بهینه سازی شبکه های انتقال آب توسط الگوریتم ژنتیک و منطق فازی

در این پایان نامه، طراحی بهینه ی شبکه های انتقال آب با استفاده از الگوریتم ژنتیک و سپس تلفیق این الگوریتم بهینه ساز با سیستم تصمیم گیری فازی (الگوریتم ژنتیک- فازی) بررسی شده است. الگوریتم ژنتیک به عنوان یکی از روش های تکاملی بهینه ساز، طراحی بهینه شبکه هایی در ابعاد واقعی و همراه با کلیه ی تجهیزات مورد نیاز در چنین شبکه ای را برای محققین ممکن کرده است. پیاده سازی کاربردی سیستم استنتاج فازی در طراحی شبکه های انتقال آب نشان می دهد که می توان ایده و نظرات طراح و نیز قیود طراحی را در قالب پایگاه قواعد سیستم استنتاجی درآورد و در فرآیند طراحی دخالت داد. تبدیل روش افراد خبره در طراحی و ارایه ی الگوریتم های کارا برای طراحی شبکه های انتقال آب به وسیله ی سیستم استنتاج فازی تفکر کاملاً جدیدی برای توسعه ی سیستم های نرم افزاری است. در این پایان نامه طراحی بهینه دو شبکه متداول بررسی شده است. در مثال اول، طراحی بهینه ی شبکه دوحلقه ای ثقلی صورت گرفته است. این طراحی شامل تعیین قطر لوله های موجود در شبکه است و قیود حاکم بر برنامه ی بهینه ساز کمینه و بیشینه ی فشار در گره ها و کمینه و بیشینه ی سرعت جریان در لوله ها است. در فرایند بهینه سازی، انتخاب به روش رقابتی و ترکیب با استفاده از روش تک نقطه ای به عنوان موثرترین عملگرها در طراحی بهینه ی شبکه ی انتقال آب توسط الگوریتم ژنتیک شناخته شدند. در این بخش با استفاده از شبیه سازی های مکرر جریان در هریک از نسل های الگوریتم ژنتیک و ترکیب برازندگی مربوط به شبکه در حالت های مختلف بارگذاری، شبکه ای با کارایی مطلوب تحت چندین بارگذاری متفاوت طراحی شد. در قدم بعدی، طراحی بهینه ی شبکه با استفاده از الگوریتم تلفیقی ژنتیک- فازی بررسی شد. در این بخش، بهینه ساز یک الگوریتم ژنتیک است که در قسمت انتساب عدد برازندگی به هر رشته، از یک سیستم استنتاج فازی استفاده می کند. در مثال دوم، شبکه ی معروف anytown بررسی شده است که دارای ابعادی در حدود یک شبکه ی آب با کلیه ی مشخصات و فرضیات موجود در شرایط واقعی است. در این بخش، طراحی کم هزینه ی شبکه شامل تعیین قطر لوله ها و انجام و یا عدم انجام عملیات ارتقا در آن ها، تعیین محل مخازن هوایی و کلیه مشخصات آن ها و تعیین محل ایستگاه های پمپاژ و برنامه ی زمان بندی بهره برداری از پمپ ها در هر ایستگاه توسط الگوریتم ژنتیک- فازی بررسی شد. با اضافه کردن قابلیت تعبیه پمپ در بخش های مختلف شبکه، توانایی برنامه ی بهینه ساز در ارضای قیود هیدرولیکی افزایش یافت. جهت کاهش تعداد متغیرهای تصمیم، تنها محل مخازن هوایی و حداکثر تراز آب در آن ها توسط الگوریتم بهینه ساز تعیین شد. بدین طریق یک تابع برازندگی تعمیم یافته خواهیم داشت که با تغییر مسأله، تغییر محدوده ی متغیرها، تغییر مشخصات شبکه و ... تغییر نمی کند و با استفاده از الگوریتم مبتنی بر تصمیم گیری فازی می توان دنیای بهینه سازی را از محدوده ی تحقیقاتی به دنیای مهندسی وارد کرد. با استفاده از این سیستم، طراح با توجه به قضاوت مهندسی و کلیه ی شرایط حاکم از جمله شرایط اقتصادی قادر به کنترل جعبه سیاه بهینه ساز است. لازم به ذکر است که در فرایند بهینه سازی به روش ژنتیک- فازی با افزایش قیود حاکم بر برنامه ی بهینه ساز، زمان لازم جهت همگرایی در روش ژنتیک- فازی با سرعت زیادی افزایش می یابد. لذا در هر فرآیند طراحی بهینه ی شبکه انتقال آب، باید تعداد محدودی از قیود به صورت فازی تعریف شوند.