Введение к работе
.Актуальность проблемы. Повышение эффективности капитальных влохекий и качества объектов промысленного строительства при интенсивном обновлении выпускаемой продукции, обладающей высоким уровнем потребительских и производственно-технологических свойств.во многой определяется вариантной проработкой комплексных решений на начальной стадии проектирования. Современные предприятия ыгиино- и приборостроения характеризуются большими объемами выпуска изделий и их составных частей, находящихся в заделе, разнообразием технологических процессов и организационных форл производства. Проектирование таких предприятий основано ка совместном рассмотрении функционирования технологического оборудования, средств транспортирования и накопления предметов труда на базе различных организационных фор/. (ГііС - гибкая производственная система, ГАИ - гибкое автоматизированное производство и др.). При этом решается множество проектных задач и осуществляется согласование противорзчквих требований для получения принципиальных рзизний и определения основных параметров проектируемого объекта. С учетом архитектурно-строительных решений и решений по инженерному обеспечению в процессо проектирования порождается множество объектов различной природы, организация которых по соответствующим задам отношений образует многомерную иерархическую пространственную структуру проектируемого объекта.
Организация промышленного предприятия в значительной степени определяется решением множества задач с общими закономерностями формирования топологического и геометрического пространства (от компоновки поточных линий, комплектов оборудования, транспо-ртно-накопительных систем и др. производственных объектов до схем генеральных планов и сбъемко-планкровочных решений зданий промышленного предприятия). Однако для создания эффективного проекта недостаточно проведение вариантных проработок отдельных решений без их взаимоувязки и согласования в комплексном проектном решении, аатлоишей частью которого является формирование пространственной структуры промышленного объекта.
Отмеченное обстоятельство обуславливает возникновение, а также необходимость разрешения проблемы повышения эффективности процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов, которую представляется целесообразным рассматри-
вать з двух основных направлениях:
эффективности получазмых разультатог за ечзт расширения класса рапаеьых задач и зо: взаимообусловленности;
оффзктизности организации и рзализации сашіх процессов вариантного автоматизированного проектирования (ВАШ.
Настощая работа посвяцєна разработке экспериаентально-теоретических основ г.озшіения оффахтизности многоэтапных процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов за счет построения моделей объектов, задач, процосоов проектирования, расширения стопанк использования ыетодоз фор-ін-рования н оценки проектних решений в условиях неопределенности, создания на этой осново программных срздств, позволяющих реализовать снстекы вариантного автоматизированного проектирования для построения объектов с существенно болое в;:.:. :іш уровнем оаданкьв: свойств. Представленные результати получены автором в период І97І-І99І г.г. при раализацни НИР и ОІСР, выполненных на основании:
координационного плана ГЛ1Т Си СССР по решонию научно-технической проблемы 0.&0.15.04 на период ЇУ76»І5іЮ г.г.;
отраслевой коыплексно-цзл&эой программы по GAiiP-ИЭТ и целозой комплексной программ СЦ.027, утверзденной ГійіТ CM СССР, Госпланом GCCP и Академией наук СССР (постановлонно 1е 474/25*3/ 132 от 12 декабря 1930 г., задание ОЦ. 027.04) на период 1961-1985 г,г.;
отраслевой яомплекеко-цзловой программы по CAiP-ИЭТ на период .1936-1990 г.г.;
решения комплекса задач выбора оптимальных вариантов технико-экономической части проекта предприятий трикотажной промышленности в 1991 г.
Объекты и мотоды исследования. Оснозньзді объектами настоящего исследовании являются:
промкелоншо здания с яоличзством формируемых свойств до 30 (вклачая агрегированные), количеством варьируемых параметров до 20, количеством компонуемых элементов до 100 и варьируемых параметров по каждому из них до 5;
гибкие производствгнныз систама с количеством формируемых" свойств до 10, количеством варьируймых парамотров до 20, количеством компонусі-да олеызнтоз до 100 и варьируемых параметров по каздому из них до 5.
В работе использованы методы: конкретных технических наук - промышленного строительства и технологической подготовки производства в машиностроении и приборостроении; общей теории систем и моделирования; инженерной психологии; математической теории эксперимента; теории решения многокритериальных задач оптимизации; теории многоуровневых иерархических систем; теории информации; математической статистики и различных разделов прикладной математики.
Цель работы - повышение эффективности процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов за счет создания моделей, методов и средств формирования наиболее предпочтительных многоуровневых решений в условиях неопределенности и построения на их основе систем вариантного автоматизированного проектирования, что позволяет разрабатывать проекты с более высоким уровнем потребительских и производственно-технологических свойств (снижение стоимости строительства, материалоемкости, сокращение грузопотоков, длительности производственного цикла и др.).
Для достижения поставленной цели было необходимо:
исследовать состояние и основные направления развития процессов проектирования промышленных объектов;
разработать модельное представление многоуровневой пространственной структуры промышленного объекта;
выполнить моделирование процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов в условиях разбиения сложной задачи на совокупность подзадач с определением основных функций выбора при формировании и оценке проектных решений ;
разработать критериальную модель для многоэтапной оценки пространственной структуры промышленных объектов;
выявить основные виды неопределенности и разработать их классификацию с обоснованием единого подхода к учету неопределенности, поровдаемой объективными факторами;
разработать методы учета неопределенности в задачах поисковой оптимизации и многокритериального оценивания проектных решений и выполнить их экспериментальную проверку;
выработать требования к программный средствам реализации процессов іЗАІІ пространственной структуры промышленных объектов, разработать принципы их построения, компонентный состав, струк-
туру, создать, изготовить комплекс этих средств и ввести их в действие;
на базе созданного комплекса методов и средств разработать системы автоматизации проектирования и с их помощью осуществить проектирование конкретных объектов с оценкой эффективности получаемых результатов;
определить направления дальнейшего развития работ по повышению эффективности создаваемых систем БАЛ за счет разработки новых, а также развития, модернизации ранее созданных моделей, методов и средств их реализации,
Научная новизна. Проблема повышения эффективности процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов в целом и их отдельных фрагментов впервые поставлена, рассмотрена и частично решена на основе предложенного подхода, комплекса созданных моделей, методов и средств.
Для решения задач многоэтапного ЗАЛ пространственной структуры промышленных объектов разработаны и впервые использованы модели, основанные на представлении объекта через множества элементов и отношений пространственного и иерархического типов, а также многоуровневую систему критериальных показателей.
Разработаны процессы ВАЛ промышленных объектов, отличительными особенностями которых являются: структурирование на основании предложений типологии моделей объектов и предметно-базированного подхода; использование моделей общей задачи проектирования, обеспечивающей полноту и выраженную целеориектиро-ванность постановок составляющих ее задач за счет максимального учета параметров и свойств, порождаемых как на данном уровне рассмотрения, так и с учетом результатов предшествующих уровней принятия решений.
Задача взаимосвязанных многоэтапных процессов вариантных решений в САПР впервые поставлена как задача многокритериальной оптимизации при различных видах неопределенности; предложен единый подход и разработаны методы учета неопределенности на основе использования информационных мер различия между показателями.
На основе предложенных способов учета неопределенности разработана модификация метода ветвей и границ, позволяющая существенно повысить эффективность поиска вариантов проектных решений в задачах большой разморности.
Впервые для реализации процессов ВАН объектов строительства созданы общесистемные программные средства на основе построения моделей и методов оптимизации многоэтапных проектных решений.
Указанные результаты представляют в совокупности решение проблемы построения систем ВАЛ пространственной структуры промышленных объектов.
Практическая ценность работы заключается а том, что на основании полученных научных результатов разработаны эффективные САЙР (ІМІ КОМИ МІ13, ІІС All МПЗ, САПР-проект, САЛР-ГПС) и общесистемные программные средства для реализации БАЛ. Использование разработанных под руководством и при непосредственном участии соискателя САПР в проектных институтах отрасли позволило сократить сроки и трудоемкость разработки проектов, а также повысить их эффективность за счет вариалтной проработки объемно-планировочных решений наиболее сложных объектов. Оригинальные компоненты САПР внедрены и используются в проектных и научно-исследовательских организациях смежных отраслей народного хозяйства, а некоторые из них адаптированы по отдельным заданиям с учетом специфики проектируемых объектов. На основании полученных научных результатов и проверки их на практике разработан отраслевой РД II 0739-90 "САйР ГНС. Основные положения. Схемы технологических процессов проектирования". Обобщенные научные результаты в виде специальных публикаций (книги, обзоры, методические указания и др.) включены и используются в учебных программах по САПР для студентов ВУЗов и институтов повышения квалификации специалистов и руководящих работников отраслей народного'хозяйства. Внедрение разработанных САПР и их эффективность в практике проектирования объектов промышленного строительства, а также использование результатов научных разработок соискателя в виде моделей, методов и средств ВАЛ подтверждается соответствующими актами, полученными от ВУЗов, институтов и факультетов повышения квалификации, проектных и научно-исследовательских организаций.
На защиту выносятся следующие основные положения:
модели пространственной структуры промышленных объектов, использование которых позволяет проводить построение, анализ и преобразование проектируемых объектов по уровням принятия решений;
процессы ВАЛ пространственной структуры промышленных
- б -
объектов, эффективность которых повышена за счет предложенной системы функций выбора в процедурах формирования и оценки предпочтительных решений в условиях неопределенности;
. - учет неопределенности на базе информационных мер различия мзгду маокествамн вариантов проектных решений, обеспечивающий совершенствование методов поисковой оптимизации и построение эффективных процедур многокритериального оценивания в системах ВАЛ;
модификация метода ветвей и границ за счзт оптимизации выбора поискового параметра і! уточнения нижней границы целевой функции, позволившая расширить область поиска пространственной структури промышленных объектов;
программные средства на основе предложенных моделей процессов и методов формирования реаений с использованием экспертной системы и проектно-ориентировакной базы данных для пост-роення и эффективной реализации многоэтапных процессов ВАЛ.
Апробация работа. Основные положения и результат работы докладывались и обседались на Jl Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы научной организации управления социалистической при.еялленностью" (Москза, ВИНІГІМ, 1972)', Всесояэном совещании по интерактивным система;.; проектирования (Москва, ШІУ, І9БІ); "Всесоюзной конференции "Диалог "Человек-ЗВлі" (Ленинград, ЛИАІІ, І9В2); Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы модульного судостроения (Нодуль-62)" (Ленинград, JlrOl, IVB2); УІ Веесзвзной конференции по инженерной психологии (Ленинград, ЛГУ, 1984); U Всесоюзной научно-техннчоскоіі конференции "Методы синтеза типовых модульных систем обработки данных" (Кишинев, ИН'ЮН.ШРИБОР, ISfcB); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Создание и развитие САПР в строительстве и подготовка кадров для автоматизации проектирования" (Москва, цііИИлроект, I96b); Всесоюзной конференции "Опыт практического использования системы автоматизации проектирования" (Ленинград, ЛДНТЛ, 1990); 4-х меглтрасловых и 7-ми отраслевых конференциях; 6~тп краткосрочных семинарах по CAilP при ЛДНТи. Основные положения по теме исследования легли в основу работ, которые экспонировались в период 1975-1968 г.г. на ВДНХ СССР и были удостоены серебряных медалей.
Публикации по работе. Материалы диссертации опубликованы в 115 научных работах, в 90 печатных, в том числе в монографии "Современные методы проектирования промздакпй (компоновочные решения)", вышедшей в "Стройиэдате" в 1990 г. Материалы диссер-
тации нашли полное отражение в 25 отчетах по НИР и ОКР, выполненных под научным руководством и при непосредственном участии автора. Отчеты прошли государственную регистрацию н находятся в отраслевом центре информации ЦНИИ "Электроника".
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, заключения и списка использованной литературы (165 наименований). Общий объем работы 236 стр. Основное содержание работа изложено на 147 стр.машинописного текста, рисунки и таблицы представлены на 71 стр. Акты внедрения оформлены отдельным приложением.
