Моделирование процесса принятия проектных решений в графических системах с использованием генетических алгоритмов

• Автор: Нужный, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 183 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1. Особенности задачи моделирования и проектирования технологических систем с вертикальной организацией технологических процессов.
1.2. Выбор методов и средств для моделирования и проектирования технологических систем .

v 1.3. Анализ возможности применения существующих графических

систем для моделирования и проектирования вертикально организованных технологических систем.

1.3.1 Графические системы i класса

1.3.2. Обзор графических систем i и классов

1.4. Обоснование необходимости разработки графической системы моделирования и проектирования технологических систем с вертикальной организацией ТП.
1.4.1. Требования к организации системы моделирования и проектирования сложных технологических систем.

1.5. Задача поиска объемнопланировочных решений сложных

технологических систем
1.6. Обзор методов решения задачи размещения.
1.7. Основные понятия и особенности генетических алгоритмов

Цель работы и задачи исследования
2. ФОРМИРОВАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЗАДАЧИ ПОИСКА ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ
2.1.Определение этапов проектирования сложных технологических систем и соответствующих наборов графических моделей.
2.2. Особенности задачи поиска объемнопланировочных решений сложных технологических систем.
2.3. Классификация требований, предъявляемых при поиске планировочных решений
2.4. Декомпозиция процесса поиска объемнопланировочных решений
2.5. Построение геометрических моделей элементов задачи размещения.
2.6. Оптимизационная модель задачи поиска объемнопланировочных
решений
Выводы.
3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНЫХ ОБЪЕМНОПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ
3.1. Адаптация генетического алгоритма для генерации наборов
допустимых решений.
3.1.1. Выбор способа кодирования решений.
3.1.2. Модифицированный способ формирования начальной

популяции
3.1.3. Вид целевой функции для оценки найденных решений.
3.1.4. Генетические операторы мутации, кроссинговера и отбора.
3.1.4.1. Модифицированный оператор мутации
3.1.4.2. Адаптированный оператор кроссинговера.
3.1.4.3. Модифицированный оператор отбора.
3.1.5. Критерии останова работы ГА
3.1.6. Вычислительный эксперимент по определению оптимальных значений варьируемых параметров эволюции
3.2. Алгоритмы улучшения первоначальных вариантов размещения .
3.2.1. Модифицированный генетический алгоритм для построения рядов из однотипных элементов
3.2.2. Модифицированный алгоритм парных перестановок
3.2.3. Модифицированный алгоритм ХукаДживса
3.3. Алгоритм формирования продольных и поперечных поэтажных разрезов.
3.4. Оценка и выбор оптимальных проектных решений.
Выводы
4. ГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
4.1. Принципы разработки графической системы
4.2. Состав графической системы технологического моделирования и
ч
проектирования.
4.2.1 Базовое графическое ядро.
4.2.2. Наборы графических баз данных.
4.2.3. Справочноинформационная система
4.2.4. Модуль автоматизации расчетов.
4.3. Модули автоматизации этапов проектирования
Выводы.
5. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ПОИСКА ОБЪЕМНОПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ
5.1. Программный модуль Автоматизированная система размещения разногабаритных компонентов на базе генетических алгоритмов
5.2. Модуль автоматизированного построения разрезов производственных помещений.
5.3. Рекомендации по использованию программных средств при
проектировании перерабатывающих предприятий
5.4. Пример решения задачи размещения технологического оборудования.
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Под техническим перевооружением действующего предприятия понимается комплекс мероприятий по повышению техникоэкономического уровня отдельных производств, цехов, участков на основе внедрения высокопроизводительного оборудования, автоматических линий, промышленных роботов, гибких автоматизированных систем и другого прогрессивного оборудования широкого использования высокоэффективных
технологических процессов комплексной механизации и автоматизации производственных процессов . Мероприятия по реконструкции производства предусматривают как частичное обновление и расширение существующих объектов, так и создание новых производственных мощностей. Расчеты показывают, что капитальные вложения в техническое перевооружение и реконструкцию с выполнением минимально необходимой доли строительных работ окупаются значительно быстрее, чем вложения в новое строительство. Такие результаты подтверждаются многочисленными данными, полученными при реконструкции недействующих сооружений в крупозаводы по производству гречневой крупы, пшена, ячневой, пшеничной, гороховой и кукурузной крупы 6. Необходимо отметить, что как техническое перевооружение или реконструкция предприятия, так и создание малых предприятий в большинстве случаев требует внесения существенных изменений в типовые ТП, что диктует необходимость разработки индивидуальных проектов для каждого предприятия. Сложность технологических систем перерабатывающих предприятий, обусловленная наличием большого числа элементов и сложностью их взаимодействия, необходимость учета большого количества трудно формализуемых, зачастую противоречивых ограничений, делают разработку индивидуальных проектов для каждого конкретного случая весьма трудоемкой задачей. Решение подобных задач требует использования автоматизированных систем, способных предоставить проектировщикам необходимые средства для разработки оригинальных решений. Перерабатывающие предприятия относятся к сложным объектам с непрерывнопоточным характером производства ,. Проведенный анализ показал, что задача проектирования ТС перерабатывающих предприятий представляет собой сложный многоуровневый процесс принятия проектных решений, состоящий из решения комплекса взаимосвязанных организационнотехнических и инженерных задач. Специфические особенности производств данного класса, наличие большого количества плохо формализуемых и часто противоречивых требований, вероятностный характер параметров ТП затрудняют использование точных математических моделей, применяемых при проектировании ТС других отраслей. Поэтому возникает вопрос о выборе метода моделирования, позволяющего создавать достаточно четкие описания проектируемых процессов в условиях значительного уровня неопределенности. Одним из подходов, позволяющих решать подобные задачи, является использование методов графического моделирования ,,,,1,. Использование графических представлений позволяет проектировщик достаточно быстро решать трудно формализуемые задачи, используя опыт, интуицию и зрительный аппарат. Графическое представление проектной информации является наиболее привычным для технологапроектировщика, поэтому использование графических моделей в качестве внутреннего языка описания данных на всех этапах проектирования позволяет значительно сократить сроки освоения систем автоматизации проектирования инженерамитехнологами, не являющимися специалистами в области программирования, облегчить восприятие проектной информации и ускорить получение решений. Унификация данных о возможности сочетания различных марок технологического оборудования и их интеграция с различными видами графических моделей делает процесс проектирования сквозным, облегчает переходы между этапами проектирования. Представление результатов проектирования в графическом виде позволяет проектировщику формировать, хранить и оценивать сразу несколько вариантов проектных решений, что позволяет значительно улучшить качество полученных проектов. Визуализация полученных проектных решений в совокупности с использованием модулей верификации позволяет обнаруживать и исправлять ошибки на ранних этапах, что в конечном итоге значительно сокращает сроки проектирования и повышает его эффективность. Таким образом, для автоматизации моделирования и проектирования ТС перерабатывающей промышленности целесообразно использовать автоматизированные системы, имеющие мощные средства поддержки геометрического моделирования.