Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Обзор работ по оптимизационному моделированию 10
1.2. Анализ состояния оптимизационного моделирования в автоматизированных системах переработки технологической информации 25
1.3. Анализ работ по автоматизации синтеза планировок..30
1.4. Выводы и постановка задачи исследования 47
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ 49
2.1. Аппарат формализованного описания 49
2.2. Закономерности синтеза
2.3. Методика построения
2.4. Построение локального банка данных
2.5. Метод автоматизированного синтеза эквивалентных полиномиальных целевых функций
2.6. Алгоритм синтеза, квадратичных целевых функций
2.7. Метод автоматизированного синтеза оптимизационных моделей
3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ОПТИМИЗАЦИОННЫЕ МОДЖИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СИНТЕЗА ПЛАНИРОВОК
3.1. Общее описание и информационные модели системы автоматизированного синтеза планировок
3.2. Структура оптимизационных моделей в системе Д7
3.3. Модель формирования структуры планировок 123
3.4. Оптимизационные модели зонирования 131
4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РЕШЕНИЯ ЗДЦАЧ СИНТЕЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЛАНИРОВОК 134
4.1. Компоновка цеха 134
4.2. Формирование схемы размещения оборудования на производственных участках 153
4.3. Компоновка рабочего места 160
4.4. Синтез планировок гибких автоматизированных производств 172
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 181
ЛИТЕРАТУРА 183
Приложение I. Очередность организации процессов автоматизации в технологической подготовке производства 198
Приложение 2. Пример практической реализации аппарата формализованного описания ОМ 202
Приложение 3. Блок-схемы алгоритмов, тексты программ и используемые кодировочные бланки 207
Приложение 4. Лемма о представлении целевой функции в виде случайного среднего пути 223
Приложение 5. Таблицы формализованного описания ОМ структуры технологической планировки рабочего места 226
Приложение 6. Примеры практической реализации ППП оптимизации компоновки цеха в реальных производственных задачах 230
- Обзор работ по оптимизационному моделированию
- Аппарат формализованного описания
- Общее описание и информационные модели системы автоматизированного синтеза планировок
Обзор работ по оптимизационному моделированию
Под оптимизационным моделированием будем понимать процессы формирования и реализации опттдазационных моделей.
Оптимизация как общенаучный методологический подход находит широкое применение при решении самых разнообразных задач проектирования и управления в народном хозяйстве. Однако, конкретная прикладная её реализация требует в каждом понятии и определении введения системы соотношений и зависимостей, методов и алгоритмов, отражающих понятийный уровень разработчика, его знание моделируемого объекта, способов и средств реализации оптимизационного подхода. Таким образом, применение оптимизации предполагает формирование аппарата оптимизационного моделирования, позволяющего строить и эффективно реализовать оптимизационные модели.
Исследованию задач оптимизационного моделирования посвящено значительное количество работ в отечественной и зарубежной научно-технической литературе [ 1,3,6,8,15,23,37.39,50 и др. ] . Полученные результаты в основном относятся к проблематике реализации оптимизационных моделей (ОМ) (например, методами математического программирования). Вопросы формирования ОМ и их анализа исследованы крайне мало.
Анализ состояния работ по оптимизационному моделированию позволяет выделить ОМ двух типов:
- ОМ в управлении объектами;
- ОМ в проектировании объектов.
Для задач I типа характерно построение ОМ некоторого регулируемого объекта (например, [ 48] ); основным назначением такой модели является определение параметров регулирования, которые вместе с нерегулируемыми рассматриваются как входящий поток, а значения количественных критериев оптимальности - как выходящий. ОМ П типа (например, [ I ] ) направлены на решение задачи предварительного определения некоторых оптимальных параметров, и, поэтому, эти параметры рассматриваются как объекты выходящего потока.
Наиболее общий подход в определении ОМ предложен в работе [ I ], Понимая под экстремальной задачей пару ( D , / ), где множество ) определяется "системой ограничений (условий) задачи", a J - целевая функция, авторы работы [I ] классифицируют задачи по виду О и / : выпуклое программирование, линейное программирование, квадратичное программирование, дискретное программирование, динамическое программирование. На множестве (Г экстремальных задач ( 2) , / ) вводится понятие эквивалентности, которое базируется на идее о том, что информация о решении одной из эквивалентных задач должна быть достаточна для получения всей необходимой информации о решении другой, предполагается, что эквивалентные задачи сформулированы как чисто математические, т.е. они могут осуществлять функции моделирования объектов совершенно различной природы. Введенное понятие эквивалентности позволяет свести ряд известных задач к линейному виду, является удобным теоретическим аппаратом решения задач математического программирования. Авторы работы [ I ] указывают на актуальность вопроса машинной генерации задачи математического программирования в связи с трудностями, к которым относят:
- необходимость сокращения объема информации, так как скорость её ввода не соответствует быстродействию машины;
- приемлемое размещение в памяти ЭВМ массивов исходной информации;
- эффективное использование текущей информации;
- определение оптимальных размеров рабочего поля в оперативной памяти ЭВМ и т.д.
Аппарат формализованного описания
Оптимизационной моделью (ОМ некоторой технической задачи (ТЗ)) будем называть совокупность такую, что решение 0Со задачи математического программирования совпадает с оптимальным решением ТЗ. При этом параметры модели, являющиеся входящим потоком или формализованным представлением исходных данных ТЗ; X - неизвестная величина в ОМ, подлежащая определению и представляющая выходящий поток или решение ТЗ; сКр) - область возможных значений неизвестной величины, границы области обусловлены параметрами f модели ОМ; /(ROC)- функция цели, формирующая на основе информации и выражения (2.2.) закон, по которому из всех оГєсЦ/р") выбирают один - ОС , называемый оптимальным решением ОМ и ТЗ.
В дальнейшем совокупность всех ОМ, заданных по форме (2.1.) будем называть множеством параметрически заданных оптимизационных моделей (Р-моделей) и обозначать Ji
На множестве ЗГ введем понятие эквивалентности.
Общее описание и информационные модели системы автоматизированного синтеза планировок
Одной из важнейших задач автоматизации переработки информации и управления в технологической подготовке производства является создание систем автоматизированного синтеза (САС) планировок при создании и перевооружении судостроительных предприятий.
Проектирование предприятия является первым и основным этапом капитального строительства, обеспечивающим создание новых и реконструирование действующих заводов.
Главными и решающими подразделениями каждого завода являются его цехи. От качества их работы зависит эффективность всей производственной деятельности завода в целом. Поэтому проектирование цехов является важнейшей составной частью проектирования каждого завода.
Основная цель проектирования - разработка наиболее экономичных проектов заводов и цехов, соответствующих передовому уровню отечественной и зарубежной техники и обеспечивающих выпуск высококачественной продукции при наиболее благоприятных условиях труда для всех работников запроектированного объекта.
Одним из важнейших принципов создания проектов предприятий и подразделений является [69] :
"Для создания качественных проектов новых заводов и цехов в наиболее короткие сроки проектные организации должны шире применять электронно-вычислительную технику для изыскания наивыгоднейших решений технологических, планировочных, транспортных и других задач и выполнения нужных расчетов. Вся собственная работа проектной организации должна строиться на основе научной организации, труда и управления".
Лозунг использования вычислительной техники при проектировании отвечает материалам ХХУІ съезда, в Основных направлениях народного хозяйства указывается на необходимость дальнейшего развития автоматизации проектно-конструкторских и научных работ.
Автоматизация формирования технологических планировок является одной из важнейших функций автоматизации технологической подготовки производства. Необходимость создания САС технологических планировок продиктовано возросшим количеством и сложностью задач синтеза планировок.
Возможность создания таких систем обусловлено развитием электронно-вычислительной техники (особенно средств ввода-вывода), теории программирования на ЭВМ, прикладных математических дисциплин, а также методологии проектирования предприятий.
Основной целью автоматизации решения технологических задач является повышение качества проектируемых объектов на основе применения методов математического моделирования, снижение сроков проектирования и высвобождение персонала (проектировщиков) за счет использования средств вычислительной техники и программирования.
Автоматизацией синтеза технологических планировок называется применение средств вычислительной техники для решения задач, возникающих при формировании планировок технологического оборудования, транспортных средств, коммуникаций и др. объектов промышленных предприятий. При этом под технологической планировкой понимается расстановка технологического оборудования с учетом принятой формы организации технологических процессов, минимизации грузопотоков, применения эффективных средств транспортирования и складирования материалов, заготовок, производственных отходов. Разработка САС технологических планировок направлена на совершенствование процесса проектирования планировок, обеспечение непрерывного цикличного блочно-модульного технического перевооружения производств. Расстановка оборудования на участках влияет на величину транспортных расходов, себестоимость продукции и капитальные вложения, на степень прямо точности, непрерывности и ритмичности производства, на уровень организации труда [85] . Таким образом, формирование оптимизационных моделей технологических планировок, реализующих в качестве целевых функций предложенные критерии, является одной из важнейших задач при создании САС планировок в процессе разработки математического обеспечения.
