2 marca 2022r. odbyła się publiczna obrona pracy doktorskiej mgra inż. Tomasza Schlietera, pt. “Optimal Design of Mechanical Systems for Multiple Criteria by Means of Soft Computing Methods“. Promotorem był dr hab. inż. Adam Długosz prof. PŚ. Recenzentami pracy byli prof. dr hab. inż. Jan Kusiak z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz dr hab. inż. Piotr Nazarko prof. PRz z Politechniki Rzeszowskiej. Komisja Doktorska uchwaliła wnioski do Rady Dyscypliny Inżynieria Mechaniczna o nadanie mgr inż. Tomaszowi Schlieterowi stopnia doktora nauk technicznych w dyscyplinie Inżynieria Mechaniczna oraz o wyróżnienie pracy doktorskiej.
W rozprawie podjęto tematykę optymalnego projektowania układów mechanicznych z uwzględnieniem wielu kryteriów. W przeglądzie literatury przedstawiono podstawowe informacje na temat procesu projektowania ze szczególnym uwzględnieniem zadań optymalizacyjnych. Dokonano przeglądu metody elementów skończonych jako narzędzia symulacyjnego z punktu widzenia optymalizacji układów mechanicznych. Dokonano przeglądu metryk i funkcji testowych w kontekście oceny wydajności algorytmów optymalizacji. Opisano techniki wizualizacji usprawniające proces podejmowania decyzji po optymalizacji.
W następnej części rozprawy przedstawiono opracowany algorytm optymalizacji wielokryterialnej należący do grupy metod obliczeń miękkich. Proponowany algorytm oparty jest na ewolucji różnicowej oraz elementach teorii gier. Proponowany algorytm wykorzystuje kooperacyjne podejście teorii gier i eliminuje niektóre wady innych metod obliczeń miękkich. Omówiony podstawy teorii gier i ewolucji różnicowej. Ogólna idea zaproponowanego algorytmu została opisana i przedstawiona za pomocą schematu blokowego, pseudokodu oraz uzupełniona przykładem. Krótko opisano implementację algorytmu w języku programowania C++. Omówiono metody wymiany informacji pomiędzy opracowanym algorytmem a oprogramowaniem MES odpowiedzialnym za numeryczne wyznaczanie wartości funkcji celu w trakcie optymalizacji.
W dalszej części rozprawy algorytm jest kompleksowo przetestowany z wykorzystaniem opisanych wcześniej funkcji testowych oraz metryk. Wykorzystywany jest zestaw matematycznych funkcji testowych wykazujących cechy charakterystyczne dla układów mechanicznych. Jakość wyników oceniana jest za pomocą wskaźnika hiperobjętości. Średnia i odchylenie standardowe metryk są obliczane dla 30 przebiegów algorytmu i porównywane z wynikami uzyskanymi przez inne algorytmy optymalizacji wielokryterialnej: NSGA-II i NSGA-III. Badane są problemy testowe o różnej liczbie zmiennych projektowych (do 20) i funkcji celu (do 8). Udowodniono skuteczność i konkurencyjność zaproponowanego algorytmu.
W dalszej części rozprawy przedstawiono przykłady zastosowania opracowanego narzędzia w optymalnym projektowaniu układów mechanicznych. Analizie poddano zestaw trzech problemów analitycznych: projekt zbiornika ciśnieniowego, projekt przekładni oraz projekt belki wspornikowej o zmiennym przekroju. Problemy te powstały w wyniku transformacji jednokryterialnych zadań optymalizacyjnych z ograniczeniami w zadania wielokryterialne. Ponadto, algorytm jest użyty do rozwiązywania złożonych zadań numerycznych: optymalizacji profilu lotniczego, optymalizacji mikroaktuatorów elektrotermicznych oraz optymalizacji wieloskalowych materiałów porowatych. W tych zadaniach wartości funkcji celu są uzyskiwane za pomocą metody elementów skończonych w oparciu o modele parametryczne. Dla każdego z analizowanych problemów algorytm znalazł zbiór nowych, zróżnicowanych rozwiązań. Wyniki przedstawiono w postaci tabel, wykresów i rysunków. Na podstawie dodatkowo ustalonych preferencji oraz przy wykorzystaniu zaproponowanych narzędzi wizualizacyjnych wspomagano proces podejmowania decyzji pooptymalizacyjnych, w wyniku którego otrzymano zawężony zbiór rozwiązań.
