|
Bilgisayar benzetimleri tasarım eniyilemesinde sıkça kullanılmaktadır. Tasarım değişkenlerinin çok boyutlu olması ve simülasyanların çok işlem gücü gerektirmesi durumunda ise problem daha zor olmaktadır. Bu çalışmada dinamik benzetim modellerinin çok değişkenli uyarlanabilir regresyon eğrileri (MARS) ile metamodellenmesi için bir yöntem önerilmektedir. Benzetim modellerinin her adımda çıktı üretmediği durumlarda eksik çıktı işlemlerinin ele alınabilmesi için iki seviyeli bir metamodelleme düzeni geliştirilmiştir. Yöntem dinamik bir radar benzetim modelinde uygulanmış ve sonuçlar dört farklı örnekleme yöntemi ve 16 farklı örneklem genişliği için test edilmiştir. Ayrıca alternatif koordinat sistemlerinin metamodelleme üzerindeki etkileri de araştırılmıştır. Sonuçlar MARS'ın dinamik benzetimler için ve özellikle uzman görüşüne başvurmanın zor olduğu durumlarda uygulanabilir olduğunu göstermektedir. Sonuçlar ayrıca koordinat sistemleri ile örnekleme yöntemleri arasında etkileşimler olduğunu ve bazı koordinat-örnekleme yöntemi-örneklem genişliği kombinasyonlarının örnek problem için daha başarılı olduğunu göstermektedir. Geliştirilen metamodelleme yöntemi, kesikli olay sistem belirtimi (DEVS) kullanan benzetimlerde atomik modellerin metamodel kullanan bir vekil model (VM) ile değiştirilmesinde kullanılmıştır. Bir atomik modelin değiştirilmesi için gereken mekanizmalar ve VM'in kullanılmasının faydalı ve zararlı yönleri ayrıntılı olarak tartışılmıştır. Yöntem bir angajman benzetimindeki radar atomik modelinin VM'i ile değiştirilmesi sağlanarak test edilmiştir. Bu araştırmanın son adımı olarak orjinal benzetimin ve VM kullanılan benzetimin tepki yüzeyleri karşılaştırılmış ve iki benzetim parçacık sürü optimizasyonunda kullanılmıştır. Örnek problemden elde edilen sonuçlar, gerçek benzetim ile karşılaştırıldığında atomik modellerin metamodellemesinin mümkün olduğunu ve göreceli olarak küçük örneklem genişlikleri ile bile başarılı metamodellerin oluşturulabildiğini göstermektedir.
Anahtar Kelimeler: metamodelleme, DEVS, MARS, dinamik benzetimler, deney tasarımı
|
|
Computer simulations are widely used for design optimization purposes. The problem becomes challenging when design variables are high dimensional and when the simulation is computationally expensive. In this work we propose a methodology for metamodeling of dynamic simulation models via Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS). To handle incomplete output processes, where the simulation model does not produce an output in some steps due to missing inputs, we have devised a two-level metamodeling scheme. The methodology is demonstrated on a dynamic radar simulation model. The prediction performance of the resulting metamodel is tested with four different sampling techniques (i.e., experimental designs) and 16 sample sizes. We also investigate the effect of alternative coordinate system representations on the metamodeling performance. The results suggest that MARS is an effective method for metamodeling dynamic simulations, particularly, when expert judgment is not readily available. Results also show that there are interactions between the coordinate system representations and sampling techniques, and some sampling-representation-size combinations are very promising in the solution to this type of problem. The technique is then applied to develop proxy models (PMs) of atomic models in Discrete Event System Specification (DEVS) simulations to replace an atomic model with a PM that uses the fitted metamodel. The mechanisms required for replacing an atomic model and integrating the PM into a simulation are described in detail. The methodology is tested by replacing a radar atomic model in a military engagement simulation with the PM and the method's benefits and challenges are discussed thoroughly. As a final step of this research, the response surfaces of the original simulation and the PM integrated simulation is analyzed. Both simulations are used in a Particle Swarm Optimization based optimization procedure and the results are compared. Results obtained from this particular case suggest that metamodeling of computationally intensive atomic models is feasible, and even with relatively small number of observations, we can apply metamodeling to sub-components of DEVS simulation models successfully.
Keywords: metamodeling, DEVS, MARS, dynamic simulation model, discrete simulation, statistical experimental design |
