Published August 11, 2016 | Version v1
Publication Open

An approach for analyzing and managing flexibility in engineering systems design based on decision rules and multistage stochastic programming

  • 1. National University of Singapore
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences
  • 3. Northwestern Polytechnical University

Description

This article introduces an approach to assess the value and manage flexibility in engineering systems design based on decision rules and stochastic programming. The approach differs from standard Real Options Analysis (ROA) that relies on dynamic programming in that it parameterizes the decision variables used to design and manage the flexible system in operations. Decision rules are based on heuristic-triggering mechanisms that are used by Decision Makers (DMs) to determine when it is appropriate to exercise the flexibility. They can be treated similarly as, and combined with, physical design variables, and optimal values can be determined using multistage stochastic programming techniques. The proposed approach is applied as demonstration to the analysis of a flexible hybrid waste-to-energy system with two independent flexibility strategies under two independent uncertainty drivers in an urban environment subject to growing waste generation. Results show that the proposed approach recognizes the value of flexibility to a similar extent as the standard ROA. The form of the solution provides intuitive guidelines to DMs for exercising the flexibility in operations. The demonstration shows that the method is suitable to analyze complex systems and problems when multiple uncertainty sources and different flexibility strategies are considered simultaneously.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقدم هذه المقالة نهجًا لتقييم القيمة وإدارة المرونة في تصميم الأنظمة الهندسية بناءً على قواعد القرار والبرمجة العشوائية. يختلف النهج عن تحليل الخيارات الحقيقية القياسي (ROA) الذي يعتمد على البرمجة الديناميكية من حيث أنه يحدد معلمات متغيرات القرار المستخدمة لتصميم وإدارة النظام المرن في العمليات. تستند قواعد القرار إلى آليات الاستدلال التي يستخدمها صانعو القرار (DMs) لتحديد متى يكون من المناسب ممارسة المرونة. يمكن معاملتها بالمثل، ودمجها مع متغيرات التصميم المادي، ويمكن تحديد القيم المثلى باستخدام تقنيات البرمجة العشوائية متعددة المراحل. يتم تطبيق النهج المقترح كعرض توضيحي لتحليل نظام هجين مرن لتحويل النفايات إلى طاقة مع استراتيجيتين مستقلتين للمرونة في إطار اثنين من العوامل غير المؤكدة المستقلة في بيئة حضرية معرضة لتوليد النفايات المتزايد. تظهر النتائج أن النهج المقترح يعترف بقيمة المرونة إلى حد مماثل لعائدات الأصول القياسية. يوفر شكل الحل إرشادات بديهية لمسؤولي التواصل لممارسة المرونة في العمليات. يوضح العرض التوضيحي أن الطريقة مناسبة لتحليل الأنظمة والمشاكل المعقدة عند النظر في مصادر عدم اليقين المتعددة واستراتيجيات المرونة المختلفة في وقت واحد.

Translated Description (French)

Cet article présente une approche pour évaluer la valeur et gérer la flexibilité dans la conception des systèmes d'ingénierie basée sur les règles de décision et la programmation stochastique. L'approche diffère de l'analyse des options réelles (ROA) standard qui repose sur la programmation dynamique en ce sens qu'elle paramétre les variables de décision utilisées pour concevoir et gérer le système flexible dans les opérations. Les règles de décision sont basées sur des mécanismes de déclenchement heuristique qui sont utilisés par les décideurs (DM) pour déterminer quand il est approprié d'exercer la flexibilité. Ils peuvent être traités de la même manière que, et combinés avec, des variables de conception physique, et des valeurs optimales peuvent être déterminées à l'aide de techniques de programmation stochastique multi-étages. L'approche proposée est appliquée comme démonstration à l'analyse d'un système hybride flexible de valorisation énergétique des déchets avec deux stratégies de flexibilité indépendantes sous deux facteurs d'incertitude indépendants dans un environnement urbain soumis à une production croissante de déchets. Les résultats montrent que l'approche proposée reconnaît la valeur de la flexibilité dans une mesure similaire à celle du ROA standard. La forme de la solution fournit des directives intuitives aux DM pour l'exercice de la flexibilité dans les opérations. La démonstration montre que la méthode est appropriée pour analyser des systèmes et des problèmes complexes lorsque plusieurs sources d'incertitude et différentes stratégies de flexibilité sont considérées simultanément.

Translated Description (Spanish)

Este artículo presenta un enfoque para evaluar el valor y gestionar la flexibilidad en el diseño de sistemas de ingeniería basado en reglas de decisión y programación estocástica. El enfoque difiere del Análisis de Opciones Reales (Roa) estándar que se basa en la programación dinámica en que parametriza las variables de decisión utilizadas para diseñar y administrar el sistema flexible en las operaciones. Las reglas de decisión se basan en mecanismos de activación heurística que utilizan los responsables de la toma de decisiones (DM) para determinar cuándo es apropiado ejercer la flexibilidad. Pueden tratarse de manera similar y combinarse con variables de diseño físico, y los valores óptimos pueden determinarse utilizando técnicas de programación estocástica de múltiples etapas. El enfoque propuesto se aplica como demostración al análisis de un sistema híbrido flexible de conversión de residuos en energía con dos estrategias de flexibilidad independientes bajo dos factores de incertidumbre independientes en un entorno urbano sujeto a una creciente generación de residuos. Los resultados muestran que el enfoque propuesto reconoce el valor de la flexibilidad en una medida similar a la Roa estándar. La forma de la solución proporciona pautas intuitivas a los DM para ejercer la flexibilidad en las operaciones. La demostración muestra que el método es adecuado para analizar sistemas y problemas complejos cuando se consideran simultáneamente múltiples fuentes de incertidumbre y diferentes estrategias de flexibilidad.

Files

5302945.pdf.pdf

Files (1.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:35b89616e4b24d0736b4c6343f014831
1.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نهج لتحليل وإدارة المرونة في تصميم الأنظمة الهندسية بناءً على قواعد القرار والبرمجة العشوائية متعددة المراحل
Translated title (French)
Une approche d'analyse et de gestion de la flexibilité dans la conception des systèmes d'ingénierie basée sur des règles de décision et une programmation stochastique multiétagée
Translated title (Spanish)
Un enfoque para analizar y gestionar la flexibilidad en el diseño de sistemas de ingeniería basado en reglas de decisión y programación estocástica de múltiples etapas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2402741985
DOI
10.1080/0740817x.2016.1189627

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1419716545
  • https://openalex.org/W1497179728
  • https://openalex.org/W1570340314
  • https://openalex.org/W1981291749
  • https://openalex.org/W1983643871
  • https://openalex.org/W1986019170
  • https://openalex.org/W1993997094
  • https://openalex.org/W2000508521
  • https://openalex.org/W2004707084
  • https://openalex.org/W2013681566
  • https://openalex.org/W2018351633
  • https://openalex.org/W2023401667
  • https://openalex.org/W2042047531
  • https://openalex.org/W2056653303
  • https://openalex.org/W2060370802
  • https://openalex.org/W2070107483
  • https://openalex.org/W2077791698
  • https://openalex.org/W2077933094
  • https://openalex.org/W2095573688
  • https://openalex.org/W2096933026
  • https://openalex.org/W2097817781
  • https://openalex.org/W2103253064
  • https://openalex.org/W2107326776
  • https://openalex.org/W2117529248
  • https://openalex.org/W2122750485
  • https://openalex.org/W2141244147
  • https://openalex.org/W2146612430
  • https://openalex.org/W2415944271
  • https://openalex.org/W4234668474
  • https://openalex.org/W4236384091
  • https://openalex.org/W4242906947
  • https://openalex.org/W4247165901
  • https://openalex.org/W4365787967
  • https://openalex.org/W4382892785
  • https://openalex.org/W629902810