WO2006094895A2 - Method for calculating a plan and/or plan modifications using a control computer and associated framing program - Google Patents

Method for calculating a plan and/or plan modifications using a control computer and associated framing program Download PDF

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WO2006094895A2
WO2006094895A2 PCT/EP2006/060110 EP2006060110W WO2006094895A2 WO 2006094895 A2 WO2006094895 A2 WO 2006094895A2 EP 2006060110 W EP2006060110 W EP 2006060110W WO 2006094895 A2 WO2006094895 A2 WO 2006094895A2
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Astrid Kenyon
Farid Riahi
Christoph Breitschopf
Thomas Scheidl
Günther BLASCHEK
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0265—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion

Definitions

  • the invention relates to a method for calculating the best possible plan or optimally optimal plan changes on a control computer and associated framework program, wherein a respective schedule determines a temporal sequence of operations by which a process flow is controlled such that under adherence to given conditions and under Although the best possible process result can be achieved in each case, the process sequence being observable by sensors, but not necessarily completely controllable by the actuators or control components parameterized by the control computer because of disturbance variables.
  • the quality of the control must be determinable on the basis of one or more numerical criteria
  • control operations must be directly or indirectly controlled by machine.
  • Rule-based control e.g. Fuzzy logic
  • the object underlying the invention is now a method for calculating a plan or of
  • the invention essentially relates to a method which is based on the assumption that for any given problem of a given process control it is often sufficient, with a lot of initial solution proposals, ie plans or
  • Plan changes to start to calculate more improved plans based on existing ones.
  • the method iteratively applies such OptLets to candidates of the respective solution set until a preconfigured one
  • Termination criterion is met, then to spend the hitherto best found control plan.
  • OptLets ie candidates of an algorithm collection, which calculate new, improved solutions on the basis of existing solutions, can be of very different algorithmic form.
  • the range extends from very simple structured algorithms, which make only small changes to existing solutions, to sophisticated, computationally intensive processes, which are expected to achieve significant improvements.
  • the frequency of an OptLet deployment depends on a rating model that will reward OptLets with a success bonus, advantageously proportional to the solution improvement. This bonus will be paid during the course of the
  • Another feature of the invention relates to the solution set, that is the managed set of proposed control plans.
  • the solution set that is the managed set of proposed control plans.
  • most conventional metaheuristics such as "Simulated Annealing” or "Tabu-Search”
  • a large number of solutions are assumed here in order to use the OptLets described above to obtain further, improved solutions, which join the solution set again.
  • all solution solution solutions have been studied at least once to improve OptLets - which includes all old and newly added solutions - or if a certain number of improvement attempts have been achieved, it is called a completed iteration and results in a so-called "pool clean
  • the solution set is reduced so that the best allowable, non-permissive and not yet treated by OptLets solutions are in a certain configurable ratio.
  • the default setting 2: 1: 1 is selected in the framework program.
  • the described method joins the family of so-called metaheuristics. Thus, it hardly places demands on the process control problem to be optimized and has a high degree of applicability.
  • Plan and plan changes, ie solution candidates, as well as different algorithms, ie OptLets, for improving these solutions are the only areas of the optimization problem to be modeled and included. Particularly suitable are those problems whose solutions are simple
  • OptLets framework manages not only one solution, typically the best found, but a broad array of different, sometimes even forbidden, solutions.
  • OptLets represent a wide range of different change algorithms, so that starting from the existing set of solutions, the investigation of a very large search space can be assumed.
  • the described evaluation model of the method according to the invention prefers OptLets with good chances of success. Even at the beginning, certain OptLets will soon be recognized as particularly suitable. This principle promotes the rapid finding of good solutions already at the beginning of the optimization.

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Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Berechnung eines Plans bzw. von Planänderungen auf einer Steuerrechenanlage und zugehöriges RahmenprogrammMethod for calculating a plan or plan changes on a tax computer and associated framework program
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung eines möglichst optimalen Plans bzw. möglichst optimaler Planänderungen auf einer Steuerrechenanlage und zugehöriges Rahmenprogramm, wobei ein jeweiliger Plan eine zeitliche Abfolge von Operationen festlegt, durch die ein Prozessablauf derart gesteuert wird, dass unter Einhaltung gegebener Randbedingungen und unter den jeweiligen Umständen ein möglichst optimales Prozessergebnis erzielbar ist und wobei der Prozessablauf zwar durch Sensoren beobachtbar, aber wegen Störgrößen nicht notwendigerweise vollständig durch die mittels Steuerrechenanlage parametrisierten Aktoren oder Regelungskomponenten kontrollierbar ist.The invention relates to a method for calculating the best possible plan or optimally optimal plan changes on a control computer and associated framework program, wherein a respective schedule determines a temporal sequence of operations by which a process flow is controlled such that under adherence to given conditions and under Although the best possible process result can be achieved in each case, the process sequence being observable by sensors, but not necessarily completely controllable by the actuators or control components parameterized by the control computer because of disturbance variables.
Für die Anwendbarkeit solcher Berechnungsverfahren müssen zunächst folgende grundlegende Bedingungen erfüllt sein:For the applicability of such calculation methods, the following basic conditions must first be fulfilled:
- alle Beobachtungen müssen in maschinell verarbeitbarer Form vorliegen- All observations must be in machine processable form
- die Einhaltung der Randbedingungen und die Qualität des Prozessergebnisses muss algorithmisch aus denCompliance with the boundary conditions and the quality of the process result must be algorithmically determined from the
Beobachtungen heraus bestimmbar seinObservations be determinable out
- die Qualität der Steuerung muss anhand eines oder mehrerer numerischer Kriterien bestimmbar sein- the quality of the control must be determinable on the basis of one or more numerical criteria
- die Steuerungsoperationen müssen direkt oder indirekt maschinell gesteuert ausgeführt werden können.the control operations must be directly or indirectly controlled by machine.
Zur Berechnung solcher Pläne bzw. der Planänderungen kommen üblicherweise bislang folgende Arten von Algorithmen zum Einsatz : - Regelbasierte Steuerung, z.B. Fuzzy LogicThe following types of algorithms have hitherto usually been used to calculate such plans or plan changes: Rule-based control, e.g. Fuzzy logic
- Lineare und gemischt-ganzzahlige Programmierung- Linear and mixed-integer programming
- Genetische Algorithmen - Constraint Programming- Genetic Algorithms - Constraint Programming
- Expertensysteme der künstlichen Intelligenz- Expert systems of artificial intelligence
Die bestehenden Lösungsansätze weisen jedoch folgende Nachteile auf: - eine Regelbasierte Steuerung zeigt eine geringe Robustheit gegen StörungenHowever, the existing approaches have the following disadvantages: a rule-based control shows a low robustness against interference
- Expertensysteme und Constraint Programming erfordern eine hohe Rechenleistung- Expert systems and Constraint Programming require a high computing power
- bei der Linearen und gemischt-ganzzahlige Programmierung sowie bei den Genetische Algorithmen wird der Implementierungs- und Pflegeaufwand infolge Modellbildung in prozessfernen Begriffen erhöht- Linear and mixed-integer programming as well as Genetic Algorithms increase the implementation and maintenance effort as a result of modeling in off-line terms
- bei der Linearen und gemischt-ganzzahligen Programmierung sowie beim Constraint Programming wird eine Multikriteriellität nur unzulänglich berücksichtigt .- Linear and mixed-integer programming as well as constraint programming do not adequately consider multi-criteria.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren zur Berechnung eines Plans bzw. vonThe object underlying the invention is now a method for calculating a plan or of
Planänderungen auf einer Steuerrechenanlage und zugehöriges Rahmenprogramm derart anzugeben, dass die oben genannten Nachteile möglichst vermieden werden.Specify plan changes on a tax computer and related framework program so that the above disadvantages are avoided as possible.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.This object is achieved by the features of claim 1 according to the invention.
Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und ein entsprechendes Rahmenprogramm zur Durchführung dieses Verfahrens.The other claims relate to preferred embodiments of the method according to the invention and a corresponding framework program for carrying out this method.
Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Verfahren, das auf der Annahme basiert, dass für ein beliebiges Problem einer gegebenen Prozesssteuerung es oft ausreicht, mit einer Menge initialer Lösungsvorschläge, also Pläne bzw.The invention essentially relates to a method which is based on the assumption that for any given problem of a given process control it is often sufficient, with a lot of initial solution proposals, ie plans or
Planänderungen, zu starten, um weitere verbesserte Pläne auf der Grundlage existierender zu berechnen. Zur Generierung neuer und Verbesserung bestehender Lösungen wird dabei eine Sammlung in ihrer Funktionsweise, Optimierungsgüte und Bearbeitungszeit stark unterschiedlicher Algorithmen, sogenannter OptLets, eingesetzt. Das Verfahren wendet iterativ solange solche OptLets auf Kandidaten der jeweiligen Lösungsmenge an, bis ein vorkonfiguriertesPlan changes to start to calculate more improved plans based on existing ones. For generation new and improvement of existing solutions thereby a collection in their function, optimization quality and processing time of strongly different algorithms, so-called OptLets, is used. The method iteratively applies such OptLets to candidates of the respective solution set until a preconfigured one
Terminierungskriterium erfüllt ist, um sodann den bis dahin besten gefundenen Steuerungsplan auszugeben.Termination criterion is met, then to spend the hitherto best found control plan.
Im folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to advantageous embodiments.
OptLets, also Kandidaten einer Algorithmensammlung, die auf Basis bestehender Lösungen neue, verbesserte Lösungen berechnen, können von unterschiedlichster algorithmischer Ausprägung sein. Die Palette reicht von sehr einfach strukturierten Algorithmen, die an bestehenden Lösungen lediglich kleine Veränderungen vornehmen, bis hin zu ausgeklügelten, rechenintensiven Verfahren, die erwartungsgemäß erhebliche Verbesserungen erzielen.OptLets, ie candidates of an algorithm collection, which calculate new, improved solutions on the basis of existing solutions, can be of very different algorithmic form. The range extends from very simple structured algorithms, which make only small changes to existing solutions, to sophisticated, computationally intensive processes, which are expected to achieve significant improvements.
Die Häufigkeit eines OptLet-Einsatzes ist von einem Bewertungsmodell abhängig, das OptLets vorteilhafterweise proportional zur Lösungs-Verbesserung mit einem Erfolgsbonus belohnt. Dieser Bonus wird im Verlaufe desThe frequency of an OptLet deployment depends on a rating model that will reward OptLets with a success bonus, advantageously proportional to the solution improvement. This bonus will be paid during the course of the
Optimierungsprozesses dann immer wieder reduziert. Dieser Bewertungs- und Einsatzvorgang bewirkt zum Großteil eine Selbstorganisation der OptLets derart, dass in jeder Phase der Optimierung jenen OptLets der Vorzug gelassen wird, die - empirisch belegt - die höchsten Erfolgsaussichten aufweisen.Optimization process then repeatedly reduced. This evaluation and deployment process largely results in a self-organization of the OptLets in such a way that in each phase of optimization, preference is given to those OptLets which, empirically proven, have the highest chances of success.
Ein weiterer Wesenszug der Erfindung betrifft die Lösungsmenge, also die verwaltete Menge vorgeschlagener Steuerungspläne. Im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen Metaheuristiken, wie z.B. „Simulated Annealing" oder „Tabu- Search", wird hier von einer Vielzahl von Lösungen ausgegangen, um durch Anwendung oben beschriebener OptLets weitere, verbesserte Lösungen zu erhalten, die sich in die Lösungsmenge wieder einreihen. Wenn alle Lösungen der Lösungsmenge zumindest einmal zur Verbesserung von OptLets untersucht wurden - hierzu zählen alle alten und auch neu hinzugefügten Lösungen - oder wenn eine bestimmte Anzahl von Verbesserungsversuchen erreicht wurde, so spricht man von einer abgeschlossenen Iteration und führt ein so genanntes „Pool-Clean-Up" durch. Hier wird die Lösungsmenge derart reduziert, dass die besten zulässigen, nicht-zulässigen und von OptLets noch nicht behandelte Lösungen in einem bestimmten konfigurierbaren Verhältnis stehen.Another feature of the invention relates to the solution set, that is the managed set of proposed control plans. In contrast to most conventional metaheuristics, such as "Simulated Annealing" or "Tabu-Search", a large number of solutions are assumed here in order to use the OptLets described above to obtain further, improved solutions, which join the solution set again. If all solution solution solutions have been studied at least once to improve OptLets - which includes all old and newly added solutions - or if a certain number of improvement attempts have been achieved, it is called a completed iteration and results in a so-called "pool clean Here, the solution set is reduced so that the best allowable, non-permissive and not yet treated by OptLets solutions are in a certain configurable ratio.
Für das Verhältnis wird im Rahmenprogramm bspw. die Standardeinstellung 2:1:1 gewählt.For example, the default setting 2: 1: 1 is selected in the framework program.
Ist das zugrunde liegende Problem multikriteriell, bewerten also mehrere unterschiedliche, oft in Konkurrenz stehende Kriterien das Prozessergebnis, so können die Lösungen nicht immer direkt verglichen werden. Ist jedoch eine Lösung x in allen Zielkriterien zumindest so gut wie eine andere Lösung y, so kann zumindest in diesem Fall x gegenüber y bevorzugt werden - sprich: ,,x dominiert y" .If the underlying problem is multicriterial, ie if several different, often competing criteria evaluate the process result, the solutions can not always be compared directly. However, if a solution x in all the target criteria is at least as good as another solution y, at least in this case x can be preferred over y - that is, "x dominates y".
Zur vorteilhaften Lösung multikriterieller Probleme werden in einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur jene Lösungen betrachtet, die hinsichtlich aller Zielkriterien „gut" sind; also all jene, die von keiner anderen Lösung dominiert werden. Diese Lösungen können dann noch nach ihrer sogenannten „Dominanztiefe" klassifiziert werden, wobei alle nicht dominierten Lösungen der Dominanztiefe Null entsprechen. Werden Lösungen der Dominanztiefe Null aus der aktuellen Lösungsmenge entfernt, so definiert wiederum die verbleibende, nicht-dominierte Menge von Lösungen eine Dominanztiefe Eins. Dies kann fortgesetzt werden, bis alle Lösungen einer Tiefe zugeordnet sind. Mit dieser vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nicht nur versucht, möglichst nicht- dominierte Lösungen zu berechnen, sondern zusätzlich angestrebt, dass das Resultat der Optimierung aus einer Menge möglichst unterschiedlicher Lösungskandidaten besteht. Es wird dabei eine so genannte „Verschiedenartigkeit" einer Lösung ermittelt, indem bewertet wird, wie „dicht" die direkte Umgebung dieser Lösung mit anderen Lösungen aus der aktuellen Lösungsmenge bzw. dem Solution-Pool besetzt ist.For an advantageous solution of multicriterial problems, only those solutions are considered in an embodiment of the method according to the invention which are "good" with respect to all the target criteria, ie all those which are not dominated by any other solution.These solutions can then be classified according to their so-called "dominance depth" with all non-dominated solutions corresponding to zero dominance. If solutions of the dominance depth zero are removed from the current solution set, then the remaining, non-dominated set of solutions in turn defines a dominance depth of one. This can be continued until all solutions are assigned a depth. This advantageous embodiment of the method according to the invention not only attempts to calculate solutions that are as dominated as possible, but additionally strives to ensure that the result of the optimization consists of a large number of possible dissolution candidates. A so-called "diversity" of a solution is determined by assessing how "dense" the direct environment of this solution is filled with other solutions from the current solution set or the solution pool.
Eine mögliche Berechnung der Dichte ist der minimale Abstand der Lösung zu allen anderen.One possible calculation of density is the minimum distance of the solution to all others.
Die Eigenschaften „Verschiedenartigkeit" und „Dominanz" sind wie folgt für die Bewertung der Lösungen im Solution-Pool und den damit verbundenen Clean-Up-Prozessen maßgeblich: Betrachtet man zwei Lösungen, dann wird jene bevorzugt, die die geringere Dominanztiefe aufweist. Nicht vergleichbar sind all jene, die in der selben Dominanztiefe stehen. Berücksichtigt man zusätzlich die Verschiedenartigkeit, lässt sich diese „Lücke" der Vergleichbarkeit schließen. Es werden somit all jene Lösungen innerhalb einer Dominanztiefe mit größerer Verschiedenartigkeit bevorzugt. Die durch die Dominanztiefe erzeugte Ordnung geht dabei nicht verloren. D.h. für den Vergleich zweier Lösungen ist zunächst die Tiefe und mit zweiter Priorität erst die Verschiedenartigkeit entscheidend.The characteristics "diversity" and "dominance" are relevant for the evaluation of solutions in the solution pool and the associated clean-up processes as follows: Considering two solutions, the one with the lower dominance depth is preferred. Not comparable are all those who are in the same depth of dominance. Taking diversity into account, this "gap" of comparability can be closed, thus favoring all those solutions within one dominance depth with greater diversity.The order created by the depth of dominance is not lost in this case Depth and with second priority the diversity first.
Somit wird für die im Solution-Pool existierenden Lösungen eine totale Ordnung wiederhergestellt. Daher können das oben beschriebene Pool-Clean-Up und alle damit verbundenen Operationen unverändert durchgeführt werden.Thus, a total order is restored for the solutions existing in the solution pool. Therefore, the above-described pool clean-up and all associated operations can be performed unchanged.
Die oben beschriebenen Abläufe, also eine Gesamtiteration, ein Bewertungsmodell für den Einsatz der sogenannten OptLets und Begrenzung der Lösungsmenge durch das sogenannteso genannte Pool-Clean-Up sind Eigenschaften der Metaheuristik und werden vorteilhafterweise in einem Rahmenprogramm realisiert bzw. in einem Software-Framework abgebildet. Das Framework bietet zunächst ein Gerüst des allgemeinen Optimierungsvorganges . Kommt nun ein konkretesThe processes described above, ie a total iteration, a valuation model for the use of so-called OptLets and limiting the amount of solution by the so-called Pool clean-up are properties of metaheuristics and are advantageously implemented in a framework program or mapped in a software framework. The framework initially provides a skeleton of the general optimization process. Now comes a concrete
Prozesssteuerungsproblem zur Anwendung, so müssen problemspezifische Eigenschaften in das Framework eingebunden werden. Erst jetzt wird eine Lösung gemäß des zugrunde liegenden Problems entsprechend repräsentiert. Gleiches gilt für die OptLets, die, obschon verwaltet und bewertet durch das Framework, im Zuge der Konkretisierung problemspezifische Algorithmen darstellen.Process control problem for application, so problem-specific properties must be included in the framework. Only now is a solution represented according to the underlying problem. The same applies to the OptLets, which, although administered and evaluated by the framework, represent problem-specific algorithms in the course of concretization.
Vorteileadvantages
Hohe Anwendbarkeit :High applicability:
Das beschriebene Verfahren reiht sich in die Familie der sog. Metaheuristiken ein. Somit stellt es kaum Anforderungen an das zu optimierende Prozesssteuerungsproblem und verfügt über einen hohen Grad der Anwendbarkeit. Plan und Planänderungen, also Lösungskandidaten, sowie unterschiedliche Algorithmen, also OptLets, zur Verbesserung dieser Lösungen sind die einzigen zu modellierenden und einzubindenden Bereiche des anzuwendenden Optimierungsproblems. Besonders geeignet sind jene Probleme, deren Lösungen sich durch einfacheThe described method joins the family of so-called metaheuristics. Thus, it hardly places demands on the process control problem to be optimized and has a high degree of applicability. Plan and plan changes, ie solution candidates, as well as different algorithms, ie OptLets, for improving these solutions are the only areas of the optimization problem to be modeled and included. Particularly suitable are those problems whose solutions are simple
Veränderungen, z. B. lokale Austauschschritte, wieder in zulässige Lösungskandidaten überführen lassen.Changes, z. B. local exchange steps, can be converted back into admissible solution candidates.
Vermeidung lokaler Optima: Viele klassische lokale Suchverfahren beenden ihrenAvoiding Local Optima: Many classic local search engines end their
Optimierungsprozess, sobald sie auf lokal beste Lösungen gestoßen sind - d.h. wenn Veränderungen ausgehend von der besten gefundenen Lösung zu keiner weiteren Verbesserung führen würden. Typischerweise tritt dieser Fall der Stagnation dann ein, wenn das Suchverfahren einen zu kleinen und zu sehr eingeschränkten Bereich des Suchraumes untersucht . Das OptLets-Framework verwaltet nicht nur eine, typischerweise die beste gefundene, Lösung, sondern ein breites Feld unterschiedlicher, teilweise sogar nicht zulässiger, Lösungen. Zusätzlich stellen OptLets ein breites Spektrum unterschiedlicher Veränderungsalgorithmen dar, so dass ausgehend von der bestehenden Lösungsmenge die Untersuchung eines sehr großen Suchraumes vorausgesetzt werden kann.Optimization process as soon as you have come up with locally best solutions - ie if changes based on the best solution found would not lead to any further improvement. Typically, this case of stagnation occurs when the search method examines too small and too limited a portion of the search space. The OptLets framework manages not only one solution, typically the best found, but a broad array of different, sometimes even forbidden, solutions. In addition, OptLets represent a wide range of different change algorithms, so that starting from the existing set of solutions, the investigation of a very large search space can be assumed.
Schnelles Finden guter Lösungen:Quickly find good solutions:
Das beschriebene Bewertungsmodell des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt OptLets mit guten Erfolgsaussichten. Auch zu Beginn werden schon sehr bald gewisse OptLets als besonders geeignet erkennbar. Dieses Prinzip fördert das rasche Auffinden guter Lösungen schon zu Beginn der Optimierung.The described evaluation model of the method according to the invention prefers OptLets with good chances of success. Even at the beginning, certain OptLets will soon be recognized as particularly suitable. This principle promotes the rapid finding of good solutions already at the beginning of the optimization.
Hybridisierung algorithmischer Ansätze:Hybridization of algorithmic approaches:
Da das Software-Framework die Möglichkeit bietet, unterschiedliche algorithmische Ansätze zur Lösung des zugrunde liegenden Problems mit geringemBecause the software framework provides the ability to use different algorithmic approaches to solving the underlying problem with little
Implementierungsaufwand einzubinden, können die integrierten Verfahren iterativ kombiniert werden. Anhand des Bewertungsmodells wird sichtbar, welche Ansätze sich besonders gut kombinieren lassen. Diese Auswertung gibt neuen Ideen Nahrung, welche bereits bestehenden Verfahren sich zu einem hybriden Verfahren verschmelzen ließen. Daher ist das Framework auch im Vorfeld einer Problemlösung für experimentelle Zwecke sehr geeignet.Implementation effort involved, the integrated methods can be combined iteratively. The assessment model makes it possible to see which approaches can be combined particularly well. This evaluation feeds new ideas on which already existing processes could merge into a hybrid process. Therefore, the framework is also very suitable for experimental purposes prior to problem solving.
Lösbarkeit multikriterieller Probleme:Solving multicriteria problems:
Zunehmend sind Prozesssteuerungsprobleme derart strukturiert, dass nicht nur ein Gütekriterium, sondern mehrere unterschiedliche, oft in Konkurrenz stehende Kriterien das Prozessergebnis bewerten. Somit wird nicht - wie im klassischen Fall - ein bestmögliches Prozessergebnis gesucht. Vielmehr ist es die Aufgabe, eine Menge „guter Prozessergebnisse" zu finden, die allen Kriterien soweit als möglich gerecht werden. Es liegt in der Verantwortung des Nutzers, gemäß persönlicher Abwägung sich für ein geeignetes Resultat zu entscheiden. Increasingly, process control problems are structured in such a way that not only one quality criterion but several different, often competing criteria evaluate the process result. Thus, as in the classic case, the best possible process result is not sought. Rather, it's the job, a lot of "good It is the responsibility of the user, in accordance with personal considerations, to decide on a suitable result.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Berechnung eines möglichst optimalen Plans bzw. möglichst optimaler Planänderungen auf einer Steuerrechenanlage, wobei ein jeweiliger Plan eine zeitliche Abfolge von Operationen festlegt, durch die ein Prozessablauf derart gesteuert wird, dass unter Einhaltung gegebener Randbedingungen und unter den jeweiligen Umständen ein möglichst optimales Prozessergebnis erzielbar ist und wobei der Prozessablauf zwar durch Sensoren beobachtbar, aber wegen Störgrößen nicht notwendigerweise vollständig durch die mittels Steuerrechenanlage parametrisierten Aktoren oder Regelungskomponenten kontrollierbar ist, - bei dem beginnend mit einer Menge initialer Pläne bzw. initialer Planänderungen unter Einhaltung gegebener Randbedingungen und unter den jeweiligen Umständen iterativ solange Kandidaten einer Lösungsalgorithmensammlung auf Kandidaten einer jeweiligen Lösungsmenge von Plänen bzw. Planänderungen angewendet werden, bis ein vorkonfiguriertes Terminierungskriterium erfüllt ist und ein bis dahin festgestellter möglichst optimaler Plan bzw. eine möglichst optimale Planänderung ausgegeben wird,1. A method for calculating a plan as optimal as possible or optimally optimal plan changes on a tax computer, wherein a respective plan determines a temporal sequence of operations by which a process flow is controlled such that under the given conditions and under the respective circumstances as optimal as possible Process result is achievable and wherein the process flow is observable by sensors, but because of disturbances not necessarily completely controllable by the parameterized by means of control computer actuators or control components, - starting with a lot of initial plans or initial plan changes in compliance with given conditions and under the respective Circumstances iteratively as long as candidates of a solution algorithm collection are applied to candidates of a respective solution set of plans or schedule changes until a preconfigured scheduling criterion is met and a previously determined as optimal as possible plan or optimal plan change is spent,
- bei dem die zum Einsatz kommenden Kandidaten einer Lösungsalgorithmensammlung mit einem Erfolgsbonus belohnt werden, sofern sie eine Lösungs-Verbesserung bewirken und dieser Erfolgsbonus im Verlaufe des Optimierungsprozesses aber immer wieder reduziert wird,- in which the candidates used for a solution algorithm collection are rewarded with a success bonus, provided that they bring about a solution improvement and this success bonus is repeatedly reduced in the course of the optimization process,
- bei dem solange jeweils mindestens eine verbesserte Lösung in die jeweilige Lösungsmenge von Plänen bzw. Planänderungen aufgenommen wird, bis alle Kandidaten der Lösungsmenge zumindest einmal zur Verbesserung von Kandidaten der Lösungsalgorithmensammlung untersucht wurden oder eine bestimmte Anzahl von Verbesserungsversuchen erreicht wurde, und- in which at least one improved solution is included in the respective solution set of plans or plan changes until all candidates of the solution set have been examined at least once to improve candidates of the solution algorithm collection or a certain number of improvement attempts has been achieved, and
- bei dem, sofern alle Kandidaten der Lösungsmenge zumindest einmal zur Verbesserung von Kandidaten der Lösungsalgorithmensammlung untersucht wurden oder eine bestimmte Anzahl von Verbesserungsversuchen erreicht wurde, die Lösungsmenge derart reduziert wird, dass die besten zulässigen, die nicht-zulässigen und die von Kandidaten der Lösungsalgorithmensammlung noch nicht behandelten Lösungen in vordefinierten Anteilen erhalten bleiben.- in which, if all candidates of the solution set at least once to improve candidates of the Solution algorithm collection, or a number of improvement attempts have been made, the solution set is reduced to preserve the best allowable, non-allowable, and unresolved solution candidates in predefined proportions.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zum Einsatz kommenden Kandidaten einer Lösungsalgorithmensammlung proportional zur Lösungs- Verbesserung mit einem Erfolgsbonus belohnt werden.2. The method of claim 1, wherein the used candidates of a solution algorithm collection are rewarded in proportion to the solution improvement with a success bonus.
3. Verfahren nach Anspruch 1,3. The method according to claim 1,
- bei dem dominante Kandidaten der Lösungsmenge gesucht werden, wobei dominante Kandidaten in allen Zielkriterien zumindest so ein so gutes Prozessergebnis liefern wie die anderen Kandidaten der jeweiligen Lösungsmenge,- looking for the dominant candidate of the solution set, where dominant candidates in all the target criteria deliver at least as good a process result as the other candidates of the respective solution set,
- bei dem dominante Kandidaten der Lösungsmenge nach ihrer Dominanztiefe klassifiziert werden, indem für jede Dominanztiefe alle jeweils nicht dominierten Kandidaten aus der jeweiligen Lösungsmenge entfernt und jeweilige verbleibende dominante Kandidaten gesucht werden,in which the dominant candidate of the solution set is classified according to its depth of dominance by removing for each dominance depth each of the non-dominated candidates from the respective solution set and searching for remaining remaining dominant candidates,
- bei dem eine Verschiedenartigkeit eines jeweiligen Kandidaten der Lösungsmenge ermittelt wird, indem bewertet wird, wie dicht die direkte Umgebung im Eigenschaftsraum dieses Kandidaten mit anderen Kandidaten aus der Menge der dominanten Lösungen besetzt ist,in which a diversity of a respective candidate of the solution set is determined by evaluating how closely the direct environment in the property space of this candidate is occupied by other candidates from the set of dominant solutions,
- bei dem ein bester Plan bzw. eine beste Planänderung dadurch ermittelt wird, dass die Kandidaten zunächst nach ihrer Dominanztiefe und mit zweiter Priorität nach ihrer- in which a best plan or plan change is determined by first selecting the candidates according to their level of dominance and second priority to theirs
Verschiedenartigkeit bewertet werden und dann der Kandidat mit der höchsten Bewertung ausgewählt wird.Diversity and then the candidate with the highest rating is selected.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Kandidaten der Lösungsalgorithmensammlung, die auf Basis bestehender Lösungen neue, verbesserte Lösungen berechnen, aus einer Palette von strukturell sehr unterschiedlichen Algorithmen bestehen.4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which candidates of the solution algorithm collection based on existing solutions, new, improved solutions compute, consist of a range of structurally very different algorithms.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Lösungsmenge derart reduziert wird, dass die besten zulässigen, die nicht-zulässigen und die von Kandidaten der Lösungsalgorithmensammlung noch nicht behandelte Kandidaten im Verhältnis 2:1:1 konfiguriert werden.A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the solution set is reduced such that the best allowable, the non-allowable, and the candidates not yet dealt with candidates of the solution algorithm collection are configured in a 2: 1: 1 ratio.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Dichte der direkten Umgebung im Eigenschaftsraum eines Kandidaten dadurch bewertet wird, dass der minimale Abstand dieses Kandidaten zu allen anderen Kandidaten aus der Menge berechnet wird.A method according to any one of claims 3 to 5, wherein the density of the immediate environment in the property space of a candidate is evaluated by calculating the minimum distance of that candidate to all other candidates from the set.
7. Rahmenprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in dem zunächst nur die Eigenschaften einer Metaheuristik abgebildet sind, die zunächst lediglich ein Gerüst eines allgemeinen Optimierungsvorganges darstellt und bei dem erst durch Eingabe problem-spezifischer Eigenschaften ein konkretes Prozesssteuerungsproblem und aus den Kandidaten der Lösungsalgorithmensammlung erst konkrete problem- spezifische Algorithmen festgelegt werden. 7. Framework program for carrying out one of the methods according to one of claims 1 to 6, in which initially only the properties of a metaheuristic are shown, which initially represents only a skeleton of a general optimization process and in which only by entering problem-specific properties a specific process control problem and From the candidates of the solution algorithm collection concrete problem-specific algorithms can be determined.
PCT/EP2006/060110 2005-03-10 2006-02-20 Method for calculating a plan and/or plan modifications using a control computer and associated framing program WO2006094895A2 (en)

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