Моделирование проектных решений.

Актуальность темы. При моделировании и проектировании технологических систем (ТС), характерными чертами которых являются сложность структуры и многовариантность построения, особую значимость приобретает вопрос использования математических моделей и методов, позволяющих получать наборы допустимых решений, производить их анализ и оптимизацию.

Такие особенности задачи моделирования и проектирования ТС предприятий перерабатывающей промышленности, как вертикальная организация процессов обработки материальных потоков, наличие большого числа элементов со сложной структурой их взаимодействия, необходимость учета множества трудно формализуемых и противоречивых ограничений, приводят к необходимости решения задач большой размерности, что затрудняет использование строгих аналитических моделей при их разработке.

Использование типовых моделей, применяемых при проектировании ТС с вертикальной организацией технологических процессов (ТП), затруднено применением самотечного транспорта с произвольными углами наклонов труб, что исключает использование ортогональной метрики систем коммуникаций продуктов переработки и вводит ряд специфических ограничений.

Эти обстоятельства свидетельствуют о необходимости создания специализированных моделей ТС с вертикальной организацией, базирующихся на использовании методов моделирования и оптимизации, позволяющих генерировать и оценивать проектные решения в условиях неполноты и неопределенности проектной информации.

Одним из подходов, позволяющих решать подобные задачи, является совместное использование методов эволюционного (генетические алгоритмы) и графического моделирования. Такой выбор обусловлен некритичностью генетических алгоритмов к виду оптимизируемой функции, их высокими адаптационными свойствами и быстрой сходимостью при решении оптимизационных задач.

Комбинация методов эволюционного и графического моделирования позволяет гарантированно получать наборы допустимых проектных решений в условиях неопределенности исходных данных, облегчает переходы между этапами проектирования, упрощает решение задач оценки и оптимизации проектных решений.

Таким образом, моделирование принятия проектных решений при разработке сложных ТС с вертикальной организацией процессов обработки материальных потоков является весьма важной и актуальной проблемой.

Тематика диссертационной работы соответствует одному из научных направлений Воронежского государственного технического университета «Вычислительные системы и программно-аппаратные комплексы».

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка математических и программных средств моделирования и анализа производственных систем со сложной структурой и вертикальной организацией процессов обработки материальных потоков, ориентированных на реализацию в рамках графических систем принятия проектных решений.

Для достижения поставленной цели в работе определены следующие задачи исследования: проведение системного анализа проблем моделирования и проектирования сложных ТС с вертикальной организацией; формирование математических и графических моделей элементов ТС для решения задачи принятия проектных решений; разработка математических средств для генерации и оценки планировочных решений, основанных на эволюционных методах решения оптимизационных задач; создание специализированного программного обеспечения, реализующего разработанные модели и методы в составе графической системы технологического моделирования и проектирования.

Методы исследования. В качестве теоретической и методологической основы диссертационного исследования использованы методы теории системного анализа, математического моделирования, объектно-ориентированного программирования, математического программирования, компьютерной графики.

Научная новизна. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: структурная модель процесса разработки сложных ТС, отличающегося от классических использованием графических представлений на всех этапах поиска проектных решений; оптимизационная модель задачи планировочного проектирования, учитывающая взаимное расположение элементов ТС на смежных этажах; модификации численных методов оптимизации и эволюционного моделирования, позволяющие решать задачу принятия проектных решений для сложных ТС с вертикальной организацией материальных потоков; алгоритм формирования геометрических моделей элементов ТС, использование которых позволяет существенно сократить вычислительные затраты при генерации планировочных решений; математические средства улучшения проектных решений, основанные на модификациях алгоритмов парных перестановок, Хука-Дживса, генетического алгоритма.

104. Методы оптимизации проектных решений.