The new hybrid ROYKA method for optimizing multi-response problems (Case study: power plants of IRAN)

Document Type : Industry Article

Authors

1 مدیرگروه مهندسی صنایع و مکانیک/دانشگاه خیام

2 Khayyam University

Abstract

Multi-response problems are always one of the most challenging areas of optimization. In this paper, the ROYKA hybrid method is presented to optimize multi-response problems, which is a combination of two methods of response surface and data envelopment analysis. In the ROYKA method, the efficiency surface is created and optimized, and in fact, one efficiency surface replaces several response surfaces, and the problem is changed from a multi-response mode to a single response. Therefore, in the proposed method, in addition to optimizing the response surface, the efficiency of decision-making units is also maximized. The result of this method is to determine the input and output parameters of the ideal and new decision-making unit, which also has the maximum amount of efficiency.

Due to the high importance of the electricity industry and energy production, power plants, which are responsible for a very important part of electricity generation, have to increase the efficiency of their activities in order to make better use of resources. For this purpose, the proposed method of ROYKA for fourteen power plants in the country has been studied, which in addition to determining the efficiency of each power plant to determine the optimal parameters for the construction of a new power plant with maximum efficiency. Finally, in order to validate the proposed method, three other similar approaches have been used for the mentioned problem and the results show the superiority of the ROYKA method.

Keywords

Main Subjects


[1] پرویز کحال، سید یوسف احمدی بروغنی و حامد دیلمی عضدی، "بهینه سازی چند هدفه قالب شکل دهی ورق با استفاده از آنالیز اجزا محدود همراه با مدل سطح پاسخ"، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13، شماره 9، آذر 1392، صفحه 47-57.
[2] مریم دررودی و حامد صادقیان،"یافتن راه‌حل‌های مؤثر در مسائل بهینه‌سازی ترکیبی چندهدفه به کمک روش قیود ارتجاعی"، نشریه بین المللی مهندسی صنایع و مدیریت تولید، دوره 25 ، شماره 1، سال 1393، صفحه 31-43.
[3] بهرام امین زاده گوهرریزی، بابک امین زاده گوهر ریزی و سعید رستگار، "ارائه الگوریتم تلفیقی برای حل مسائل تحلیل تناسب کاربری اراضی با رویکرد تصمیم گیری چند هدفه"، نشریه برنامه ریزی و آمایش فضا، دوره 18، شماره 1، بهار 1393، صفحه 23-1. 
[4] M.H. Kutner., C.J. Nachtsheim, J. Neter, and W. Li, Applied Linear Statistical Models, McGraw-Hill, Irwin, 2005.
[5] G.E.P. Box and K.B Wilson, "On the Experimental Attainment of Optimum Conditions" Journal of the Royal Statistical Society, Vol. 13, NO. 1, 1951, pp. 1-45.
[6] D.C. Montgomery, Design and analysis of experiments, John Wiley & Sons, New York, NY, USA 2006.
[7] R.H. Myers, D.C. Montgomery and G.G. Vining, Response Surface Methodology: A Retrospective and Literature Survey, Journal of quality technology, Vol. 36, NO. 1, 2004, pp. 53-77.
[8] محسن شفیعی نیک آبادی، کیخسرو یاکیده و اکرم اویسی عمران، "رویکردی ترکیبی از تحلیل پوششی داده‌ها با انواع خروجی ها و تحلیل پنجره در ارزیابی کارایی صنعت برق"، مجله چشم انداز مدیریت صنعتی، شماره 24،  زمستان 1395، صفحه 180-158.
[9] T.T. Allen and L. Yu, "Low-Cost Response Surface Methods from Simulation Optimization", Qual. Reliab Eng. Int, Vol. 18, NO. 1, 2002, pp. 5-17.
[10] C. Tsai, L. Tong, and C. Wang, "Optimization of Multiple Responses Using Data Envelopment Analysis and Response Surface Methodology", Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol. 13, NO. 2, 2010, pp. 197-203.
[11] نسیم مجتبوی و مریم یعقوبی، "ارزیابی کارایی نیروگاه ها و یک روش رتبه بندی با استفاده از نرم افزار GAMS "، کنفرانس بین المللی رویکردهای نوین در نگهداشت انرژی، دوره 3 ، 1392.
 ]12[ الیاس رئیس زاده و نسرین اوحدی و مصیب پهلوانی، "ارزیابی زیست کارایی انرژی نیروگاه های برق کشور"، کنفرانس بین المللی مهندسی محیط زیست و منابع طبیعی، تهران، مرکز راهکارهای دستیابی به توسعه پایدار، موسسه آموزش عالی مهر اروند، دوره 6، 1399.
[13] پریسا بهلولی و علی حسین استادزاد، "برآورد کارایی نیروگاه های حرارتی : رویکرد دو مرحله ای تحلیل پوششی داده‌ها"، همایش ملی سوخت انرژی و محیط زیست، دوره 3، صفحه 21-40.
]14[  مجتبی قربانیان و نفیسه قربانیان، " اندازه گیری کارایی و بهره وری واحد های تولید برق خراسان"، کنفرانس ملی تحلیل پوششی داده‌ها، دانشگاه مازندران، خرداد، دوره 4، 1391.
]15[ ساویز نکوفر، "استاندارد سازی پروژه های نیروگاهی در سبد پروژه های مشابه و تکرار پذیر"، کنفرانس سالانه بین المللی انجمن مهندسان مکانیک ایران، تهران، انجمن مهندسان مکانیک ایران، دوره 27، 1398.
[16] E. Shadkam and M. Bijari, "The Optimization of Bank Branches Efficiency by Means of Response Surface Method and Data Envelopment Analysis: A Case of Iran", Journal of Asian Finance, Economics and Business, Vol. 2, NO. 1, 2015, pp. 13-18.
[17] N.L.Chau, H.G. Le, T.P. Dao, M. P. Dang and V.A.  Dang, " Efficient hybrid method of FEA-based RSM and PSO algorithm for multi-objective optimization design for a compliant rotary joint for upper limb assistive device", Mathematical Problems in Engineering, 2019, Vol. 12, NO. 1, pp. 1-14.
[18] P.V. Reddy, B.V. Reddy and P.J.  Ramulu, "Mathematical modelling for prediction of tube hydroforming process using RSM and ANN", International Journal of Industrial and Systems Engineering, Vol. 35, NO. 1, 2020, pp. 13-27.
[19] S. Yousefzadeh, K. Yaghmaeian, A.H. Mahvi, S. Nasseri, N. Alavi and R. Nabizadeh, "Comparative analysis of hydrometallurgical methods for the recovery of Cu from circuit boards: Optimization using response surface and selection of the best technique by two-step fuzzy AHP-TOPSIS method", Journal of Cleaner Production, Vol. 249, NO. 1, pp.119401.
[20] K. Li, S. Yan, Y. Zhong, W. Pan and  G. Zhao, "Multi-objective optimization of the fiber-reinforced composite injection molding process using Taguchi method, RSM, and NSGA-II", Simulation Modelling Practice and Theory,Vol. 91, 2019, pp. 69-82.
[21] J. Kakkottakath Valappil Thekkepurayil, D. P. Suseelan, and P. M. Keerikkattil. "Multi-objective Scheduling Policy for Workflow Applications in Cloud Using Hybrid Particle Search and Rescue Algorithm.", Service Oriented Computing and Applications,  2021, pp. 1-21.
[22] X. Wang, "Improved multi-objective Hybrid Genetic Algorithm for Shape and Size Optimization of Free-form latticed structures.", Journal of Building Engineering,  2021, pp. 102902.
]23[ سید محمد سید حسینی، روح اله حیدری و طاهره حیدری، "حل مساله مکان‌یابی پایانه‌های شبکه اتوبوس رانی درون شهری با استفاده از الگوریتم ژنتیک"، نشریه بین المللی مهندسی صنایع و مدیریت تولید، دوره 20، شماره 3، 1388، صفحه 20-30.
]24[ مهدی بشیری و سید جواد حسینی نژاد،" بهینه‌سازی فرایند با چند سطح پاسخ به وسیله شبکه‌های عصبی بر مبنای مغهوم مطلوبیت"، نشریه بین المللی مهندسی صنایع و مدیریت تولید، دوره 20، شماره 4، 1388، صفحه 20-40.
]25[ مقصود امیری، سید فلاح جمشیدی و جمشید صالحی صدقیانی، "ارائه روشی ابتکاری برای بهینه‌سازی مسائل چند پاسخه ی آماری با استفاده از الگوریتم ژنتیک (مطالعه ی موردی : تولید کارتن دایکاتی)"،  مجله علمی پژوهشی شریف، شماره 49، مرداد، 1388صفحه 137-131.
[26]مسعود  هاشمی شهرکی، امان محمد ضیایی فر، مهدی کاشانی نژاد و محمد  قربانی، "بهینه‌سازی اعمال نیروی گریز از مرکز جهت کاهش جذب روغن با استفاده از روش سطح پاسخ و الگوریتم ژنتیک"، نشریه پژوهش های علوم و صنایع غذایی ایران، دوره10،  شماره 1، بهار 1393 صفحه 26-15.
]27[ احمدرضا قاسمی، محمد هادی حاج محمد، مجتبی امین الرعایا، ومهدی میرمقتدایی،" استفاده از روش سطح پاسخ و الگوریتم ژنتیک برای بهینه‌سازی چیدمان چند لایه‌های کامپوزیت فلز در برابر اثرات انفجار"، مجله علمی پژوهشی مواد پر انرژی، دوره نهم، شماره 2،  شماره 23، پاییز 1393، صفحه 52-45.
[28] محمد علی بهشتی نیا وآتنا اعرابی، "ارائه یک الگوریتم ژنتیک برای مساله یکپارچگی مسیریابی وسایل نقلیه و زمانبندی تولید در زنجیره تامین (مطالعه موردی : زنجیره تامین تجهیزات پزشکی)"، نشریه تخصصی  مهندسی صنایع، دوره 51، شماره 2، تابستان 1396، صفحه160-147.
[29] A.T Miza, Z. Shayfull, S.M. Nasir, M. Fathullah, and M. H. M. Hazwan, "Optimisation of warpage on plastic injection moulding part using response surface methodology (RSM) and genetic algorithm method (GA)", In AIP Conference Proceedings, Vol. 1885, No. 1, 2017, pp. 020007.
[30] Y. Wang, "Study on Influence Factors of zinc layer thickness via Response Surface Method, Taguchi Method and Genetic Algorithm", Ind Eng Manage, Vol. 7, NO. 245, 2018, pp. 2169-0316.
[31] X.S. Yang and S. Deb, "Cuckoo search via Lévy flights. In Nature & Biologically Inspired Computing", World congress on nature & biologically inspired computing (NaBIC), 2009 December, pp. 210-214.
[32] M. Gorjestani, E. Shadkam, M. Parvizi, S. Aminzadegan, "A hybrid COA-DEA method for solving multi-objective problem", International Journal on Computational Sciences & Applications, Vol. 5, NO. 1, 2015, pp. 1-14.
[33] A. Akbarzadeh, E. Shadkam, "The study of Cuckoo optimization algorithm for production planning problem", International Journal of Computer-Aided technologies, Vol. 2, 2015, pp. 1-15.
[34] M. parvizi, E. Shadkam, N. jahani, "A hybrid COA/ε-constraint method for solving multi-objective problems", International Journal in Foundations of Computer Science & Technology, Vol. 5, 2015, pp. 27-40
[35] E. Shadkam, M. Bijari,"The Optimization of Bank Branches Efficiency by Means of Response Surface Method and Data Envelopment Analysis: A Case of Iran, Journal of Asian Finance", Economics and Business, Vol. 2, NO. 1, 2015, pp. 13-18.
[36] Z. Borhanifar, E. Shadkam, "The new hybrid COAW method for solving multi-objective problems", International Journal in Foundations of Computer Science & Technology, Vol. 5, NO.1, 2015, pp. 15-22.
[37] G. Dai, B. Xu, J. Peng, L. Zhang, “Cloud workflow scheduling algorithm based on multi-objective hybrid particle swarm optimization”, International Journal of Grid and Utility Computing, Vol. 12, NO. 3, pp. 287-301.
]38 [غلامحسین عسکری و محمدرضا حبیبی محلی، "ارزیابی عملکرد و مقایسه کارایی نیروگاه های برق با استفاده از تکنیک تحلیل پوششی داده‌ها"، کنفرانس بین المللی مهندسی صنایع و مدیریت ، تهران، ایران، 7 خرداد، دوره 2، 1395.
]39[ علی غفاری، مجید بازارگان ، نوشین عبدی و امیر سلیمی، "بهینه‌سازی عملکرد نیروگاه‌های برق آبی با استفاده از الگوریتم ژنتیک GA"، دومین کنفرانس ملی سد و نیروگاههای برقابی، دوره 2 ، 1387.
]40[ زهرا جواهری و  امیرحسین خامنه، "ارزیابی عملکرد نیروگاههای حرارتی ایران با استفاده از روش تحلیل پوششی داده‌ها"، کنفرانس صنعت نیروگاه‌های حرارتی، پردیس دانشکده‌های فنی دانشگاه تهران، دوره اول، اردیبهشت1388.
]41[ اسمعیل ابونوری و حسن لاجوردی، "تاثیر تشکیل بازار برق ایران بر کارایی نیروگاه‌های برق"،  مجله علمی پژوهشی کیفیت و بهره‌وری صنعت برق ایران، سال2،  شماره !، بهار و تابستان 1392، صفحه 57-50.
]42[ سمیرا متقی، سمیه ناصرزاده و شیما جهانگیری، "بررسی زیست کارایی نیروگاه‌های حرارتی کشور با کاربرد روش تحلیل پوششی داده‌ها DEA" همایش ملی پژوهش‌های کاربردی در حسابداری، مدیریت و اقتصاد،  دانشگاه آزاد اسلامی واحد دامغان، دوره اول، آذر 1394.
[43] E. Şeyma, A.Tuba, G. Akkaya and E. K.  DELİCE, "Efficiency Assessment of Hydroelectric Power Plant in Turkey by Data Envelopment Analysis (DEA)", Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Vol. 6, NO. 1, 2019, pp.34-45.
[44] I.E. Tsolas, "Benchmarking Engineering, Procurement and Construction (EPC) Power Plant Projects by Means of Series Two-Stage DEA", Electricity, Vol. 1, NO. 1, 2020, pp.  1-11.
[45] Y. Zhang, Y. Chen, "Application of hybrid model based on CEEMDAN, SVD, PSO to wind energy prediction”, Environ Sci Pollut Res,  2021, https://doi.org/10.1007/s11356-021-16997-3
[46]  Srivastava, Ashtabhuj Kumar, et al. "Analysis of GOA optimized two-stage controller for frequency regulation of grid integrated virtual power plant." Energy Reports (2021).
 
[47] Chen, Xi, Tian Zhao, and Qun Chen. "An online parameter identification and real-time optimization platform for thermal systems and its application." Applied Energy (2021): 118199.
[48] J. Wang, Y. Ma, L. Ouyang and Y. Tu, "Bayesian modeling and optimization for multi-response surfaces", Computers & industrial engineering, Vol. 142, NO. 1, 2020, pp.106357.
 
[49] R. Mahmoudi, A. Emrouznejad, H. Khosroshahi, M. Khasheiand and P. Rajabi, "Performance evaluation of thermal power plants considering CO2 emission: a multistage PCA, clustering, game theory and data envelopment analysis", Journal of Cleaner Production, Vol. 223, NO. 1, 2020, pp. 641-650.
[50] M. Pouralizadeh, "A DEA model for performance evaluation of supply chain sustainability in the presence of undesirable outputs and dual-role factors: The case: The power Industry." Journal of Industrial Management Studies, Vol. 19, NO. 62, 2021, pp. 139-192.
[51]  Ballus, C. A., Meinhart, A. D., Bruns, R. E., & Godoy, H. T. (2011). Use of multivariate statistical techniques to optimize the simultaneous separation of 13 phenolic compounds from extra-virgin olive oil by capillary electrophoresis. Talanta, 83(4), 1181-1187.
[52]  Jones, Dylan, and Mehrdad Tamiz. Practical goal programming. Vol. 141. New York: Springer, 2010.
[53]  Kiresuk, Thomas J., Aaron Smith, and Joseph E. Cardillo. Goal attainment scaling: Applications, theory, and measurement. Psychology Press, 2014.
]54[ عابد حسام، سعید امامی و رمضان نعمتی کشتلی، "زمانبندی کارها و فعالیت‌های نگهداری و تعمیرات در محیط ماشین‌های موازی نامرتبط." نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 17، شماره 58، پاییز 1398، صفحه 247- 233.
]55[ جلال رضایی نور، فهیمه یزدیان، محسن عاقلان، "طراحی شبکه زنجیره تأمین حلقه بسته چهار سطحی با رویکرد یکپارچه سازی تصمیمات اقتصادی، زیست محیطی و مسئولیت اجتماعی در قبال کارمندان"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 17، شماره 57، تابستان 1398، صفحه 92- 69.
]56[ عرفان بابایی تیرکلایی، ایرج مهدوی، میر مهدی سید اصفهانی، "حل مسأله مسیریابی وسایل نقلیه با در نظر گرفتن سفرهای چندگانه و پنجره‌های زمانی در مدیریت پسماند شهری با استفاده از الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 17، شماره 57، تابستان 1398، صفحه 110- 93.