspitzen auftritt und/oder die Anzahl
der Steuerstäbe
mit einer die Schwellenverstellrate überschreitenden Verstellrate
darstellen.
-
Wenn
die obige Auswahl beendet ist, konfiguriert der Prozessor 14 die
Zielfunktion entsprechend der oben beschriebenen generischen Definition
und der während
des Auswahlprozesses getroffenen Auswahl. Die resultierende konfigurierte
Zielfunktion entspricht der Summe von Belohnungskomponenten, die
den ausgewählten
Optimierungsparametern zugeordnet sind, zuzüglich der Summe von Bestrafungskomponenten,
die den ausgewählten
Optimierungsrandbedingungen zugeordnet sind.
-
Demgemäß kann der
vorstehend beschriebene Prozess der Randwertoptimierung, einschließlich einer
Berücksichtigung
einer Anzahl von multidirektionalen Stabbewegungen, bei der es zu
einer Kreuzung der Stabspitzen kommt, und/oder einer Anzahl von
Steuerstäben,
die sich bei einer Verstellrate bewegen, die größer ist als die Schwellenverstellrate,
als ein Werkzeug oder Hilfsmittel eingesetzt werden. Indem lediglich
für die
Zwecke der Erläuterung
erneut auf 1 Bezug genommen wird, greift
eine Einzelperson, die entsprechend den beispielhaften Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Zielfunktion anwenden will, auf den
Server 10 über
die Eingabevorrichtung 18, den Computer 26 oder
den Computer 22 zu. Der Benutzer konfiguriert anschließend eine
Zielfunktion in der oben beschriebenen Weise; beispielsweise greift
der Benutzer auf eine zuvor abgespeicherte konfigurierte Zielfunktion
zu oder konfiguriert die Zielfunktion über eine Dateneingabe. Der
Benutzer liefert anschließend
die Werte für
die Eingangsvariablen der Zielfunktion und empfängt ein Zielfunktionsergebnis.
Der Benutzer kann diesen Vorgang für unterschiedliche Kandidatenlösungen durchführen, um
Gütezahlen
in Bezug auf die Lösungen
zu erhalten. Auf diese Weise behandelt der Benutzer die Zielfunktion
als ein Hilfsmittel bei der Festlegung einer Lösung zu dem Optimierungsproblem.
-
Unter
Verwendung der konfigurierten Zielfunktion kann ein Optimierungsprozess,
beispielsweise der vorstehend im Zusammenhang mit 4 beschriebene
Prozess, durchgeführt
werden. Bezugnehmend auf 4 kann jede in S12 erzeugte
Kandidatenlösung
einen anderen Betriebsablaufplan ergeben. Der Optimierungsprozess
kann durch die Schritte S14, S16, S18 fortschreiten und rekursiv
zu S12 zurückkehren,
bis der Schritt S16 eine Konvergenz für eine erzeugte Kandidatenlösung (d.
h. einen Betriebsablaufplan) feststellt.
-
Berechnung
einer multidirektionalen Steuerstabbewegung, bei der eine Kreuzung
der Stabspitzen auftritt Ein beispielhaftes Verfahren zur Berechnung
der Anzahl von mehrdirektionalen Stabbewegungen, bei denen es zu
einer Kreuzung der Stabspitzen kommt, ist nun nachstehend beschrieben.
Zuerst wird ein Zähler
auf den Wert 0 initiali siert, wobei der Zähler die Anzahl der multidirektionalen
Stabbewegungen kennzeichnet.
-
Jeder
der mehreren Steuerstäbe
in dem vorgeschlagenen Betriebsablaufplan wird mit jedem Steuerstab
in einem bestimmten Abstand oder einer bestimmten Nähe (d. h.
in dem Bereich, in dem die multidirektionalen Stabbewegungen eine
Kreuzung der Stabspitzen ergeben können) des gerade analysierten
Steuerstabs verglichen. Auf der Grundlage dieses Vergleichs wird
für den
Fall, dass eine multidirektionale Stabbewegung, bei der eine Stabspitzenkreuzung
zwischen den Steuerstäben
bestimmt wird, der Zähler
um eins erhöht. Jedoch
wird der Zähler
für jedes
Paar miteinander verglichener Steuerstäbe lediglich einmal inkrementiert.
Beispielsweise wird angenommen, dass ein erster Steuerstab mit den
Steuerstäben
in dem bestimmten Abstand verglichen wird und der Zähler basierend
auf einem Vergleich mit einem zweiten Steuerstab inkrementiert wird, was
anzeigt, dass eine multidirektionale Steuerstabbewegung vorliegt,
bei der eine Kreuzung der Stabspitzen auftritt. Wenn in einem späteren Vergleich
der zweite Steuerstab mit dem ersten Steuerstab verglichen wird (zum
Beispiel wenn Vergleiche der Steuerstabbewegungen in Bezug auf den
zweiten Steuerstab durchgeführt werden),
wird der Zähler
nicht inkrementiert, weil die Kreuzung der Stabspitzen zwischen
dem ersten und dem zweiten Steuerstab bereits berücksichtigt
worden ist.
-
Nachdem
jeder Steuerstab in dem vorgeschlagenen Betriebsablaufplan auf die
vorstehend beschriebene Weise analysiert ist, kennzeichnet somit
der Zähler
für den
Benutzer die Anzahl von multidirektionalen Steuerstabbewegungen,
bei denen eine Kreuzung der Stabspitzen auftritt. Es ist verständlich,
dass die vorstehend beschriebene Bestimmung der Anzahl der multidirektionalen
Steuerstabbewegungen, bei denen eine Kreuzung der Stabspitzen auftritt,
manuell durch den Kernkonstrukteur durchgeführt werden kann und/oder automatisiert
mit einer Verarbeitungsvorrichtung, beispielsweise einem Simulator,
erfolgen kann. Diese Anzahl kann anschließend als ein Bestrafungsterm
dienen, der dann mit der ausgewählten
Bestrafungsgewichtung in der Zielfunktion multipliziert wird.
-
Obwohl
die Erfindung somit beschrieben ist, ist es offensichtlich, dass
diese in verschiedener Weise verändert
werden kann. Derartige Veränderungen
und Modifikationen werden als innerhalb des Rahmens und Schutzumfangs
der Erfindung liegend betrachtet, so dass die Absicht besteht, alle
derartige Modifikationen, wie sie sich einem Fachmann erschließen, in
den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche einzuschließen.
-
Es
ist ein Verfahren zur Auswertung von Randwertfunktionen beschrieben,
wobei die Auswertung wenigstens teilweise auf einem Steuerstabbewegungskriterium
basiert.
-
- 10
- Server
- 12
- Benutzerschnittstelle
- 14
- Prozessor
- 16
- Speicher
- 18
- Dateneingabevorrichtung
- 20
- Intranet
- 22
- Computer
- 24
- Internet
- 26
- Computer
- 40
- Optimierungsparameter
- 42
- Auswahlbox
- 50
- Optimierungsrandbedingung
- 52
- Bemessungswert
- 54
- Auswahlbox
- 56
- Wichtigkeit
- 58
- Wichtigkeitsfeld
- S10
- Zielfunktion
konfigurieren
- S12
- Kandidatenlösungen erzeugen
- S14
- Zielfunktion
anwenden
- S16
- Konvergenz
bewerten
- S18
- Modifizieren
- S20
- Optimierung
