Kafes sistemlerin optimizasyonunda k-ortalama algoritması ile otomatik eleman gruplama

Yapısal optimizasyonun temel konusu, mümkün olan en az yapı malzemesi ile istenen yükleri taşıyabilen bir sistem belirlemektir. Kafes sistemlerde optimizasyon türleri topoloji, şekil ve boyut optimizasyonudur. Topoloji optimizasyonu kafes yapıya çubuk elemanlar ya da düğümler ekleyerek/çıkararak optimal konfigürasyonu bulmayı hedefler. Şekil optimizasyonu kafes sistemin optimal şeklini elde etmeyi amaçlar. Boyut optimizasyonunda amaç, çubuk elemanların optimum kesit alanlarına ulaşmaktır. Bu üç optimizasyon türü, mümkün olan en iyi (optimal) kafes sistem tasarımını bulmak için eşzamanlı olarak uygulanabilmektedir. Gerçek dünya kafes sistem optimizasyon problemlerinde hem imalat kısıtları hem de yapım kısıtları hesaba katılmalıdır. Karmaşık kafes yapı tasarımlarında elemanların sayısı genellikle fazladır. Makul sayıda kesit tipi kullanılacak şekilde elemanları gruplandırmak gerekir ve bu en önemli imalat kısıtlarından biridir. Farklı kesitlerin sayısı arttıkça bir tasarımın üretilmesi, işçilik ve satın alma zorlukları nedeniyle neredeyse imkânsız hale gelir. Bu kısıtın sağlanması için çubuk elemanlar gruplandırılır. Gruplanan elemanlar için seçilen kesit tipi aynıdır. Ancak burada bir elemanın hangi gruba atanacağına karar verilmesi gerekmektedir. Bu karar özellikle karmaşık tasarımlar için ekonomik olmayan çözümlere yol açabilmektedir. Öte yandan, eleman gruplamanın optimizasyon sürecine genel geçer yöntemler ile dahil edilmesi hesaplama yükünü artırmaktadır. Bu çalışmada, eleman gruplama problemine çözüm olarak sunulan bir yöntem, popüler kafes sistem optimizasyon problemleri (117 çubuklu uzay kafes, 72 çubuklu uzay kafes, 25 çubuklu uzay kafes ve 10 çubuklu düzlem kafes) üzerinde test edilmiş ve analiz sonuçları sunulmuştur.