Das Alter der Erde wird auf ca. 4,5 Mrd. Jahren geschätzt, wobei klimatische, topographische oder katastrophale Ereignisse bzw. Prozesse Leben entstehen, aber auch wie-der verschwinden ließen. Die heute existierende Artenvielfalt entstand über einen extrem langen Zeitraum und viele Organismen scheinen optimal an ihre jeweilige Umgebung angepasst zu sein. Leben gibt es sowohl in der Antarktis, der Sahara-Wüste als auch im Himalaya-Gebirge.
Die Landschaften und die dazugehörige Flora und Fauna haben sich im Lauf der Erdgeschichte entwickelt. Es sei unterstellt, dass weder Pflanzen noch Tie-ren bekannt ist, wie sich ihr jeweiliger Lebensraum entwickeln wird, dennoch reagieren sie auf sich ständig ändernde Umweltfaktoren, d.h. sie stehen stets vor einem Optimierungsproblem. Dieser Prozess, die biologische Evolution, ein ständiges Wechselspiel von Replikation, Mutation, Rekombination und Selektion, kreiert einmalige, optimal geformte und angepasste Lebewesen.
Von diesem natürlichen Vorbild, dem Suchen und Finden einer optimalen Lösung ohne das Ziel zu kennen, versucht die Menschheit lernen. Die multidisziplinäre Wissenschaft der Bionik strebt ständig nach Produkt- und Prozessinnovationen oder erforscht ungelöste Fragestellungen.
In der Mathematik haben sich Forschungsgebiete zu dieser Thematik gebildet, welche dem Vorbild der Natur folgend evolutionäre Algorithmen (EA) entwickeln und sie ständig weiterentwickeln. Es stellt sich die Frage, wie es den Forschern gelingen kann, die biologische Evolution zu decodieren und die Erkenntnisse in praktikablen Algorithmen zur Problemlösung – bspw. als technisches Optimierungsverfahren – einzusetzen.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Evolutionstheorie nach Charles Darwin
- 3 Evolutionsstrategie
- 3.1 Mechanismus der Evolutionsstrategie als technisches Optimierungsverfahren
- 3.2 Analogien zwischen Evolutionsstrategie und Evolutionstheorie
- 3.3 Vor- und Nachteile der Evolutionsstrategie
- 4 Konkrete Anwendungen der Evolutionsstrategie in der Praxis
- 4.1 Strukturoptimierung von Maschinenbauteilen mit Freiformgeometrie
- 4.1.1 Optimierung der Innenlaschen einer Rollenkette
- 4.1.2 Spannungsminimierung eines Ritzels
- 4.2 Propellerform für die Anwendung im Schiffbau (Bionik-Propeller)
- 4.3 Simulation der Regelungseigenschaften von HGÜ
- 4.4 Designoptimierung thermischer Trennverfahren
- 4.1 Strukturoptimierung von Maschinenbauteilen mit Freiformgeometrie
- 5 Schluss
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit zielt darauf ab, ein grundlegendes Verständnis für die Evolutionsstrategie (ES) zu schaffen. Sie erläutert die Korrelation zwischen natürlichen Vorbildern und technischen Optimierungsbestrebungen mittels evolutionärer Algorithmen (EA) und zeigt die mathematischen Grundlagen auf, um neuere praktische Anwendungen der ES zu verstehen.
- Die Prinzipien der Evolutionstheorie nach Charles Darwin als Grundlage für die ES.
- Die Funktionsweise der ES als technisches Optimierungsverfahren.
- Analogien und Unterschiede zwischen der ES und der Evolutionstheorie.
- Praktische Anwendungen der ES in verschiedenen technischen Bereichen.
- Vorteile und Nachteile der ES als Optimierungsmethode.
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in die Thematik der ES ein und erläutert ihre Relevanz im Kontext der Bionik und der Optimierung technischer Prozesse. Das zweite Kapitel befasst sich mit den grundlegenden Erkenntnissen der DARWINschen Evolutionstheorie als theoretisches Fundament für die ES. Kapitel 3 beschreibt die ES als technisches Optimierungsverfahren und beleuchtet die Analogien zur biologischen Evolution. Es werden die Vor- und Nachteile der ES im Vergleich zu anderen Optimierungsverfahren diskutiert. Das vierte Kapitel behandelt konkrete Anwendungen der ES in verschiedenen Bereichen wie Maschinenbau, Schiffbau, Energietechnik und Verfahrenstechnik.
Schlüsselwörter
Evolutionsstrategie, Evolutionstheorie, Optimierungsverfahren, evolutionäre Algorithmen, Bionik, technische Anwendungen, Maschinenbau, Schiffbau, Energietechnik, Verfahrenstechnik, HGÜ, Freiformgeometrie, Propellerform, Strukturoptimierung, Designoptimierung.
- Quote paper
- Philipp Stockinger (Author), 2017, Evolutionsstrategie. Definition und chronologische Entwicklung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/381218
