Автоматизация вариантного проектирования конструкций на основе систем агентов с адаптивным поведением : на примере стержневых систем

• Автор: Козырева, Виктория Викторовна
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
1.1. Процесс вариантного проектирования конструкций как процесс структурного и параметрического синтеза сложных технических систем.

1.2. Постановка задачи оптимального проектирования строительных конструкций

1.3. Методы оптимального проектирования строительных конструкций

1.4. Автоматизация процесса оптимального проектирования строительных конструкций

1.5. Современные подходы к повышению эффективности поисковых методов

1.6. Мультиагентный подход к построению распределенных систем

1.7. Формулировка цели и постановка задачи работы

ГЛАВА 2. АВТОМАТНЫЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ СИСТЕМ ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (НА ПРИМЕРЕ СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ)
2.1. Постановка задачи вариантного проектирования стержневой конструкции
2.2. Основные понятия теории автоматной оптимизации: система автоматной оптимизации и автомат поиска
2.3.Формализация задачи вариантного проектирования стержневых конструкций в терминах теории автоматной оптимизации
2.4. Модель элементной САО
2.5. Модель автомата с адаптивным поведением
2.6. Автомат управления или Организация коллективного поведения системы автоматов
2.7. Автоматный метод вариантного проектирования стержневых конструкций
2.8.Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ МНОГОАГЕНТНОЙ СИСТЕМЫ ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ (МАС ВПСК)
3.1. Основные понятия мультиагентного подхода
3.2. Основные подходы и методы проектирования МАС

3.3. Формализация процесса вариантного проектирования стержневых конструкций с использованием автоматного оптимизатора в рамках мультиагентного подхода
3.4. Модель многоагентной системы вариантного проектирования стержневых конструкций и ее компонентов
3.5. Сценарии работы МАС ВПСК
3.6. Архитектура и программы функциональных блоков основных типов агентов МАС ВПСК
3.7. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОАГЕНТНОЙ СИСТЕМЫ ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
4.1. Программная реализация многоагентной системы вариантного проектирования стрежневых конструкций
4.2. Верификация разработанной системы
4.3. Практическая апробация разработанной системы для решения задачи вариантного проектирования фермы покрытия промышленного здания и внедрение результатов исследования
4.4. Анализ результатов практического внедрения и перспективные направления дальнейших исследований
4.5. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ
Современные темпы проектирования и строительства зданий и сооружений накладывают свои требования к качеству проектных решений. От инженера-проектировщика сейчас требуется не только запроектировать конструкцию, отвечающую требованиям прочности, устойчивости и деформативности, но и получить технологически и экономически более эффективное решение. Это возможно сделать только в процессе вариантного проектирования, когда происходит анализ множества вариантов конструкции по комплексу технико-экономических показателей. «Ручная» реализация данного процесса весьма трудоемка и требует много времени, что в результате позволяет разработать более или менее детально 1-3 варианта. В результате в процесс вариантного проектирования конструкций приходится привлекать средства вычислительной техники.
Основную массу рынка программного обеспечения для строительного проектирования, в частности, в области расчетов строительных конструкций, сейчас занимают программные комплексы инженерного анализа (САЕ -системы) такие как SCAD, Lira, ANSYS, NASTRAN и т.д. Они позволяют строить модели и рассчитывать конструкции различной сложности по методу конечных элементов (МКЭ). Однако большинство из них не содержит, либо содержит весьма ограниченные по функциональности модули оптимизационных расчетов. Данные модули построены на подходе к поиску решения задачи, предполагающем проведение итерационной процедуры последовательного применения двух процессов: конечно-элементного анализа конструкции с целью определения параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции и преобразования переменных проектирования на основе используемого метода оптимизации по полученным значениям. Такой подход крепко связывает время, отводимое на вычисления, с выбранным методом поиска: скорость вычислений при нем напрямую зависит от количества итераций, необходимых для поиска решения, задаваемых

В результате становится актуальной задача поиска наиболее эффективных и быстродейственных алгоритмов оптимизации строительных конструкций, которые могут осуществлять поиск локальных и глобальных экстремумов для широкого класса функций.
1.5. Современные подходы к повышению эффективности поисковых
методов
В настоящее время для повышения эффективности поисковых методов используют два подхода. Первый подход состоит в адаптации уже существующих методов поиска. Поскольку заранее нельзя предсказать, в какую ситуацию попадет алгоритм поиска, для поддержания его эффективности изменяют либо его параметры, либо структуру в процессе решения задачи. Другими словами, осуществляют его параметрическую или структурную адаптацию.
Параметрическая адаптация предполагает изменение величины рабочего шага, распределения случайного шага или направления поиска [124].
При структурной адаптации изменениям подвергается структура алгоритма. Этот процесс может осуществляться различными методами:
1) параметризацией структуры алгоритма поиска;
2) эволюционной адаптацией его структуры;
3) путем альтернативного выбора алгоритма поиска из некоторого множества методов оптимизации (альтернативная адаптация).
Примером применения метода альтернативной адаптации в практике оптимизации строительных конструкций служит работа Дмитриевой Т.Л. [56]. Автором была предложена модель адаптации алгоритма поиска с помощью модифицированной функции Лагранжа. Согласно данной модели в процессе оптимизации происходит адаптивное переключение с одного алгоритма поиска на другой и изменение параметров используемых методов непосредственно под решаемую задачу. Процесс адаптации происходит в несколько уровней.