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JP2013012185A - Robust optimization apparatus, robust optimization method and computer program for the same - Google Patents

Robust optimization apparatus, robust optimization method and computer program for the same Download PDF

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JP2013012185A
JP2013012185A JP2012119725A JP2012119725A JP2013012185A JP 2013012185 A JP2013012185 A JP 2013012185A JP 2012119725 A JP2012119725 A JP 2012119725A JP 2012119725 A JP2012119725 A JP 2012119725A JP 2013012185 A JP2013012185 A JP 2013012185A
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JP
Japan
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design parameters
evaluation
design
characteristic values
ratio
Prior art date
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JP2012119725A
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Japanese (ja)
Inventor
Takafumi Nakagawa
隆文 中川
Yu Kirikoshi
祐 桐越
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】ばらつきが小さいパレート解を与える設計値を効率的に求めることが可能なロバスト最適化装置を提供すること。
【解決手段】誤差設定部23は、設計パラメータの組の誤差因子を直交表に割り付ける。特性値計算部24およびSN比計算部25は、誤差要因が割り付けられた直交表を参照して、設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算する。そして、探索範囲変更部27は、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、初期世代設定部22に設計パラメータの組を再度発生させる。したがって、SN比が大きくなる方向に設計パラメータの探索を行なうことができ、ばらつきが小さいパレート解を与える設計値を効率的に求めることが可能となる。
【選択図】図2
A robust optimization apparatus capable of efficiently obtaining a design value that gives a Pareto solution with small variations is provided.
An error setting unit assigns an error factor of a set of design parameters to an orthogonal table. The characteristic value calculation unit 24 and the S / N ratio calculation unit 25 refer to the orthogonal table to which the error factors are assigned, and calculate a plurality of evaluation characteristic values and the S / N ratios for each of the design parameter sets. Then, when there is a set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value, the search range changing unit 27 satisfies all of the plurality of evaluation characteristic values and satisfies the maximum SN ratio. The search range is changed based on the set of design parameters, and the initial generation setting unit 22 is caused to generate the set of design parameters again. Therefore, design parameters can be searched in the direction in which the SN ratio increases, and a design value that gives a Pareto solution with small variations can be efficiently obtained.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、ロバスト最適解を求める技術に関し、特に、トポロジが決まっている系において、設計値のばらつきを考慮して複数の目標性能を満足するパレート解を効率的に求めることが可能なロバスト最適化装置、ロバスト最適化方法およびそのコンピュータ・プログラムに関する。   The present invention relates to a technique for obtaining a robust optimal solution, and in particular, in a system having a determined topology, robust optimal that can efficiently obtain a Pareto solution that satisfies a plurality of target performances in consideration of variations in design values. The present invention relates to an optimization apparatus, a robust optimization method and a computer program thereof.

近年、製品開発にCAE(Computer Aided Engineering)が広く用いられており、機能性の評価のみならず、ロバスト性を考慮した品質の評価も行なわれるようになってきている。このような製品開発において、設計上流では目的関数の関係が明確ではないため、ある目的の変更が他の目的にどの程度影響を及ぼすかが不明であることが多い。そのため、パレート解集合を得ることにより目的の関係を明確にすることが非常に重要である。また、量産時の直行率を上げるためには製造などの特性のばらつきによる特性の変動を同時に考慮した設計が重要である。特性のばらつきを考慮して設計する技術として、下記の特許文献1に開示された発明がある。   In recent years, CAE (Computer Aided Engineering) has been widely used for product development, and not only functional evaluation but also quality evaluation considering robustness has been performed. In such product development, since the relationship between objective functions is not clear in the upstream of design, it is often unclear how much a change in one objective affects other objectives. Therefore, it is very important to clarify the target relationship by obtaining the Pareto solution set. In addition, in order to increase the straightness rate in mass production, it is important to design in consideration of the characteristic variation due to the characteristic variation such as manufacturing. As a technique for designing in consideration of variation in characteristics, there is an invention disclosed in Patent Document 1 below.

特許文献1は、複数の機能を目的とした最適化を行う一方で、ロバスト性の最適化を図ることができる、ロバスト最適化方法、ロバスト最適化装置、および、プログラムを提供することを課題とする。特許文献1は、対象物の複数の機能を目的とした多目的関数についてCAE計算を実行するロバスト最適化方法において、対象物に所定の誤差条件を付与してCAE計算を行うことにより複数の機能の特性値とSN比とを算出し、特性値に基づく機能とSN比に基づくロバスト性とを両立する、多目的関数の制御変数の解を、制御変数の各世代を創出しながら探索することを特徴とする。   Patent Document 1 has an object to provide a robust optimization method, a robust optimization device, and a program capable of optimizing robustness while performing optimization for a plurality of functions. To do. In Patent Document 1, a robust optimization method for performing CAE calculation on a multi-objective function intended for a plurality of functions of an object, the CAE calculation is performed by assigning a predetermined error condition to the object. Characteristic value and signal-to-noise ratio are calculated, and a search for a solution of a control variable of a multi-objective function that achieves both a function based on the characteristic value and robustness based on the signal-to-noise ratio while creating each generation of the control variable And

図8は、特許文献1に開示されたロバスト最適化装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず、ロバスト最適化装置は、記憶部に記憶された基準値に基づいて、実験計画法により制御変数を特性値最適化初期世代として記憶部に設定する(S101)。   FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the robust optimization device disclosed in Patent Document 1. First, the robust optimization device sets a control variable in the storage unit as a characteristic value optimization initial generation by an experimental design based on the reference value stored in the storage unit (S101).

次に、ロバスト最適化装置は、記憶部に設定された現在の世代の制御変数に基づく対象物に所定の誤差条件(中央値、誤差条件1、誤差条件2、・・・、誤差条件n)を付与する(S102,103)。   Next, the robust optimization device applies a predetermined error condition (median, error condition 1, error condition 2,..., Error condition n) to the object based on the control variable of the current generation set in the storage unit. (S102, 103).

次に、ロバスト最適化装置は、付与された誤差条件のそれぞれについてCAE計算を行い、対象物の特性値を算出する(S104)。そして、CAE計算された特性値に基づき、SN比を算出する(S105)。そして、現在の世代が予定世代数に到達しているか否かを判断する(S106)。   Next, the robust optimization device performs CAE calculation for each given error condition, and calculates the characteristic value of the object (S104). Then, the S / N ratio is calculated based on the CAE calculated characteristic value (S105). Then, it is determined whether or not the current generation has reached the planned number of generations (S106).

予定世代数に到達していないと判断した場合は(S106,No)、ロバスト最適化装置は、記憶部に設定された現在の世代の制御変数に基づいて次世代の制御変数を創出し、記憶部に設定し(S107)、処理をS102に戻す。そして、予定世代数までステップS102〜S107の処理が完了すると(S106,Yes)、複数の機能とSN比に基づくロバスト性とを両立する解が求められ、利用者は、設計要求と一致する解を選択する(S108)。   If it is determined that the planned number of generations has not been reached (No at S106), the robust optimization device creates and stores the next generation control variable based on the control variable of the current generation set in the storage unit. (S107), and the process returns to S102. Then, when the processing of steps S102 to S107 is completed up to the planned number of generations (S106, Yes), a solution that satisfies a plurality of functions and robustness based on the S / N ratio is required, and the user can find a solution that matches the design requirement. Is selected (S108).

特開2009−032104号公報JP 2009-032104 A

川岸、工藤、“直交表による大域的最適解探索手法の開発”、日本機械学会論文集C,73巻,732号,pp2335−2342,2007Kawagishi, Kudo, “Development of Global Optimal Solution Search Method Using Orthogonal Table”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol.73, No.732, pp2335-2342, 2007 北山他、“多目的最適設計におけるトレードオフ分析法”,日本機械学会論文集C編,75巻,754号,pp294−302,2009Kitayama et al., “Trade-off analysis in multi-objective optimal design”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, volume C, 75, 754, pp 294-302, 2009

上述の特許文献1に開示されたロバスト最適化方法によれば、多目的評価関数のパレート解の探索において、SN比が大きくなる解群、すなわちばらつきが小さくなる解群を効率的に探索しないため、SN比が大きい解群を得るのに多くの計算時間を要するといった問題点があった。   According to the robust optimization method disclosed in Patent Document 1 described above, in searching for a Pareto solution of a multi-objective evaluation function, a solution group with a large SN ratio, that is, a solution group with a small variation is not efficiently searched. There is a problem that it takes a lot of calculation time to obtain a solution group having a large S / N ratio.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ばらつきが小さいパレート解を与える設計値を効率的に求めることが可能なロバスト最適化装置、ロバスト最適化方法およびそのコンピュータ・プログラムを提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to provide a robust optimization device, a robust optimization method, and a robust optimization device capable of efficiently obtaining a design value that gives a Pareto solution with small variations. To provide the computer program.

本発明のある局面に従えば、ロバスト最適化装置は、設計パラメータの探索範囲から確率的方法によって設計パラメータの組を複数発生する発生手段と、設計パラメータの組の誤差因子を直交表に割り付ける割付手段と、割付手段によって誤差因子が割り付けられた直交表を参照して、発生手段によって発生された設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算する計算手段と、計算手段によって計算された複数の評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる変更手段とを含む。   According to one aspect of the present invention, the robust optimization device generates a plurality of design parameter sets by a probabilistic method from a design parameter search range, and assigns an error factor of the design parameter set to an orthogonal table. Means for calculating a plurality of evaluation characteristic values and their S / N ratios for each set of design parameters generated by the generating means with reference to the orthogonal table to which the error factor is assigned by the assigning means, and calculating means When there is a set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values calculated by the above satisfy the target value, all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and the design parameter set has the maximum SN ratio. Change means for changing the search range on the basis of and generating the design parameter set again in the generation means.

好ましくは、変更手段は、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲をさらに狭くし、発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる。   Preferably, the changing unit further narrows the search range based on a set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and the S / N ratio is maximum, and generates the set of design parameters in the generating unit again. Let

好ましくは、計算手段によって計算された複数の評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がない場合に、変更手段は、複数の評価特性値の最悪値が最も大きい設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる。   Preferably, when there is no design parameter set in which all of the plurality of evaluation characteristic values calculated by the calculation means satisfy the target value, the changing means sets the design parameter set having the largest worst value among the plurality of evaluation characteristic values. Based on the above, the search range is changed, and the generating unit again generates a set of design parameters.

好ましくは、計算手段は、複数の評価性能のそれぞれに対して、設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算し、変更手段は、計算手段によって計算された評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる。   Preferably, the calculating means calculates a plurality of evaluation characteristic values and SN ratios for each of the set of design parameters for each of the plurality of evaluation performances, and the changing means calculates the evaluation characteristic values calculated by the calculating means. Is generated by changing the search range based on a set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and the SN ratio is maximum. The means again generates a set of design parameters.

好ましくは、計算手段は、複数の評価性能のそれぞれに対して、設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算し、変更手段は、計算手段によって計算された評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足し、かつ複数の評価特性値のSN比の合計が最大になる設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる。   Preferably, the calculating means calculates a plurality of evaluation characteristic values and SN ratios for each of the set of design parameters for each of the plurality of evaluation performances, and the changing means calculates the evaluation characteristic values calculated by the calculating means. Is a set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and the sum of the SN ratios of the plurality of evaluation characteristic values is maximized. Based on the above, the search range is changed, and the generating unit again generates a set of design parameters.

好ましくは、発生手段は、2回目以降の設計パラメータの組の発生において、大域的探索方法を用いて設計パラメータの組を複数発生する。   Preferably, the generating means generates a plurality of design parameter sets by using a global search method in the generation of the second and subsequent design parameter sets.

好ましくは、上記のロバスト最適化装置は、複数の評価性能のそれぞれに対する評価関数であって、且つ設計パラメータを用いて評価するための評価関数のうちから、外部の指示に基づき、1個の評価関数を目的関数として選択し、他を制約条件として選択する手段を、さらに含む。そして、上記の発生手段は、設計パラメータの探索範囲から確率的方法によって目的関数について設計パラメータの組を複数発生する。さらに、ロバスト最適化装置は、割付手段によって誤差因子が割り付けられた直交表を参照して、発生手段によって発生された設計パラメータの組のそれぞれについて、制約条件である評価関数が表す領域内において目的関数のSN比を計算する手段と、目的関数について計算されたSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、前発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる手段と、を含む。   Preferably, the robust optimization device described above is an evaluation function for each of a plurality of evaluation performances, and one evaluation function based on an external instruction from among evaluation functions for evaluation using design parameters. Means for selecting a function as an objective function and selecting another as a constraint is further included. Then, the generation means generates a plurality of design parameter sets for the objective function by a probabilistic method from the design parameter search range. Further, the robust optimization device refers to the orthogonal table to which the error factor has been assigned by the assigning means, and for each of the design parameter sets generated by the generating means within the region represented by the evaluation function that is a constraint condition. Means for calculating the S / N ratio of the function, and means for changing the search range based on the set of design parameters having the maximum S / N ratio calculated for the objective function, and causing the previous generation means to regenerate the set of design parameters. Including.

本発明のある局面によれば、計算手段によって計算された複数の評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、変更手段が、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、発生手段に設計パラメータの組を再度発生させるので、SN比が大きくなる方向に設計パラメータの探索を行なうことができ、ばらつきが小さいパレート解を与える設計値を効率的に求めることが可能となる。   According to an aspect of the present invention, when there is a set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values calculated by the calculation unit satisfy the target value, the changing unit sets the target for all of the plurality of evaluation characteristic values. The search range is changed based on the set of design parameters satisfying the value and having the maximum SN ratio, and the design parameter set is generated again by the generating means. Therefore, the design parameters are searched in the direction in which the SN ratio increases. Therefore, it is possible to efficiently obtain a design value that gives a Pareto solution with small variations.

また、変更手段が、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲をさらに狭くし、発生手段に設計パラメータの組を再度発生させるので、ばらつきが小さいパレート解を与える設計値をさらに効率的に求めることが可能となる。   The changing means further narrows the search range based on a set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and the SN ratio is maximum, and causes the generating means to generate the set of design parameters again. Therefore, it is possible to more efficiently obtain a design value that gives a Pareto solution with small variations.

また、計算手段によって計算された複数の評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がない場合に、変更手段が、複数の評価特性値の最悪値が最も大きい設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、発生手段に設計パラメータの組を再度発生させるので、評価特性値が大きくなる方向に設計パラメータの探索を行なうことができ、目標性能を満たす設計値を効率的に求めることが可能となる。   In addition, when there is no design parameter set in which all of the plurality of evaluation characteristic values calculated by the calculation means satisfy the target value, the changing means sets the design parameter set having the largest worst value among the plurality of evaluation characteristic values. Based on this, the search range is changed, and the generation unit again generates a set of design parameters. Therefore, the design parameter can be searched in a direction in which the evaluation characteristic value increases, and a design value that satisfies the target performance is efficiently obtained. It becomes possible.

また、計算手段が、複数の評価性能のそれぞれに対して、設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算するので、複数の評価性能がある場合にもばらつきが小さいパレート解を与える設計値を効率的に求めることが可能となる。   In addition, since the calculation means calculates a plurality of evaluation characteristic values and SN ratios for each of the set of design parameters for each of the plurality of evaluation performances, the pareto has a small variation even when there are a plurality of evaluation performances. It is possible to efficiently obtain a design value that gives a solution.

また、発生手段が、2回目以降の設計パラメータの組の発生において、大域的探索方法を用いて設計パラメータの組を複数発生するので、少ない計算量でばらつきが少ないパレート解を与える設計値を効率的に求めることが可能となる。   In addition, since the generation means generates a plurality of design parameter sets using the global search method in the generation of the second and subsequent design parameter sets, the design value that gives a Pareto solution with a small amount of calculation and little variation is efficiently used. Can be obtained.

また、複数の評価関数を用いる多目的問題を、1個の評価関数を目的関数として、および他を制約条件として選択し、制約条件つき目的関数による単目的最適化問題に置き換えて探索する。これにより、少ない計算量でばらつきが少ないパレート解を与えるような設計値を効率的に求めることが可能となる。   Further, a multi-objective problem using a plurality of evaluation functions is selected by selecting one evaluation function as an objective function and the other as a constraint condition, and replacing it with a single-objective optimization problem using an objective function with a constraint condition. Thereby, it is possible to efficiently obtain a design value that gives a Pareto solution with a small amount of calculation and little variation.

本発明の実施の形態におけるロバスト最適化装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the robust optimization apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるロバスト最適化装置の機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the robust optimization apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるロバスト最適化装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process sequence of the robust optimization apparatus in embodiment of this invention. 特性値のランキングの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the ranking of a characteristic value. 特性値のランキングの他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the ranking of a characteristic value. 評価関数が複数ある場合における特性F2のランキングの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the ranking of the characteristic F2 in case there are two or more evaluation functions. 本実施の形態におけるロバスト最適化装置によって計算された評価特性値の最悪値とSN比とをグラフにした図である。It is the figure which made the worst value and SN ratio of the evaluation characteristic value computed by the robust optimization apparatus in this Embodiment into the graph. 特許文献1に開示されたロバスト最適化装置の動作を説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the robust optimization device disclosed in Patent Document 1;

本発明の実施の形態におけるロバスト最適化装置は、非線形や交互作用が大きい系において、製造公差や素子のばらつきなどの内乱や温度などの外乱によるばらつきを考慮し、複数の目的性能を満足しながらロバスト性も改善するパレート解群を効率的に求めるものである。より特定的には、ロバスト最適化装置は、設計対象(回路など)の複数の評価すべき性能のそれぞれに対する評価関数であって、設計パラメータを用いて評価するための評価関数(複数種類の評価関数)を目的関数として用いた多目的最適化の機能、または複数種類の評価関数から選択した1個の評価関数を用いた単目的最適化の機能を有する。実施の形態1では前者の多目的最適化を説明し、実施の形態2では後者の単目的最適化を説明する。なお、評価関数は、設計パラメータ(設計因子)の組合せで表現される。   The robust optimization device according to the embodiment of the present invention considers variations due to internal disturbances such as manufacturing tolerances and element variations and disturbances such as temperature in a system with large nonlinearity and interaction, and satisfies a plurality of target performances. Efficiently finding a Pareto solution group that also improves robustness. More specifically, the robust optimization device is an evaluation function for each of a plurality of performances to be evaluated of a design target (circuit or the like), and an evaluation function (a plurality of types of evaluations) for evaluating using design parameters. Function) as a target function, or a single-objective optimization function using one evaluation function selected from a plurality of types of evaluation functions. In the first embodiment, the former multi-objective optimization will be described, and in the second embodiment, the latter single-objective optimization will be described. The evaluation function is expressed by a combination of design parameters (design factors).

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態におけるロバスト最適化装置の構成例を示すブロック図である。ロバスト最適化装置は、一般的なコンピュータによって実現され、コンピュータ本体1、ディスプレイ装置2、FD(Flexible Disk)4が装着されるFDドライブ3、キーボード5、マウス6、CD−ROM(Compact Disc-Read Only Memory)8が装着されるCD−ROM装置7、およびネットワーク通信装置9を含む。ロバスト最適化プログラムは、FD4またはCD−ROM8等の記録媒体によって供給される。プログラムがコンピュータ本体1によって実行されることにより、ロバスト最適化が行なわれる。また、プログラムは他のコンピュータより通信回線を経由し、コンピュータ本体1に供給されてもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a robust optimization device according to an embodiment of the present invention. The robust optimization device is realized by a general computer, and includes a computer main body 1, a display device 2, an FD drive 3 in which an FD (Flexible Disk) 4 is mounted, a keyboard 5, a mouse 6, and a CD-ROM (Compact Disc-Read). CD-ROM device 7 on which only memory (8) is mounted, and network communication device 9. The robust optimization program is supplied by a recording medium such as FD4 or CD-ROM8. As the program is executed by the computer main body 1, robust optimization is performed. The program may be supplied to the computer main body 1 from another computer via a communication line.

また、コンピュータ本体1は、CPU10、ROM(Read Only Memory)11、RAM(Random Access Memory)12およびハードディスク13を含む。CPU10は、ディスプレイ装置2、FDドライブ3、キーボード5、マウス6、CD−ROM装置7、ネットワーク通信装置9、ROM11、RAM12またはハードディスク13との間でデータを入出力しながら処理を行なう。FD4またはCD−ROM8に記録されたプログラムは、CPU10によりFDドライブ3またはCD−ROM装置7を介してハードディスク13に格納される。CPU10は、ハードディスク13から適宜プログラムをRAM12にロードして実行することによって、ロバスト最適化が行なわれる。   The computer main body 1 includes a CPU 10, a ROM (Read Only Memory) 11, a RAM (Random Access Memory) 12, and a hard disk 13. The CPU 10 performs processing while inputting / outputting data to / from the display device 2, FD drive 3, keyboard 5, mouse 6, CD-ROM device 7, network communication device 9, ROM 11, RAM 12 or hard disk 13. The program recorded on the FD 4 or the CD-ROM 8 is stored in the hard disk 13 by the CPU 10 via the FD drive 3 or the CD-ROM device 7. The CPU 10 performs robust optimization by loading a program from the hard disk 13 to the RAM 12 and executing it appropriately.

図2は、本発明の実施の形態におけるロバスト最適化装置の機能的構成を示すブロック図である。このロバスト最適化装置は、目的関数決定部20と、計算条件入力部21と、初期世代設定部22と、誤差設定部23と、特性値計算部24と、SN比計算部25と、ランキング部26と、探索範囲変更部27と、パレート解群抽出部28とを含む。   FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the robust optimization device according to the embodiment of the present invention. This robust optimization device includes an objective function determination unit 20, a calculation condition input unit 21, an initial generation setting unit 22, an error setting unit 23, a characteristic value calculation unit 24, an SN ratio calculation unit 25, and a ranking unit. 26, a search range changing unit 27, and a Pareto solution group extracting unit 28.

目的関数決定部20は、キーボード5またはマウス6からのユーザ操作に従う指示に基づき、最適化のために多目的最適化および単目的最適化のいずれを実行するかを決定する。   The objective function determination unit 20 determines whether to perform multi-objective optimization or single-objective optimization for optimization based on an instruction according to a user operation from the keyboard 5 or the mouse 6.

計算条件入力部21は、設計パラメータおよび考慮する誤差要因と、探索する設計パラメータの範囲および誤差要因の水準とを入力する。これらの計算条件は、ユーザが図1に示すキーボード5やマウス6などによって入力する。なお、誤差因子の水準は、±3δ以上の値を与えることが望ましく、不連続な値とする。   The calculation condition input unit 21 inputs design parameters and error factors to be considered, the range of design parameters to be searched, and the level of error factors. These calculation conditions are input by the user using the keyboard 5 and mouse 6 shown in FIG. The error factor level is desirably a value of ± 3δ or more, and is a discontinuous value.

初期世代設定部22は、計算条件入力部21によって入力された設計パラメータの探索範囲から確率的に複数の設計値の組を発生させて、これらを初期世代として設定する。この設計値の組の発生は、モンテカルロ法などの公知の確率的方法によって行なわれる。   The initial generation setting unit 22 generates a set of a plurality of design values stochastically from the design parameter search range input by the calculation condition input unit 21, and sets these as the initial generation. The generation of the set of design values is performed by a known stochastic method such as the Monte Carlo method.

誤差設定部23は、計算条件入力部21によって入力された誤差因子の水準と種類とに応じて、これらの誤差因子を直交表に割り付ける。この水準は、少なくとも2水準以上とする。   The error setting unit 23 assigns these error factors to the orthogonal table according to the level and type of the error factor input by the calculation condition input unit 21. This level shall be at least 2 levels.

特性値計算部24は、誤差因子が割り付けられた直交表を参照し、CAE計算を行なうことによって直交表に対応した複数の特性値(特性値の変化)を計算する。本実施の形態1では、複数種類の評価関数(目的関数)を用いる。したがって、複数種類の評価関数のそれぞれに対応した特性値が計算される。以下、評価関数が示す特性値を評価特性値とも呼ぶことにする。   The characteristic value calculation unit 24 refers to the orthogonal table to which the error factor is assigned, and calculates a plurality of characteristic values (changes in characteristic values) corresponding to the orthogonal table by performing CAE calculation. In the first embodiment, a plurality of types of evaluation functions (objective functions) are used. Therefore, characteristic values corresponding to each of a plurality of types of evaluation functions are calculated. Hereinafter, the characteristic value indicated by the evaluation function is also referred to as an evaluation characteristic value.

SN比計算部25は、特性値計算部24によって計算された複数の特性値の平均μと、分散δとを計算し、次式によってSN比ηを計算する。   The SN ratio calculation unit 25 calculates an average μ and a variance δ of a plurality of characteristic values calculated by the characteristic value calculation unit 24, and calculates an SN ratio η by the following equation.

η=10log(μ/δ) ・・・(1)
ランキング部26は、特性値計算部24によって計算された1つの設計値に対応する複数の特性値の中から最悪値を抽出し、そのSN比とのベクトルに基づいて、それぞれの設計値をランキングする。ここで、特性値は平均値を用いてもよい。
η = 10 log (μ / δ) 2 (1)
The ranking unit 26 extracts the worst value from a plurality of characteristic values corresponding to one design value calculated by the characteristic value calculation unit 24, and ranks each design value based on the vector with the SN ratio. To do. Here, an average value may be used as the characteristic value.

探索範囲変更部27は、目標性能を満足する設計値が得られている場合には、設計パラメータの探索範囲を狭くする。この探索範囲を狭くする方法として、ひとつ前の値の半分の値を用いる。上記非特許文献1に開示された大域的最適解探索手法などが用いられる。非特許文献1では、ひとつ前の最適値と今回の最適値との比に、ある定数を乗じている。   The search range changing unit 27 narrows the design parameter search range when a design value that satisfies the target performance is obtained. As a method for narrowing the search range, a value half the previous value is used. The global optimum solution search method disclosed in Non-Patent Document 1 is used. In Non-Patent Document 1, the ratio between the previous optimal value and the current optimal value is multiplied by a certain constant.

パレート解群抽出部28は、特性値のSN比が所定値を満足するときに、そのパレート解群を抽出し、ディスプレイ装置2に複数のパレート解群と評価特性の関係を表示する。   When the SN ratio of the characteristic value satisfies a predetermined value, the Pareto solution group extraction unit 28 extracts the Pareto solution group and displays the relationship between the plurality of Pareto solution groups and the evaluation characteristics on the display device 2.

図3は、本発明の実施の形態におけるロバスト最適化装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。ここでは、目的関数決定部20により、多目的最適化を実行すると決定する。まず、計算条件入力部21は、設計パラメータおよび考慮する誤差要因と、設計パラメータの探索範囲および誤差要因の水準とを入力する(S11)。   FIG. 3 is a flowchart for explaining the processing procedure of the robust optimization device according to the embodiment of the present invention. Here, the objective function determination unit 20 determines that multi-objective optimization is to be executed. First, the calculation condition input unit 21 inputs a design parameter, an error factor to be considered, a design parameter search range, and an error factor level (S11).

次に、初期世代設定部22は、計算条件入力部21によって入力された設計パラメータの探索範囲の中から確率的方法によって複数の設計値の組を発生し、複数の初期世代として設定する(S12)。この設計値の組は、特性値を計算するときにその都度発生させるようにしてもよいし、一度に複数の設計値の組を発生させてRAM12などに記憶しておくようにしてもよい。   Next, the initial generation setting unit 22 generates a set of a plurality of design values by a probabilistic method from the design parameter search range input by the calculation condition input unit 21 and sets it as a plurality of initial generations (S12). ). This set of design values may be generated each time a characteristic value is calculated, or a plurality of sets of design values may be generated at a time and stored in the RAM 12 or the like.

次に、誤差設定部23は、誤差因子の水準と種類とに応じて、これらの誤差因子を直交表に割り付ける(S13)。これによって、設計パラメータに誤差を付与することができ、また設計パラメータにばらつきを持たせることができる。   Next, the error setting unit 23 assigns these error factors to the orthogonal table according to the level and type of error factors (S13). As a result, an error can be given to the design parameter, and the design parameter can be varied.

特性値計算部24は、誤差設定部23によって誤差因子が割り付けられた直交表を参照して、CAE計算により複数の特性値を計算する(S14)。そして、SN比計算部25は、特性値計算部24によって計算された複数の特性値からSN比を計算する(S15)。複数種類の目的関数のそれぞれに対応したSN比が計算される。   The characteristic value calculation unit 24 refers to the orthogonal table to which the error factor is assigned by the error setting unit 23, and calculates a plurality of characteristic values by CAE calculation (S14). Then, the SN ratio calculation unit 25 calculates the SN ratio from the plurality of characteristic values calculated by the characteristic value calculation unit 24 (S15). An SN ratio corresponding to each of a plurality of types of objective functions is calculated.

また、複数種類(n個)の目的関数のSN比の合計値(SN=SN1+SN2…+SNn)を算出し、算出値を新たなSN比としてもよい。   Further, the total value (SN = SN1 + SN2... + SNn) of the SN ratios of a plurality of types (n) of objective functions may be calculated, and the calculated value may be used as a new SN ratio.

特性値計算部24によって計算された特性値およびSN比計算部25によって計算されたSN比は、その設計値と共に保存部29に保存される(S16)。この保存部29は、RAM12やハードディスク13内に設けられる。   The characteristic value calculated by the characteristic value calculation unit 24 and the SN ratio calculated by the SN ratio calculation unit 25 are stored in the storage unit 29 together with the design value (S16). The storage unit 29 is provided in the RAM 12 or the hard disk 13.

次に、ランキング部26は、特性値計算部24によって計算された特性値の中から特性値の最悪値を抽出し、その特性値のSN比とでランキングを行なう(S17)。そして、特性値の最悪値に基づいて性能を満たすか否かを判定する(S18)。ここで、特性値は平均値を用いてもよい。   Next, the ranking unit 26 extracts the worst value of the characteristic value from the characteristic values calculated by the characteristic value calculating unit 24, and performs ranking based on the SN ratio of the characteristic value (S17). Then, it is determined whether or not the performance is satisfied based on the worst value of the characteristic value (S18). Here, an average value may be used as the characteristic value.

図4は、特性値のランキングの一例を示す図である。図4は特性F1についてのものであり、特性値の最悪値とSN比とのベクトルでグラフが作成されている。図4においては、特性値(1)〜(3)などが目標性能を満足している。この場合、SN比が最大である特性値(3)に対応する設計値を次世代の初期値とする。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of ranking of characteristic values. FIG. 4 is for the characteristic F1, and a graph is created with the vector of the worst value of the characteristic value and the SN ratio. In FIG. 4, the characteristic values (1) to (3) satisfy the target performance. In this case, the design value corresponding to the characteristic value (3) having the maximum SN ratio is set as the initial value of the next generation.

図5は、特性値のランキングの他の一例を示す図である。図5においては、特性値(1)〜(3)を含む全ての特性値が目標性能を満足していない。この場合、性能が最も高い特性値(1)に対応する設計値を次世代の初期値とする。   FIG. 5 is a diagram illustrating another example of ranking of characteristic values. In FIG. 5, all the characteristic values including the characteristic values (1) to (3) do not satisfy the target performance. In this case, the design value corresponding to the characteristic value (1) having the highest performance is set as the next generation initial value.

図6は、評価関数が複数ある場合における特性F2のランキングの一例を示す図である。たとえば、特性F1のばらつきをできるだけ小さくし、特性F2のSN比が小さくても特性値が目標性能を満足していればよいような場合、すなわち特性F1のSN比を大きくする優先順位が、特性F2のSN比を大きくする優先順位よりも高い場合には、図6に示すグラフの中からF2の目標性能を満足する特性値(1)〜(3)を含む特性値の中から、F1のSN比が最大である特性値に対応する設計値を次世代の初期値とする。なお、優先順位は、ユーザが経験から決める。ユーザは、キーボード5またはマウス6を操作して優先順位を入力する。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the ranking of the characteristic F2 when there are a plurality of evaluation functions. For example, when the variation of the characteristic F1 is made as small as possible and the characteristic value only needs to satisfy the target performance even if the SN ratio of the characteristic F2 is small, that is, the priority order for increasing the SN ratio of the characteristic F1 is If it is higher than the priority order for increasing the SN ratio of F2, among the characteristic values including the characteristic values (1) to (3) satisfying the target performance of F2 from the graph shown in FIG. The design value corresponding to the characteristic value having the maximum S / N ratio is set as the next generation initial value. The priority is determined by the user based on experience. The user operates the keyboard 5 or mouse 6 to input the priority order.

特性値が目標性能を満足しない場合(S18,No)、ランキング部26は、保存部29に保存される設計値の中から性能が最大となる設計値を次世代の初期値とし、この初期値に応じて設計パラメータの探索範囲を設定する(S22)。そして、その探索範囲の中から確率的方法によって複数の設計値の組を発生し、次世代の設計値としてステップS13以降の処理を行なう。   When the characteristic value does not satisfy the target performance (S18, No), the ranking unit 26 sets the design value that maximizes the performance among the design values stored in the storage unit 29 as the initial value of the next generation. The design parameter search range is set according to (S22). Then, a set of a plurality of design values is generated from the search range by a probabilistic method, and the processes after step S13 are performed as the next-generation design values.

また、特性値が目標性能を満足している場合(S18,Yes)、ランキング部26は、保存部29に保存される設計値の中からSN比が最大となる設計値を次世代の初期値とする(S19)。そして、そのSN比が所定のSN比を満足しているか否かが判定される(S20)。   When the characteristic value satisfies the target performance (S18, Yes), the ranking unit 26 selects the design value that maximizes the SN ratio from the design values stored in the storage unit 29 as the next generation initial value. (S19). Then, it is determined whether or not the SN ratio satisfies a predetermined SN ratio (S20).

所定のSN比を満足していない場合には(S20,No)、探索範囲変更部27は、探索範囲を狭くして設定する(S23)。この探索範囲を狭くする方法として、上記非特許文献1に開示された大域的最適解探索手法などが用いられる。そして、その探索範囲の中から確率的方法によって複数の設計値の組を発生し、次世代の設計値としてステップS13以降の処理を行なう。   If the predetermined SN ratio is not satisfied (S20, No), the search range changing unit 27 sets the search range to be narrow (S23). As a method for narrowing the search range, the global optimum solution search method disclosed in Non-Patent Document 1 is used. Then, a set of a plurality of design values is generated from the search range by a probabilistic method, and the processes after step S13 are performed as the next-generation design values.

また、所定のSN比を満足している場合には(S20,Yes)、パレート解群抽出部28は、目標性能を満足し、SN比を満足するパレート解群を抽出してディスプレイ装置2にそのグラフを表示して、処理を終了する。なお、パレート最適解は設計者がグラフを見ながら対話型方法で判断してもよいし、非特許文献2に記載のトレードオフ分析アルゴリズムを用いてもよい。   If the predetermined SN ratio is satisfied (S20, Yes), the Pareto solution group extraction unit 28 extracts the Pareto solution group that satisfies the target performance and satisfies the SN ratio, and displays it in the display device 2. The graph is displayed and the process ends. The Pareto optimal solution may be determined by an interactive method while the designer looks at the graph, or a trade-off analysis algorithm described in Non-Patent Document 2 may be used.

なお、図3に示すステップS11〜S20およびS23の処理が予定世代まで行なわれている場合には、ステップS21に処理が進む。   If the processes in steps S11 to S20 and S23 shown in FIG. 3 have been performed up to the scheduled generation, the process proceeds to step S21.

上述の特性値として、目標関数の計算値から次式を用いて計算するようにしてもよいし、指数関数などの他の計算式を用いて制約条件を記述するようにしてもよい。なお、次式の10**は、10の累乗を示している。 As the above characteristic value, it may be calculated from the calculated value of the target function using the following expression, or the constraint condition may be described using another calculating expression such as an exponential function. In the following expression, 10 ** indicates a power of 10.

特性値=10**((計算値−目標性能)/10) ・・・(2)
図7は、本実施の形態におけるロバスト最適化装置によって計算された評価特性値の最悪値とSN比とをグラフにした図である。図7においては、特性値のばらつきを示すSN比を横軸とし、評価特性値の最悪値を縦軸としており、目標性能を1.0としている。図7から分かるように、世代を経るにつれて評価特性値が目標性能を満足し、ばらつきが小さくなる(SN比が大きくなる)方向に収束してゆく。
Characteristic value = 10 ** ((calculated value−target performance) / 10) (2)
FIG. 7 is a graph showing the worst value of the evaluation characteristic value and the S / N ratio calculated by the robust optimization device according to the present embodiment. In FIG. 7, the S / N ratio indicating the variation in the characteristic value is on the horizontal axis, the worst value of the evaluation characteristic value is on the vertical axis, and the target performance is 1.0. As can be seen from FIG. 7, the evaluation characteristic value satisfies the target performance as the generation progresses, and converges in a direction in which the variation becomes smaller (the SN ratio becomes larger).

また、最初の初期世代で設計パラメータの範囲を粗く探索した後、2回目以降の設計パラメータの探索をSA(Simulated Annealing)やGA(Genetic Algorithm)などの大域最適化方法を用いて細かく探索するようにしてもよい。   In addition, after a rough search of the design parameter range in the first initial generation, the search for the second and subsequent design parameters is performed using a global optimization method such as SA (Simulated Annealing) or GA (Genetic Algorithm). It may be.

また、設計値は、抵抗素子などのように飛び飛びの値を持つ集中定数であってもよい。この場合、飛び飛びの値の中から一様確率で素子を選ぶものとする。   The design value may be a lumped constant having a jump value such as a resistance element. In this case, it is assumed that an element is selected with a uniform probability from among the skipped values.

(実施の形態2)
上述の実施の形態1では多目的最適化を説明したが、本実施の形態2では、目的関数決定部20により、単目的最適化を実行すると決定した場合を説明する。
(Embodiment 2)
In the above-described first embodiment, multi-objective optimization has been described, but in the second embodiment, a case will be described in which the objective function determining unit 20 determines to perform single-objective optimization.

本実施の形態2のロバスト最適化装置の構成および処理手順は、実施の形態1の図2の構成および図3の手順と基本的には同じであるが、SN比ηの算出については、実施の形態1とは相違する。そこで、本実施の形態2では、SN比計算部25は一機能としてSN比計算部25aを有し、SN比計算部25a(図2参照)がSN比ηを算出する。   The configuration and processing procedure of the robust optimization apparatus of the second embodiment are basically the same as the configuration of FIG. 2 and the procedure of FIG. 3 of the first embodiment, but the calculation of the SN ratio η is performed. This is different from the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, the SN ratio calculation unit 25 has an SN ratio calculation unit 25a as one function, and the SN ratio calculation unit 25a (see FIG. 2) calculates the SN ratio η.

また、図3のフローチャートでは、SN比計算部25によるSN比の計算(ステップS15)に代替し、SN比計算部25aによるSN比ηの計算(ステップS15a)が実行される。   In the flowchart of FIG. 3, the SN ratio η is calculated by the SN ratio calculation unit 25a (step S15a) instead of the SN ratio calculation by the SN ratio calculation unit 25 (step S15).

本実施の形態2では、目的関数決定部20は、ユーザ操作に従って、複数の評価関数のうちから、ばらつきを小さくしたい特性を示す1個の評価関数を目的関数として選択する。ユーザは経験から、1個の評価関数を選択することができる。たとえば、ディスプレイ装置2に、複数種類の評価関数が表示されて、ユーザはキーボード6またはマウス5を操作して所望する評価関数を選択することができる。単目的最適化では、このように多目的関数のうちから選択した1個の目的関数である単目的関数を対象にし、設計値を求める。   In the second embodiment, the objective function determination unit 20 selects, as an objective function, one evaluation function that exhibits a characteristic for which variation is desired to be reduced, from among a plurality of evaluation functions, in accordance with a user operation. The user can select one evaluation function from experience. For example, a plurality of types of evaluation functions are displayed on the display device 2, and the user can select a desired evaluation function by operating the keyboard 6 or the mouse 5. In the single-objective optimization, a design value is obtained for a single-objective function that is one objective function selected from the multi-objective functions.

1個の評価関数が選択されると、他の評価関数は制約条件として用いられる。この場合、多目的問題は単目的最適化問題に置き換えられる。誤差因子を直交表で与えて仕様から決まる制約条件を満足し、単目的関数のSN比ができるだけ大きくなるように探索する。   When one evaluation function is selected, the other evaluation functions are used as constraints. In this case, the multi-objective problem is replaced with a single-objective optimization problem. An error factor is given as an orthogonal table to satisfy a constraint condition determined from the specifications, and a search is performed so that the SN ratio of the single objective function is as large as possible.

本実施の形態2では、設計しようとする回路の複数の評価性能に対し、設計パラメータを用いた以下の式(3)の評価関数を定義すると想定する。   In the second embodiment, it is assumed that an evaluation function of the following expression (3) using design parameters is defined for a plurality of evaluation performances of a circuit to be designed.

Figure 2013012185
Figure 2013012185

目的関数決定部20は、式(3)で表される複数種の評価関数(fi(x,M),iは評価関数の種類)を生成し、ディスプレイ装置2に表示する。表示される複数の評価関数のうちから、ユーザ操作により、SN比の大きい、すなわちばらつきを小さくしたい特性を示す1個の評価関数を目的関数f1として選択する。これを除く他の評価関数を、m種類の設計仕様(すなわち、n個の設計因子xjの組合わせ)であるm個の不等式制約条件として扱うと、SN比ηの単目的最適化は次の式(4)ように定式化できる。   The objective function determination unit 20 generates a plurality of types of evaluation functions (fi (x, M), i is the type of the evaluation function) represented by Expression (3) and displays it on the display device 2. One evaluation function having a large SN ratio, that is, a characteristic for which variation is desired to be reduced is selected as an objective function f1 from among a plurality of displayed evaluation functions. When other evaluation functions other than this are treated as m inequality constraints that are m kinds of design specifications (that is, combinations of n design factors xj), the single-objective optimization of the SN ratio η is as follows. Formula (4) can be formulated.

Figure 2013012185
Figure 2013012185

式(4)では、Rはm個の制約条件による探索領域を示す。また、Xは全ての制約条件を満たす領域(実行可能領域)を示す。SN比計算部25aは、式(4)に従って、目的関数f1のSN比ηを実行可能領域X内で最適化、すなわち最大化するように計算する。 In Equation (4), R m represents a search area based on m constraints. X indicates an area (executable area) that satisfies all the constraint conditions. The S / N ratio calculation unit 25a calculates the S / N ratio η of the objective function f1 so as to be optimized, that is, maximized in the executable region X according to the equation (4).

本実施の形態2でも、選択された目的関数f1について図7に示すようにSN比ηと性能(すなわち、目的関数f1の値)を示すグラフが作成され、グラフから性能が設計仕様を満足し、できるだけSN比ηが大きい設計値(設計パラメータ値)が計算される。   Also in the second embodiment, a graph showing the SN ratio η and performance (that is, the value of the objective function f1) is created for the selected objective function f1 as shown in FIG. 7, and the performance satisfies the design specifications from the graph. A design value (design parameter value) having as large an SN ratio η as possible is calculated.

図3のフローチャートを参照して、実施の形態2の処理を説明する。予め、目的関数決定部20により、単目的最適化を実行すると決定されて、ユーザはキーボード6またはマウス5を操作し、複数の評価関数のうちから、1個の評価関数を目的関数f1として選択し、他を上記の制約条件として選択したと想定する。   The processing of the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The objective function determination unit 20 determines in advance that single-objective optimization is to be performed, and the user operates the keyboard 6 or the mouse 5 to select one evaluation function from among a plurality of evaluation functions as the objective function f1. Assume that the other is selected as the above constraint.

まず、計算条件入力部21は、実施の形態1と同様に、設計しようとする回路の特性を決める設計パラメータおよび考慮する誤差要因と、設計パラメータの探索範囲および誤差要因の水準とを入力する(S11)。   First, as in the first embodiment, the calculation condition input unit 21 inputs design parameters that determine the characteristics of the circuit to be designed, error factors to be considered, design parameter search ranges, and error factor levels ( S11).

次に、初期世代設定部22は、実施の形態1と同様に、計算条件入力部21によって入力された設計パラメータの探索範囲の中から確率的方法によって目的関数f1について、複数の設計値の組を発生し、複数の初期世代として設定する(S12)。   Next, as in the first embodiment, the initial generation setting unit 22 sets a plurality of design values for the objective function f1 by a probabilistic method from the design parameter search range input by the calculation condition input unit 21. Are set as a plurality of initial generations (S12).

次に、誤差設定部23は、実施の形態1と同様に、誤差因子の水準と種類とに応じて、これらの誤差因子を直交表に割り付ける(S13)。   Next, as in the first embodiment, the error setting unit 23 assigns these error factors to the orthogonal table according to the level and type of error factors (S13).

特性値計算部24は、実施の形態1と同様に、誤差設定部23によって誤差因子が割り付けられた直交表を参照して、CAE計算により、目的関数f1について複数の特性値(特性値の変化)を計算する(S14)。   Similarly to the first embodiment, the characteristic value calculation unit 24 refers to the orthogonal table to which the error factor has been assigned by the error setting unit 23, and performs a plurality of characteristic values (changes in characteristic values) for the objective function f1 by CAE calculation. ) Is calculated (S14).

そして、SN比計算部25aは、特性値計算部24によって計算された複数の特性値が、上記の式(4)の目的関数f1の制約条件を実行可能領域X内で満足するか判断し、目的関数f1の値を実行可能領域X内で最適化する。これにより、目的関数f1のSN比ηの最適値(すなわち、最大値)を計算することができる(S15a)。   Then, the SN ratio calculation unit 25a determines whether the plurality of characteristic values calculated by the characteristic value calculation unit 24 satisfy the constraint condition of the objective function f1 of the above equation (4) within the executable region X, The value of the objective function f1 is optimized within the executable region X. Thereby, the optimum value (that is, the maximum value) of the SN ratio η of the objective function f1 can be calculated (S15a).

特性値計算部24によって計算された特性値およびSN比計算部25aによって計算されたSN比ηは、その設計値と共に保存部29に保存される(S16)。   The characteristic value calculated by the characteristic value calculation unit 24 and the SN ratio η calculated by the SN ratio calculation unit 25a are stored in the storage unit 29 together with the design value (S16).

次に、ランキング部26は、実施の形態1と同様に、特性値計算部24によって計算された特性値の中から特性値の最悪値を抽出し、そのSN比ηに基づき、設計値をランキングする(S17)。そして、特性値の最悪値に基づいて性能を満たすか否かを判定する(S18)。特性値のランキングは、たとえば図4または図5に示される。   Next, the ranking unit 26 extracts the worst value of the characteristic value from the characteristic values calculated by the characteristic value calculation unit 24 as in the first embodiment, and ranks the design value based on the SN ratio η. (S17). Then, it is determined whether or not the performance is satisfied based on the worst value of the characteristic value (S18). The ranking of the characteristic values is shown in FIG. 4 or FIG. 5, for example.

特性値が目標性能を満足しない場合(S18,No)、ランキング部26は、実施の形態1と同様に、保存部29に保存される設計値の中から性能が最大となる設計値を次世代の初期値とし、この初期値に応じて設計パラメータの探索範囲を設定する(S22)。そして、その探索範囲の中から確率的方法によって複数の設計値の組を発生し、目的関数f1について次世代の設計値としてステップS13以降の処理を行なう。   When the characteristic value does not satisfy the target performance (No in S18), the ranking unit 26 generates the next design value that maximizes the performance from the design values stored in the storage unit 29, as in the first embodiment. The design parameter search range is set according to the initial value (S22). Then, a set of a plurality of design values is generated from the search range by a probabilistic method, and the processing after step S13 is performed as a next-generation design value for the objective function f1.

また、特性値が目標性能を満足している場合(S18,Yes)、ランキング部26は、実施の形態1と同様に、保存部29に保存される設計値の中からSN比ηが最大となる設計値を次世代の初期値とする(S19)。そして、そのSN比ηが所定のSN比を満足しているか否かが判定される(S20)。   When the characteristic value satisfies the target performance (S18, Yes), the ranking unit 26 determines that the SN ratio η is the largest among the design values stored in the storage unit 29, as in the first embodiment. This design value is set as an initial value for the next generation (S19). Then, it is determined whether or not the SN ratio η satisfies a predetermined SN ratio (S20).

所定のSN比を満足していない場合には(S20,No)、探索範囲変更部27は、実施の形態1と同様に、探索範囲を狭くして設定する(S23)。そして、その探索範囲の中から確率的方法によって複数の設計値の組を発生し、目的関数f1について次世代の設計値としてステップS13以降の処理を行なう。   When the predetermined SN ratio is not satisfied (S20, No), the search range changing unit 27 sets the search range to be narrow as in the first embodiment (S23). Then, a set of a plurality of design values is generated from the search range by a probabilistic method, and the processing after step S13 is performed as a next-generation design value for the objective function f1.

また、所定のSN比を満足している場合には(S20,Yes)、パレート解群抽出部28は、目標性能を満足し、SN比を満足するパレート解群を抽出してディスプレイ装置2にそのグラフを表示して、処理を終了する。   If the predetermined SN ratio is satisfied (S20, Yes), the Pareto solution group extraction unit 28 extracts the Pareto solution group that satisfies the target performance and satisfies the SN ratio, and displays it in the display device 2. The graph is displayed and the process ends.

なお、本実施の形態2でも、図3に示すステップS11〜S20およびS23の処理が予定世代まで行なわれている場合には、ステップS21に処理が進む。   Also in the second embodiment, when the processes in steps S11 to S20 and S23 shown in FIG. 3 are performed up to the scheduled generation, the process proceeds to step S21.

以上説明したように、実施の形態1と2におけるロバスト最適化装置によれば、直交表に誤差因子を割り付けて、製造ばらつきや環境変化などのばらつきの最悪値を考慮して設計パラメータを決定するようにしたので、歩留まりが高く、品質性能が高い製品を設計することが可能となった。   As described above, according to the robust optimization devices in the first and second embodiments, an error factor is assigned to an orthogonal table, and design parameters are determined in consideration of the worst values of variations such as manufacturing variations and environmental changes. As a result, it became possible to design products with high yield and high quality performance.

また、特性値が目標性能を満足する場合には、SN比が大きくなる方向に設計パラメータの探索を行なうようにしたので、ばらつきが小さいパレート解を与える設計値を効率的に求めることが可能となった。   In addition, when the characteristic value satisfies the target performance, the design parameter is searched in the direction in which the S / N ratio increases, so that it is possible to efficiently obtain a design value that gives a Pareto solution with small variations. became.

また、特性値が目標性能を満足しない場合には、特性値が大きくなる方向に設計パラメータの探索を行なうようにしたので、目標性能を満たす設計値を効率的に求めることが可能となった。   Further, when the characteristic value does not satisfy the target performance, the design parameter is searched in the direction in which the characteristic value increases, so that it is possible to efficiently obtain the design value that satisfies the target performance.

また、最初の初期世代で設計パラメータの範囲を粗く探索した後、2回目以降の設計パラメータの探索を、大域最適化方法を用いて細かく探索するようにしたので、少ない計算量でばらつきが少ないパレート解を与える設計値を効率的に求めることが可能となった。   In addition, the coarse search of the design parameter range in the first initial generation and then the search of the design parameter for the second and subsequent times are performed using the global optimization method, so the pareto with less calculation and less variation. The design value that gives the solution can be obtained efficiently.

また、好ましくは、発生した設計値の組で特性が目標性能を満足し、かつ、SN比が最大のものを選ぶが、設計上の制約条件、例えば、基板の面積で決まるマイクロストリップラインの長さや幅などの製造上の制約条件に基づき、プログラム処理またはユーザ操作により、パレート解(設計値の組)を間引いてもよい。これにより、より実用的な解を得ることができる。   Preferably, a set of generated design values having characteristics satisfying the target performance and having the maximum S / N ratio is selected, but the length of the microstrip line determined by the design constraints, for example, the area of the substrate A Pareto solution (a set of design values) may be thinned out by program processing or user operation based on manufacturing constraints such as sheath width. Thereby, a more practical solution can be obtained.

また、最終的に得た設計値を中心値にして、その周りで探索範囲を広げて、解を探索してもよい。これにより、パレートフロント近傍の設計パラメータの組をさらに多く探索できる。   Alternatively, the solution may be searched by setting the finally obtained design value as the center value and expanding the search range around it. As a result, a larger number of design parameter sets near the Pareto front can be searched.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 コンピュータ本体、2 ディスプレイ装置、3 FDドライブ、4 FD、5 キーボード、6 マウス、7 CD−ROM装置、8 CD−ROM、9 ネットワーク通信装置、10 CPU、11 ROM、12 RAM、13 ハードディスク、21 計算条件入力部、22 初期世代設定部、23 誤差設定部、24 特性値計算部、25,251 SN比計算部、26 ランキング部、27 探索範囲変更部、28 パレート解群抽出部、29 保存部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Computer main body, 2 Display apparatus, 3 FD drive, 4 FD, 5 Keyboard, 6 Mouse, 7 CD-ROM apparatus, 8 CD-ROM, 9 Network communication apparatus, 10 CPU, 11 ROM, 12 RAM, 13 Hard disk, 21 Calculation condition input unit, 22 Initial generation setting unit, 23 Error setting unit, 24 Characteristic value calculation unit, 25, 251 SN ratio calculation unit, 26 Ranking unit, 27 Search range change unit, 28 Pareto solution group extraction unit, 29 Storage unit .

Claims (9)

設計パラメータの探索範囲から確率的手法によって設計パラメータの組を複数発生する発生手段と、
設計パラメータの組の誤差因子を直交表に割り付ける割付手段と、
前記割付手段によって誤差因子が割り付けられた直交表を参照して、前記発生手段によって発生された設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算する計算手段と、
前記計算手段によって計算された複数の評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、前記発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる変更手段と、を含むロバスト最適化装置。
A generating means for generating a plurality of sets of design parameters by a probabilistic method from a design parameter search range;
An assigning means for assigning error factors of a set of design parameters to an orthogonal table;
A calculation means for calculating a plurality of evaluation characteristic values and an S / N ratio thereof for each of the set of design parameters generated by the generation means with reference to the orthogonal table to which the error factor is assigned by the assignment means;
When there is a set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values calculated by the calculating means satisfy the target value, all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and the design parameter has the maximum SN ratio. And a change means for changing the search range based on the set and causing the generation means to generate the set of design parameters again.
前記変更手段は、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲をさらに狭くし、前記発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる、請求項1記載のロバスト最適化装置。   The changing means further narrows the search range based on a set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and the SN ratio is maximum, and causes the generating means to generate the set of design parameters again. The robust optimization device according to claim 1. 前記計算手段によって計算された複数の評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がない場合に、前記変更手段は、複数の評価特性値の最悪値が最も大きい設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、前記発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる、請求項1または2記載のロバスト最適化装置。   When there is no set of design parameters in which all of the plurality of evaluation characteristic values calculated by the calculation unit satisfy the target value, the changing unit sets the design parameter set having the largest worst value of the plurality of evaluation characteristic values. The robust optimization device according to claim 1 or 2, wherein a search range is changed based on the design parameter set and the generation unit is caused to generate a set of design parameters again. 前記計算手段は、複数の評価性能のそれぞれに対して、前記設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算し、
前記変更手段は、前記計算手段によって計算された評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつ優先順位が最も高い評価性能のSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、前記発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる、請求項1〜3のいずれかに記載のロバスト最適化装置。
The calculation means calculates, for each of a plurality of evaluation performances, a plurality of evaluation characteristic values and an SN ratio for each of the set of design parameters,
The changing means has a design parameter set in which all of the evaluation characteristic values calculated by the calculation means satisfy the target value, and all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and have the highest priority. 4. The robust optimization device according to claim 1, wherein a search range is changed based on a set of design parameters having a maximum S / N ratio with high evaluation performance, and the generation unit is again generated with the set of design parameters. .
前記計算手段は、複数の評価性能のそれぞれに対して、前記設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算し、
前記変更手段は、前記計算手段によって計算された評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足し、かつ複数の評価特性値のSN比の合計が最大になる設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、前記発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる、請求項1〜3のいずれかに記載のロバスト最適化装置。
The calculation means calculates, for each of a plurality of evaluation performances, a plurality of evaluation characteristic values and an SN ratio for each of the set of design parameters,
The changing means has a plurality of evaluation characteristic values satisfying the target value when there is a set of design parameters in which all of the evaluation characteristic values calculated by the calculating means satisfy the target value, and a plurality of evaluation characteristics The robust optimum according to any one of claims 1 to 3, wherein a search range is changed based on a set of design parameters that maximizes a total SN ratio of characteristic values, and the generating means is caused to generate the set of design parameters again. Device.
前記発生手段は、2回目以降の設計パラメータの組の発生において、大域的探索手法を用いて設計パラメータの組を複数発生する、請求項1〜5のいずれかに記載のロバスト最適化装置。   The robust optimization apparatus according to claim 1, wherein the generation unit generates a plurality of design parameter sets using a global search method in the generation of the second and subsequent design parameter sets. 複数の評価性能のそれぞれに対する評価関数であって、且つ設計パラメータを用いて評価するための評価関数のうちから、外部の指示に基づき、1個の評価関数を目的関数として選択し、他を制約条件として選択する手段を、さらに含み、
前記発生手段は、前記設計パラメータの探索範囲から確率的手法によって前記目的関数について設計パラメータの組を複数発生し、
前記割付手段によって誤差因子が割り付けられた直交表を参照して、前記発生手段によって発生された設計パラメータの組のそれぞれについて、制約条件である前記評価関数が表す領域内において目的関数のSN比を計算する手段と、
目的関数について計算されたSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更し、前記発生手段に設計パラメータの組を再度発生させる手段と、をさらに含む、請求項1から6のいずれかに記載のロバスト最適化装置。
An evaluation function for each of a plurality of evaluation performances, and one evaluation function is selected as an objective function based on an external instruction from evaluation functions for evaluation using design parameters, and the others are constrained Further comprising means for selecting as a condition;
The generating means generates a plurality of design parameter sets for the objective function by a probabilistic method from the design parameter search range,
With reference to the orthogonal table to which the error factor is assigned by the assigning means, the SN ratio of the objective function is determined for each set of design parameters generated by the generating means within the region represented by the evaluation function that is a constraint condition. Means for calculating;
7. The method according to claim 1, further comprising means for changing a search range based on a set of design parameters having a maximum signal-to-noise ratio calculated with respect to an objective function, and causing the generating means to generate the set of design parameters again. Robust optimization device according to crab.
コンピュータにパレート解群を求めさせるロバスト最適化方法であって、
前記コンピュータに、設計パラメータの探索範囲から確率的手法によって設計パラメータの組を複数発生させるステップと、
前記コンピュータに、設計パラメータの組の誤差因子を直交表に割り付けさせるステップと、
前記コンピュータに、誤差因子が割り付けられた前記直交表を参照させて、前記発生された設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算させるステップと、
前記計算された複数の評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更させ、設計パラメータの組を再度発生させるステップとを含む、ロバスト最適化方法。
A robust optimization method that allows a computer to find a Pareto solution group,
Causing the computer to generate a plurality of sets of design parameters by a probabilistic method from a design parameter search range;
Causing the computer to assign an error factor for a set of design parameters to an orthogonal table;
Causing the computer to calculate a plurality of evaluation characteristic values and S / N ratios for each of the generated set of design parameters with reference to the orthogonal table to which an error factor is assigned;
When there is a set of design parameters in which all of the plurality of calculated evaluation characteristic values satisfy the target value, all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and the set of design parameters has the maximum SN ratio. And a step of changing the search range based on and generating a set of design parameters again.
コンピュータにパレート解群を求めさせるコンピュータ・プログラムであって、
前記コンピュータに、設計パラメータの探索範囲から確率的手法によって設計パラメータの組を複数発生させるステップと、
前記コンピュータに、設計パラメータの組の誤差因子を直交表に割り付けさせるステップと、
前記コンピュータに、誤差因子が割り付けられた前記直交表を参照させて、前記発生された設計パラメータの組のそれぞれについて複数の評価特性値およびそのSN比を計算させるステップと、
前記計算された複数の評価特性値のすべてが目標値を満足する設計パラメータの組がある場合に、複数の評価特性値のすべてが目標値を満足しかつSN比が最大の設計パラメータの組に基づいて探索範囲を変更させ、設計パラメータの組を再度発生させるステップとを含む、コンピュータ・プログラム。
A computer program that causes a computer to seek a Pareto solution group,
Causing the computer to generate a plurality of sets of design parameters by a probabilistic method from a design parameter search range;
Causing the computer to assign an error factor for a set of design parameters to an orthogonal table;
Causing the computer to calculate a plurality of evaluation characteristic values and S / N ratios for each of the generated set of design parameters with reference to the orthogonal table to which an error factor is assigned;
When there is a set of design parameters in which all of the plurality of calculated evaluation characteristic values satisfy the target value, all of the plurality of evaluation characteristic values satisfy the target value and the set of design parameters has the maximum SN ratio. And a step of changing the search range on the basis of and generating a set of design parameters again.
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