CC BY
14
7. Yang, H. Software Reuse in the Emerging Cloud Computing Era [Text] / H. Yang, X. Liu. - Information Science Reference, 2012. - 54 p. doi: 10.4018/978-1-4666-0897-9
8. Sells, C. Essential.NET: The common language runtime [Text] / C. Sells. - Addison-Wesley Professional, 2011.
9. Gael, F. Dino Esposito, Cutting Edge - Aspect-Oriented Programming, Interception and Unity 2.0 [Electronic resource] / F. Gael. - MSDN Magazine, 2013. - Available at: https://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/gg490353.aspx
10. Rossi, J. Introduction to AOP With Castle [Electronic resource] / J. Rossi. - Castle Project Blog, 2015. - Available at: http:// docs.castleproject.org/Default.aspx?Page=Introduction-to-AOP-With-Castle&NS=Windsor&AspxAutoDetectCookieSupport=1
11. Win, B. Security through aspect-oriented programming [Text] / B. Win, B. Vanhaute, B. De Decker. - In Advances in Network and Distributed Systems Security, 2002. - P. 125-138. doi: 10.1007/0-306-46958-8_9
12. Kiczales, G. Aspect-oriented programming [Text] / G. Kiczales, J. Lamping, A.Mendhekar, C. Maeda, C. Lopes, J. M. Loingtier, J. Irwin // ECOOP'97. Proceedings of the 11th European Conference on Object-Oriented Programming, 1997. - P. 220-242. doi: 10.1007/BFb0053381
13. Fowler, M. Patterns of Enterprise Application Architectur [Text] / M. Fowler. - Addison Wesley, 2012.
-□ □-;-
Показано, що причиною високого вiд-сотку бракованих гумометалевих виробiв на виходi технологiчного процесу Ыньо-го виготовлення е инорування на еташ проектування зв'язностi параметрiв пгд-систем окремо всередин конструкци i технологИ, а також мiж цими тдсисте-мами. Побудована комплексна оптим^ зацшна модель конструкци та технологи. Запропонована комплексна символьна модель для еволющшноп оптимiзацii за допомогою генетичного алгоритму
Ключовi слова: гумометалевi вироби, зв'язтсть параметрiв, генетичш алго-
ритми, комплексш символьш моделi
□-□
Показано, что причиной большого процента бракованных резинометаллических изделий на выходе технологического процесса их изготовления является игнорирование на этапе проектирования связности параметров подсистем отдельно внутри конструкции и технологии, а также между этими подсистемами. Построена комплексная оптимизационная модель конструкции и технологии. Предложена комплексная символьная модель для эволюционной оптимизации с помощью генетического алгоритма
Ключевые слова: резинометаллические изделия, связность параметров, генетические алгоритмы, комплексные символьные модели -□ □-
УДК 004.942:62-272.6
|DOI: 10.15587/1729-4061.2016.65456|
1НФОРМАЦ1ЙН1 ТЕХНОЛОГИ ОПТИМ1ЗАЦИ
КОНСТРУКЦИ ТА ТЕХНОЛОГИ ВИГОТОВЛЕННЯ ГУМОМЕТАЛЕВИХ ВИРОБ1В
0. С. Савельева
Доктор техычних наук, доцент* E-mail: okssave@gmail.com
1. I. Становська Кандидат техычних наук**
E-mail: iraidasweet07@rambler.ru О. Ю. Лебедева* E-mail: ozrti@rambler.ru А. В. Торопен ко Кандидат техычних наук* E-mail: alla.androsyk@gmail.com *Кафедра нафтогазового та хiмiчного машинобудування*** **Кафедра вищоТ математики та моделювання систем*** ***Одеський нацюнальний полЬехшчний уыверситет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, УкраТна, 65044
1. Вступ
При проектуванш конструкци i технологи виготовлення окремо гумових або окремо металевих виробiв, як правило, застосовуються рiзнi методи оптимiзацii, що обумовлюеться суттево рiзними властивостями цих матерiалiв та очевидними вщ-мшностями в умовах iхнього виготовлення та екс-плуатаци, а також в зовшшшх прихованих впливах
на вирiб. Натомшть, об'еднаш гумометалевi вироби (мехашчш амортизатори, автомоб^ьш покришки, корпуси тдводних човшв, магштна та електропро-вщна гуми, тощо) [1-4], хоча й складаються i3 суттево рiзнорiдних за властивостями елеменпв (металу та гуми), проектуються, виготовляються i працюють «як одна деталь», i отже вимагають при цьому деякого сумкного, комплексного тдходу на у«х перелiчених етапах свого життевого циклу.
Зокрема, в проектуванш такий комплексний шд-хщ повинен Грунтуватися на нових шформацшних технологiях взаeмодii не ильки окремо мiж параметрами конструкцп та параметрами технологii, що оптимiзуються, але й на технологii iхньоi одночас-ног взаeмодii, iнакше конструкщя часто виходить неоптимальною, а технолопчний процес - неста-бiльним.
2. Аналiз лiтературних даних 1 постановка проблеми
Для гумометалевих виробiв система автоматизо-ваного проектування, як правило, суттево ускладню-еться за рахунок спроб врахувати б^ьше зовнiшнiх та внутршшх впливiв на об'ект [5, 6].
Адже будь-як прихованi чинники, що залиша-ються за межами моделей, використовуваних в про-цесi проектування конструкцп та технологи, тут мова йде про стаб^ьне отримання якiсноi кшцево! продукци [7].
Нестабiльнiсть, коли при суворому дотриманш запроектованих режимiв i властивостей матерiалiв на виходi отримують велику кiлькiсть (до 50 %) бра-кованоi продукцii, е, безумовно, найпршою характеристикою будь-якого проекту, при створенш якого «щось важливе» було проiгноровано, не включено до проектуючих моделей [8]. Такий проект виявляеться дуже чутливим до прихованих чинниюв, нездатним до «самостабШзаци» [9].
Вщомо, що головним завданням синтезу ста-бiльних систем управлiння е пошук такого закону останнього, який збертв би вихiднi змiннi системи i сигнали помилки в заданих допустимих межах, незважаючи на наявшсть невизначеностей в контур1 управлiння [10]. У випадку проектування мова йде про пошук таких методiв та моделей останнього, коли готовий продукт буде збертти свою яюсть в заданих допустимих межах [11], незважаючи на наявшсть невизначеностей в проектуючих методах та моделях.
3. Мета та задачi дослщження
Метою роботи е тдвищення стаб^ьност гумо-металевого виробництва, а також тдвищення якост продукци гумотехшчних пiдприемств на етат комплексного автоматизованого проектування конструкцп та технологи виготовлення гумометалевих машинобу-дiвних деталей шляхом розробки i впровадження нового комплексного тдходу до оптимiзацii параметрiв конструкцii та технологи.
Для досягнення цiеi мети в робот були вирiшенi наступш задачi:
- видiленi та об'еднаш пiдсистеми та iхнi зв'язанi параметри загальноi системи комплексного проектування конструкцп та технологи виготовлення гумометалевих амортизаторiв;
- розроблеш символьш моделi (хромосоми) для ба-гатокритерiальноi багатоекстремальноi еволюцiйноi комплексноi оптимiзацii.
4. Розробка шформацшно! технологи проектування гумометалевих виробiв
4. 1. Видiлення та об'еднання пiдсистем, елементiв та зв'язаних параметрiв системи «конструкщя - тех-нолопя» гумометалевого амортизатора АКСС-10М
Гумометалевий вирiб е нероз'емним з'еднанням двох частин однiеi деталi: гуми та будь-якого мета-лу або шших речовин, якi за своiми властивостями наближаються до металiв, наприклад, графиу - за електропровiднiстю, алмазу - за твердктю, тощо. Тех-нолопя виготовлення будь-яких гумометалевих виро-бiв мiстить единi для усiх клаав останнiх операцii, об-ладнання та речовини, наприклад, вулкашзащя гуми, тдготовка початкових компонентiв, тощо.
В робот видiленi такi класи гумометалевих виробiв:
- гумометалевi вироби класу «Гумове покриття»;
- гумометалевi вироби класу «Силовий компози-цiйний елемент»;
- гумометалевi вироби класу «Зосереджене (макро) армування»;
- гумометалевi вироби класу «Дисперсшне (мiкро) армування».
Оскiльки вироби, як входять до рiзних класiв, ма-ють суттевi особливостi при проектуванш iхньоi кон-струкцii та технологи '¿х виготовлення, будь-яке проектування гумометалевих виробiв повинно починатися з визначення цього класу та вибору ввдповвдних до останнього методiв та моделей. Далi будемо розглядати гумометалевi вироби класу «Силовий композицшний елемент» на прикладi гумометалевих амортизаторiв. Гумометалевий амортизатор - досить складна деталь, яка мiстить штампованi та лип елементи металевоi ар-матури i гумовий прошарок, який працюе в найважчих умовах механiчного навантаження. Базова конструкщя гумометалевого амортизатора типу АКСС-10М наведена на рис. 1.
Рис. 1. Базова конструкщя гумометалевого амортизатора АКСС-10 М
Вид^имо в конструктивна схемi амортизатора параметри, зв'язшсть мiж якими принципово вiдрiзня-еться. До них вiдносяться розмiри опорних майданчи-кiв, внутрiшнi та зовшшш дiаметри металевих деталей та гумового прошарку мiж ними, висоту амортизатора, тощо.
Як бачимо, зв'язок повшстю вщсутнш мiж розмiра-ми майданчиюв, слабий - мiж внутрiшнiм дiаметром зовнiшньоi металевоi деталi та зовшшшм дiаметром внутрiшньоi металевоi деталi, сильний - мiж висотами усiх металевих та гумового елементв (рис. 2).
1. Внутршнш
металевий
елемент:
- p03Mip
внутрiшнього опорного майданчика;
2. Зовшшшй
металевий
елемент:
-1 розмiр
зовнiшнього
опорного
майданчика;
Зв'язок вiдсутнiй
<:: ' ::> Слабкий зв'язок
С >
Сильний зв'язок
Рис. 2. Параметри елеменлв конструкцп амортизатора, якi пiдлягають оптимiзацN при проектуваннi та приклади системних зв'язмв мiж ними
Вiдмiтимо, що зв'язаш параметри з точки зору метрологи ввдносяться до одного геометричного або фiзичного явища: «доаметр - д1аметр», «довжина -довжина», «площа - площа» i т. п.
Схема базового технолопчного процесу виготовлення гумометалевого амортизатора класу «Силовий композицшний елемент» типу АКСС-10 М представлена на рис. 3.
Як видно з рисунку 3, технолопчний процес мктить таю основш елементи:
- обслуговування форм для вулкашзаци;
- виготовлення та контроль металевоï частини гумометалевого виробу: арматури (зазначимо, що в амор-тизаторi АКСС-10 М частина арматури виготовляеть-ся штампуванням, а частина - литтям);
- лиття гумовоï сумiшi в форму для вулкашзаци;
- вулкашзащя;
- фшшна обробка, контроль якост, маркування та пакування готових амортизаторiв.
Вiдмiтимо також i в цьому випадку, що зв'язаш параметри метролопчно вщносяться до одного геометричного або фiзичного сенсу: «тиск - тиск», «власти-вост - склад», тощо.
Видiлимо аналопчно в технолопч-нiй схемi виготовлення амортизатора параметри, зв'язшсть мiж якими прин-ципово вiдрiзняеться (рис. 4).
Тут також присутш три види зв'яз-кiв: нульовий зв'язок, слабкий зв'язок та сильний зв'язок. Зрозумшо, що по-дiбнi зв'язки наведеш умовно, адже в кожному випадку проектування ïx необxiдно встановлювати шдивщу-ально.
Поеднуючи схеми, наведенi на рис. 2, 4, отримуемо перелж параме-трiв елементiв, як конструкцiï амортизатора, так i технологи його виготовлення, як оптимiзуються при комплексному проектуванш. Приклади видiв системних та мiжсистемниx зв'язкiв мiж такими параметрами на-веденi на рис. 5.
Ввдмиимо, що «мжсистемш» зв'язки не такi очевидш, як внутршньо-системнi. Наприклад, для меxанiчноï
системи можна говорити про сильний звязок мiж швидкостями обертання двох шестерень, якi знахо-дяться на одному валу. Технолопчну систему можуть об'еднувати слабю зв'язки по температурi всерединi одного нагрiвального пристрою.
Прийняття та
збер^ання пресформ
Збер1гання гумових сум1шей
Чистка пресформ
Роз1гр1вання гумових сум1шей
Лиття гумових сум1шей
Контроль > Обробка
арматури < дробом
Вулкашзащя
Обробка деталей шсля вулкашзаци
Розбраковка
Випробування деталей
Промащення арматури клеем
Контроль якост1 покриття
Маркування
Покриття воском
Пакування та збер1гання готових амортизатор1в
Рис. 3. Схема базового технолопчного процесу виготовлення гумометалевого амортизатора АКСС-10 М
В мiжсистемному середовишд ознаки «пристрою» та «способу» можуть суттево вiдрiзнятися, що не ро-бить '¿х менш зв'язними. Наприклад, дiаметр свердла може бути однозначно зв'язаний iз дiаметром деякого конструктивного отвору, що може «потягнути» за собою режими свердлшня, тощо.
1. Виготовлення та контроль арматури:
- властивост
MaTepiany;
2. Лиття гумово'1 cyMrni:
- склад ^ >ryMOBOÏ сyмiшi;
Зв'язок вiдсyтнiй < >
Слабкий зв'язок < >
Сильний зв'язок
Рис. 4. Параметри елеменпв технолопчно!' схеми виготовлення амортизатора, ям оптимiзуються при проектуваннi, та приклади системних
зв'язмв мiж ними
Проектш процедури, вщповщно, також ускладню-ються, оскiльки тепер вони повиннi розв'язувати зада-чi оптимiзацii як для окремих тдсистем, переводячи параметри шших в початковi данi або в обмеження, так i для всiei системи «конструкщя - технолопя» в щлому.
1. Внутршнш металевий елемент:
- розмiр внутрiшнього опорного майданчика;
Рис. 5. Параметри елеменлв конструкци гумометалевого амортизатора та технологи його виготовлення, ям оптимiзуються при комплексному проектуванш, та приклади системних та мiжсистемних
зв'язкiв мiж ними
Для того, щоб зв'язанi параметри, яю вiдносяться до пiдсистем рiзноi фiзичноi природи, можна було оптимь зувати сумiсно, iх треба привести до деякого загального абстрактного (наприклад, безрозмiрного) параметру, тобто виконати '¿хне взаемне вщображення (рис. 6). Практичне здшснення такого вiдображення за допомо-гою комп'ютерного експерименту на розробленш для цього модел1 виконано на прикладi встановлен-ня зв'язку мiж розмiром гумово! частини амортизатору (параметр конструкци) та реолопчною характеристикою заповнення вщпо-вiдноi частини форми для вулка-нiзацii гумометалевою сумшшю (параметр технологи).
Дшсно, найбiльш вщповщаль-ним етапом технолопчного проце-су виготовлення виробiв з компо-зицiйних матерiалiв е заповнення формоутворюючого оснащення: форми для вулкашзаци, опалубки, тощо. На цьому етапi заклада-ються основнi показники якост готового виробу, визначаеться, чи буде вш придатним до експлуата-цii, формуються його властивосп, зовнiшнiй вигляд.
Тому конструктивш характеристики виробу та параметри тех-нологii (характеристики початко-вих матерiалiв, параметри, тощо), сумiсно суттево впливають на пе-рерахованi показники [12].
Шсля того, як параметри конструкци та технологи, яю треба спроектувати, визначеш, зв'яз-ки мiж ними встановленi, можна сформулювати задачу оптимiза-цii. Для нашого прикладу вона мала наступний вигляд.
Конструктивнi ознаки
Технолопчш ознаки
•^тт
(
Вт
Вт
Вт
Комп'ютерний або натурний експеримент по визначенню залежност В=В(Т)
Модель процесу заповнення пресформи
Експериментальна установка: пресформа та обладнання для вим1рювання
■^2тах
Рис. 6. Схема взаемного вщображення зв'язаних параметрiв, якi вiдносяться до тдсистем рiзноT фiзичноT природи
Задача.
При параметрах елементгв конструкци гумомета-левого амортизатора та технологи його виготовлення (рис. 5), як1 тд час оптимгзаци вважаються константами:
х11 - розмiр внутршнього опорного майданчика вну-
2
тршнього металевого елементу, м2;
х14 - розмiр зовшшнього опорного майданчика зо-вшшнього металевого елементу, м2; х16 - дiаметр гумового елементу, м; х21 - шорсткiсть матерiалу арматури, м-10-6; х 23 - дефектнiсть робочо' поверхнi литих елемен-тiв арматури, бал;
х25 - тиск лиття, Па; х27 - тиск вулкашзацп Па; х28 - твердiсть гуми, одиниць по Шору, розрахувати таю значення аргуменпв (рис. 5): х12 - зовшшнш дiаметр внутрiшнього металевого елементу, Dвн, м;
х13 - висота елеменпв (сильний зв'язок), I, м; х15 - внутрiшнiй дiаметр зовнiшнього металевого елементу, ¿зов, м;
х22 - рiвномiрнiсть заповнення форми для вулкашзацп «ркою, ДС^,
х24 - склад гумово' сумш^ мас. % сiрки;
х26 - температура вулкашзацп, К;
як1 доставляють максимум щльовим функщям:
Мам = 61231 [^ - d320в ) + ^в„ - d2н )] +
+1020,51 ^2ов - DBH), (1)
Сп= КТДС3, (2)
де Мам - загальна маса амортизатора; Стп - концен-
тращя тривимгрного полгмеру в гум1 (показник якостг, за яким бракують амортизатори тд час техтчного контролю); К - масштабний коефщгент.
при обмеженнях на слабкг зв'язки:
- в межах конструкци:
х12=х15±Ьк; (3)
- в межах технологи:
х12=х15+Ьт; (4)
- комплексне обмеження:
х12=х15±Ь компл) (5)
де Ьк; Ьт; Ькомпл - дгапазони допустимих змт вгдпо-вгдних параметргв в межах слабкого зв'язку для кон-струкцшног, технологгчног та комплексног тдсистем.
Таким чином, маемо двохкритерiальну (в загально-му випадку - багатокритерiальну) задачу оптимiзацii, цiльовi функцп яко' мають кiлька екстремумiв, а 'хт аргументи в певних межах зв'язаш внутрiсистемними та мiжсистемними обмеженнями.
Розв'язання задачi виконували за допомогою ево-люцiйного методу комплексного генетичного алгоритму, який додатково до «звичайного» генетичного алгоритму враховуе слабк зв'язки мiж оптимiзуючи-ми аргументами. Для цього була розв'язана наступна
задача даного дослщження: розробка символьних моделей (хромосом) для багатокритерiальноi багатоекс-тремально' еволюцiйноi комплексно' оптимiзацii.
4. 2. Символьш моделi (хромосоми) для багатокри-терiально¡ багатоекстремально! еволюцшно! комплексно! оптимiзащ¡
Проблеми в проектуваннi таких процеав виника-ють тодi, коли необхщно обчислити значення деяких параметрiв-аргументiв, що надають максимум або мш-мум заданим цiльовим функцiям, тобто при розв'язанш задач оптимiзацii. Справа в тому, що через складшсть щльових функцiй в системах «конструкщя - техноло-гiя» аналiтичнi методи оптимiзацii до них незастосовнi, а чисельш методи вимагають поiтерацiйного вартван-ня значення аргументiв, що вельми важко в умовах вза-емного зв'язку функщонально далеких одна вщ одно' характеристик, якi вiдносяться до рiзних пiдсистем.
Останнiм часом широкого поширення набув еволю-цiйний метод оптимiзацii багатоекстремальних систем, названий генетичним алгоритмом (ГА) [13]. Як ввдомо, основш обчислення в класичному ГА здшснюються на рiвнi так званих «хромосом» - символьних моделей, як несуть шформащю про аргументи щльово' функцп.
Якщо пiдсистеми в систем^ яка оптимiзуеться, незалежнi - цiльовi функцп в них рiзнi, а множини значень аргуменпв цих функцш не перетинаються, то такi тдсистеми з погляду розглянуто' проблеми не зв'язаш, i и постановка розпадаеться на кiлька неза-лежних завдань класично' оптимiзацii.
Якщо ж множини значень аргуменив цiльових функцiй в тдсистемах перетинаються хоча б част-ково, завдання стае «жорстким», осюльки, варiюючи пов'язанi аргументи в однш пiдсистемi, ми мимоволi змушенi однаково вартвати '¿х i в шшш.
Розв'язувати такi завдання запропоновано за до-помогою комплексного ГА, який породжуе комплек-сш зiркоподiбнi хромосоми, що враховують жорстк зв'язки [14].
Як зазначено вище, останнiм часом з'явилися ро-боти [13], що вводять новий вид хромосом - з «м'яким» зв'язком аргуменпв, у яких пов'язаш аргументи мо-жуть все ж таки вiдрiзнятися для двох тдсистем, але не б^ьше шж на деяку величину 5. Таке обмеження суперечить основним властивостям ГА: в^ьному варь юванню аргументiв при розв'язанш задачi оптимiзацii. Дiйсно, кожна епоха еволюцп ГА може бути ввдзначена появою хромосом нащадкiв, яю не задовольняють вказаному обмеженню, що призводить до аваршно' зупинки програми алгоритму.
Поява таких нащадюв у вiдносно великих юлькос-тях (що й спостерiгаеться на практищ) робить навiть комплексний ГА непридатним для оптимiзацiйних об-числень. Це вимагае створення альтернативного ГА, що мштить у своему складi метод схрещування хромосом, який адаптуеться до постшно виникаючих проблем з обмеженнями «м'яко!» зв'язность
Основною властивштю ГА е те, що в процеа опти-мiзацii аргументи можуть брати будь-яю значення з области обмеженою '¿х мiнiмальними i максимальними допустимими значеннями, наприклад, для щльово' функцii N аргументiв у(х);х={х1, х2, ..., хп} область кнування хромосом (область оптимiзацii) обмежена виразами: х1тт<Х1<Х1тах',
Х2тт<Х2<Х2 таю тах- (6)
На рис. 7, а в якост прикладу показана загальна (що збiгаеться по в«х чотирьох аргументах) область допустимих значень х1={х11, х12} i х2={х21, х22} в про-цесi оптимiзацii функцiй у1(х11, х12) i у2(х21, х22) за допомогою ГА.
На ввдмшу вiд двох класичних, при «жорсткш» -математично суворiй - зв'язност одна комплексна хромосома несе шформащю про три аргументи: х11, х12 i х2, осюльки аргумент х2 у них спiльний. У той же час вш зберiгае основну властивiсть ГА: вшьне варiю-вання в межах загальних обмежень (6).
При «м'якому» зв'язку до обмежень (6) додаються новк
Хщ£{Хь Xi+bmax} (7)
для кожно' групи зв'язаних аргуменпв, яка склада-еться, в загальному випадку, з 2, 3, ..., N елементв. У вщповщнш «м'якiй» двопараметричнiй хромосомi збертються вже п'ять змiнних: х11, х12, х21, х22, Ь, а пам'ять такого ГА додатково мктить обмеження Ьтах для кожного «м'якого» зв'язку.
Структурш схеми незв'язано', зв'язаних «жор-стко» i «м'яко» хромосом, а також зв'язано' комплексно' хромосоми для випадку двох аргументв, а також шформащя, що мiститься в них i в пам'я-т вiдповiдних генетичних алгоритмiв, наведенi в табл. 1.
Адаптащя алгоритму пiд оптимiзацiю об'екта зi слабкозв'язаними пiдсистемами здiйснювали на ета-пi схрещування ГА. На вщмшу вiд класичного ГА, в якому найчастше застосовуеться точкове, двохточ-кове i багатоточкове схрещування, в комплексному ГА з «м'якими» зв'язками застосовували рiвномiрне схрещування, яке iнакше називають монолггним або одностадiйним.
Всi отримаш таким чином нащадки пiддаються мутацп та iнверсii i далi проходять перевiрку на ви-конання умови (7) ^ якщо вона не виконуеться, вщ-буваеться повторне схрещування тих же батьюв, але при шшому '¿х сполученнi. Експеримент показуе, що «м'яких» операцiй схрещування в поеднанш з «жор-сткими» операщями мутацп i iнверсii достатньо для отримання в прийнятний час придатних для подаль-ших розрахункiв нащадкiв з дотриманням обмежень на зв'язшсть.
а
Рис. 7. Схеми побудови та обласп допустимих змш аргументiв цтьовоТ функци (хромосом) при оптимiзацN за допомогою: а — класичного ГА; б — зв'язаного ГА з «жорстким» зв'язком; в — зв'язаного ГА з «м'яким» зв'язком;
г — комплексного ГА
Таблиця 1
Схеми символьних моделей (хромосом) i шформащя, яка в них збер^аеться, при оптимiзацN двох двохпараметричних
шдсистем
№
Хромосома
1нформащя
Назва
Структурна схема
в ГА
В хромосом!
Незв'язана
1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1
Х21 Х22
1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1
х1т1т х1max, х2т1п Х2тах
х11, х12, х21, х22
Зв'язана жорстко
10111' М°И' 1
х1тт, х1тах, х2тт, Х2тах
х11, х12, х2
Зв'язана «м'яко»
0 0 1 1 0 0 1
£
0 0 1 1 1 0 1 0
>ь
х1min, х1max, х2тт, х2тах, Ьтах
х11, х12, х21, х22
Зв'язана «м'яко», комплексна
Вщображення конструктивних 1 технолопчних параметр1в
Зв'язаш кострук-тивш та технолопч-ш параметри,
х1min, х1max, x2min, х2тах, Ьтах
х11, х12, х21, х22
1
2
3
4
ь
Якщо ж таким чином не вдаеться виршити завдан-ня, адаптивний тдхщ можна поширити також на му-тацiю з швераею, що надасть користувачевi значно бшьше можливостей вибору варiантiв хромосом для нащадюв.
Схема комплексного адаптивного генетичного алгоритму мштить блоки адаптаци схрещування, як! «стежать» за виконанням описаних вище обмежень на процес оптимiзацii. Додатковим до вщомого алгоритму КГА е етап вщображення аргументв, як! належать системам р!зно' ф1зично' природи - конструктивним та технолопчним.
Запропонований метод оптимiзацii параметрiв об'ектв з! слабкозв'язаними р!знорвдними (конструк-щя - технологiя) пiдсистемами, який полягае в засто-суваннi розробленого адаптивного КГА для «м'яких» еволюцiйних обчислень, дозволив тдвищити глибину оптимiзацii i конструкци, i технологи та отримати в комп'ютерних та виробничих експериментах позитив-ний технiчний ефект [13].
Встановлено, що використання тдходу до про-ектування конструкцш та технологи виготовлення гумометалевих вироб!в як до систем, що складаеться з шдсистем !з зв'язаними параметрами, дозволяе по-лшшити показники якост! таких систем за рахунок
ефективно' оптим!заци 'х конструктивних та техноло-пчних характеристик.
5. Обговорення проблеми та запропонованих методiв и розв'язання
Анал!зом шнуючих метод!в проектування параме-тр!в конструкци гумометалевих вироб!в та технолог!' '¿хнього виготовлення встановлено, що так! виробни-цтва ввдр!зняються, як правило, нестабшьтстю ! для автоматизованого проектування вимагають спещаль-них метод!в та ускладнених моделей. Так, сучасне гумометалеве обладнання (мехашчш амортизатори, автомобшьш покришки, корпуси шдводних човшв, магштна та електропровщна гуми, тощо) складаеться з елементв, спроба сумшно' оптим!заци яких при про-ектуванш конструкцш та технологш стикаеться !з сер-йозними проблемами саме !з-за необхщност постшно враховувати суттево р1зш властивост! компонентв: металу та гуми.
Кр!м того, на р!зних етапах проектування опти-м!зацшш задач! мають р1зш щльов! функци, в яких часто повшстю (жорсткий зв'язок) або в межах деяких границь (слабкий зв'язок) ствпадають аргументи. При
проведенш комплексно' (конструкщя плюс техноло-пя) оптимiзацii необхiдно враховувати подiбнi зв'язки не пльки в рамках окремих етатв, але й мiж етапами, що значно ускладнюе розрахунки, осюльки задача оптимiзацii стае в цьому випадку багатокритерiаль-ною та багатоекстремальною.
Для розв'язання ще' проблеми удосконалено метод, в якому для подiбних розрахункiв використовуеться еволюцшна комплексна оптимiзацiя за допомогою генетичного алгоритму, в якому використовуються новi символьнi моделi - хромосоми, що враховують у« види поетапних та мiж етапних зв'язкiв.
Запропонований метод комплексного проектування використано в процес шформацшно' пiдтримки ви-робництва гумометалевих амортизаторiв АКСС-10М в ПАТ «Одеський завод гумових технiчних виробiв» (Укра'на) iз позитивним технiчним ефектом.
6. Висновки
1. Аналiз особливостей створення шформацшних моделей гумометалевих виробiв дозволив видшити та об'еднати пiдсистеми та зв'язаш параметри пiдсистем загально' системи «конструкщя - технолопя» проектування амортизаторiв. До пiдсистеми конструкцп
ввднесеш внутрiшнiй та зовнiшнiй металевi елементи та гумовий елемент, до тдсистем технологи - процеси виготовлення та контролю арматури, лиття гумово' сумiшi та вулкашзащя гуми. Запропонованi методи взаемного вiдображення зв'язаних параметрiв, яю вщ-носяться до пiдсистем рiзноi фiзичноi природи. Ввдо-браження може бути здшснене шляхом зведення роз-мiрностi будь-якого з параметрiв до шшого або зведення обох параметрiв до загального безрозмiрного числа.
2. Для розв'язання багатокритерiальних багатоекс-тремальних задач комплексно' оптимiзацii за допомогою еволюцшного методу створенi новi атрибути генетичного алгоритму, зокрема розроблеш новi зiр-коподiбнi символьнi моделi (хромосоми), iз внутрш-нiми зв'язками мiж окремими батьками та гнучкими обмеженнями на варжвання останнiх тд час оптимь зацп. В результат отримано парадоксальний висно-вок: шнуе додаткова можливiсть виконувати багато-критерiальну оптимiзацiю конструкцп та технологи виготовлення гумометалевих виробiв глибше, нiж за Парето, осюльки оптимiзацiя за Парето передбачае едине значення аргуменпв для у«х iтерацiй перебору цiльових функцш пiд час еволюцiйноi оптимiзацii, а при використанш запропонованого методу щ аргумен-ти на кожнiй ггерацп можуть вiдрiзнятися на деяку, залежну ввд глибини зв'язку, величину.
Лиература
1. Гринберг, П. Б. Технология нанесения наноструктурированных металлопокрытий на резинотехнические изделия [Текст] / П. Б. Гринберг, К. Н. Полещенко, В. И. Суриков, Е. Е. Тарасов // Вестник Омского университета. - 2012. - № 2 (64). -С. 249-252.
2. Eggbeer, D. Evaluation of direct and indirect additive manufacture of maxillofacial prostheses [Text] / D. Eggbeer, R. J. Bibb, L. P. Evans, Lu Ji // Institution of Mechanical Engineers. - 2013. - Vol. 226, Issue 9. - P. 718-726.
3. Asano, E. Small and lightweight anti-vibration rubber products [Text] / E. Asano, T. Sugira, N. Kimura, T. Toyama, T. Taguchi // Technical Review. - 2014. - Vol. 79. - P. 47-50.
4. Rubber metal buffers [Electronic resource]. - Available at: http://www.hokon-verschlusstechnik.de/userfiles/pdf/M-%20 Gummipuffer/M-1-Rubber-metal-buffers.pdf
5. Banica, M. Tribology Aspect of Rubber Shock Absorbers Development [Text] / M. Banica, D. Stamenkovic, M. Milosevic, A. Miltenovic // Tribology in Industry. - 2013. - Vol. 35, Issue 3. - P. 225-231.
6. Pinjarla, P. Design and analysis of a shock absorber [Text] / P. Pinjarla, K. Т. Lakshmana // International Journal of Research in Engineering and Technology. - 2012. - Vol. 1, Issue 4. - P. 578-592. doi: 10.15623/ijret.2012.0104009
7. Shvets, P. S. The computer-aided design of rubber-metal products [Text] / P. S. Shvets, O. Yu. Lebedeva, V. V. Bondarenko // Пращ Одеського нащонального пол^ехшчного ушверситету. - 2015. - С. 63-72.
8. Liu, B. Quality evaluation of rubber-to-metal bonded structures based on shearography [Text] / B. Liu, X. Guo, G. Qi, D. Zhang // Science China Physics, Mechanics & Astronomy. - 2015. - Vol. 58, Issue 7. - P. 1-8. doi: 10.1007/s11433-015-5658-7
9. Fan, X. H. Random vibration test simulation for a specimen with vibration-isolating rubber considering stiffness nonlinearity [Text] / X. H. Fan, S. Q. Hu, Z. X. Zhang // J Vibr Shock. - 2009. - Vol. 28. - Р. 174-176.
10. Yu, L. Optimal guaranteed cost control of singular systems with delayed state and parameter uncertainties [Text] / Y. Li, J.-M. Xu, Q.-L. Han // Proceedings of the 2004 American Control Conference. Central Queensland University Institutional Repository, 2004. - P. 4811-4816.
11. Васильев, Е. М. Робастная стабилизация многомерных объектов в системах с переменной структурой [Текст] / Е. М. Васильев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8, № 11.
12. Савельева, О. С. Модель реологии гетерогенных потоков [Текст]: зб. наук. праць / О. С. Савельева, А. В. Андросюк, Е. Ю. Лебедева // Висок технологи в машинобудуванш. - 2011. - Вип. 1 (21). - С. 209-213.
13. Прокопович, И. В. Адаптивный генетический алгоритм для «мягких» эволюционных вичислений [Текст]: матер. ХХ мiжн. конф. / И. В. Прокопович, П. С. Швец, Е. Ю. Лебедева // Конференщя з автоматичного управлшня «АВТОМАТИКА/ AUTOMATICS - 2013». - Миколшв, 2013. - С. 143-144.
14. лебедева, Е. Ю. Метод контроля качества резино-металлических амортизаторов [Текст]: сб. мат. ХХ11 семинара/ Е. Ю. Лебедева, С. В. Кошулян, Абу Шена Усама // Моделирование в прикладных научных исследованиях. - Одесса, 2014. - С. 60-62.
.................................................................................................................................................................................................................................|з5
