Design Methods for Reducing Failure Probabilities with Examples from Electrical Engineering (eBook)

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2023 | 1st ed. 2023
XXII, 153 Seiten
Springer Nature Switzerland (Verlag)
978-3-031-37019-9 (ISBN)

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Design Methods for Reducing Failure Probabilities with Examples from Electrical Engineering - Mona Fuhrländer
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This book deals with efficient estimation and optimization methods to improve the design of electrotechnical devices under uncertainty. Uncertainties caused by manufacturing imperfections, natural material variations, or unpredictable environmental influences, may lead, in turn, to deviations in operation. This book describes two novel methods for yield (or failure probability) estimation. Both are hybrid methods that combine the accuracy of Monte Carlo with the efficiency of surrogate models. The SC-Hybrid approach uses stochastic collocation and adjoint error indicators. The non-intrusive GPR-Hybrid approach consists of a Gaussian process regression that allows surrogate model updates on the fly. Furthermore, the book proposes an adaptive Newton-Monte-Carlo (Newton-MC) method for efficient yield optimization. In turn, to solve optimization problems with mixed gradient information, two novel Hermite-type optimization methods are described. All the proposed methods have been numerically evaluated on two benchmark problems, such as a rectangular waveguide and a permanent magnet synchronous machine. Results showed that the new methods can significantly reduce the computational effort of yield estimation, and of single- and multi-objective yield optimization under uncertainty. All in all, this book presents novel strategies for quantification of uncertainty and optimization under uncertainty, with practical details to improve the design of electrotechnical devices, yet the methods can be used for any design process affected by uncertainties. 


Erscheint lt. Verlag 28.8.2023
Reihe/Serie Springer Theses
Springer Theses
Zusatzinfo XXII, 153 p. 41 illus., 30 illus. in color.
Sprache englisch
Themenwelt Mathematik / Informatik Mathematik
Technik Elektrotechnik / Energietechnik
Schlagworte Adaptive Newton-Monte Carlo method • Design and Optimization of Electrotechnical Devices • Gaussian Process Regression • Hermite BOBYQA • Hermite Least Squares Optimization • Hybrid Monte Carlo Method • Manufacturing uncertainties • Maxwell’s equations • Mixed Gradient Optimization • Modeling Electromagnetic Phenomena • Multi-objective Yield Optimization • Permanent Magnet Synchronous Machine • robust design optimization • stochastic collocation • uncertainty quantification • Yield Optimization
ISBN-10 3-031-37019-8 / 3031370198
ISBN-13 978-3-031-37019-9 / 9783031370199
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