CC BY
30
УДК 658.512.012.011.56:665.6
И. М. ЗУГА
Законодательное собрание РФ, г. Москва
ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ, МЕТОДИКА И СТРУКТУРА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СИНТЕЗА СХЕМ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ
Предложены обобщенный алгоритм, методика и структура системы автоматизированного синтеза схем расположения объекта. Синтез схем ведется при условии, что возможные места расположения объектов предварительно не назначены. Ключевые слова: обобщенный алгоритм, автоматизированный синтез, схемы расположения объектов.
Проблема оптимального размещения достаточно большого числа объектов на выделенной территории, как правило, встает уже на ранней стадии проектирования производственных комплексов в пред-инвестиционный период его создания в условиях существенной неопределенности. Принимаемые на этом этапе решения являются весьма ответственными, так как они в значительной степени предопределяют качество проекта, а неудачное размещение объектов на начальной стадии весьма трудно компенсировать в дальнейшем.
Взаиморасположение объектов в производственных комплексах может быть оптимизировано по различным критериям. К основным показателям качества схемы размещения объектов в первую очередь следует отнести затраты на создание и эксплуатацию коммуникационных связей между объектами, площадь и габариты территории, необходимой для размещения объектов проектируемого производственного комплекса, а в некоторых случаях и длина периметра этой территории [1—4]. Оптимизацию схем размещения можно вести как отдельно по одному из упомянутых показателей, так и по некоторому комплексному, представляющему собой определенную их комбинацию.
В данной статье предлагается обобщенный алгоритм, методика и структура системы автоматизированного проектирования схем расположения объектов предприятий при условии, что места расположения объектов предварительно не назначены. Предусматривается возможность ведения синтеза схем расположения объектов в два этапа. На первом этапе объекты в плане представляются окружностями, а на втором — объекты могут в плане считаться как окружностями, так и прямоугольниками. Представление геометрических образов всех объектов в виде окружностей, особенно с большой разницей в их длине и ширине, является достаточно грубым, однако вычислительные затраты при поиске оптимального расположения объектов в этом случае существенно меньше. Если результаты, полученные на первом этапе, не удовлетворяют проекти-
ровщика, то можно перейти ко второму этапу с более точным учетом конфигурации объекта в плане. Тогда первый этап синтеза можно считать как поиск некоторого приближенного решения, а второй этап рассматривать как уточняющий, применяемый к выбранному решению на первом этапе.
Предлагаемые обобщенный алгоритм, методика и структура автоматизированного синтеза схем расположения объектов позволяют представлять полученное оптимизированное расположение объектов, как в локальной системе координат, используемой для первоначального анализа результатов, так и — для окончательного варианта — в абсолютной системе, привязанной к геодезическим отметкам.
Обобщенный алгоритм (рис. 1) обеспечивает поиск оптимальных по упомянутым критериям схем расположения объектов и содержит пятнадцать основных блоков.
Приведем описание алгоритма.
В блоке 1 назначаются исходные данные в соответствии с поставленной оптимизационной задачей: а именно, ключи, формирующие траекторию вычислительного процесса в зависимости от выбранного критерия оптимизации или от комбинации критериев при многокритериальной оптимизации; габаритные размеры объектов в плане; регламентированные минимально допустимые расстояния между объектами на просвет и ряд других необходимых данных.
В блоке 2 происходит выбор способа получения начального приближения оптимизационного решения (начальных значений координат центров объектов). В зависимости от значения ключа д начальные значения координат центров объектов должны быть либо назначены экспертами (блок 3), на основе их опыта и предварительного анализа задачи (д= 1), либо приняты как результат работы генератора случайных чисел (блок 4) при расположении начального приближения в прямоугольнике выбранного размера (д = 2), либо при желании получить начальное расположение центров объектов вне выбранного прямоугольника — как резуль-
с
Начало
3
Ввод исходных данных, соответствующих решаемой задаче
\ приближения
4=1 4=2
Экспертное Использование
формирование 4 генератора 5
начального случайных
приближения чисел
4=3
Начало 1-го этапа
Использование генератора случайных чисел с последующим пересчетом
Расчет соответствующей критериальной функции
Расчет функции штрафа
при'представлении объектов окружностями
Расчет целевой функции
Первый этап поиска оптимальной схемы расположения объектов
Конец 1-го этапа
Начало 2-го этапа
Первый этап поиска завершен?
\Нет
Да
10
11
12
13
14
Второй этап поиска выполнять?
Да
Расчет соответствующий критериальной функции
_Да_
Расчет функции штрафа при представлении объектов в зависимости от их конфигурации окружностями либо прямоугольниками
Конец 2-го этапа
Расчет целевой функции
Второй этап поиска оптимальной схемы расположения объектов
Второй этап поиска завершен?
Да
> Нет
Выбор системы координат для представлений схем расположения объектов (локальная система координат ак=0; абсолютная система координат ак=1)
Рис 1. Блок-схема обобщённого алгоритма синтеза схем расположения объектов (начало)
90
Рис 1. Блок-схема обобщённого алгоритма синтеза схем расположения объектов (окончание)
Методика автоматизированного проектирования схем расположения объектов
Таблица 1
№ п/п Проектная процедура Тип процедуры
1. Ввод параметров объектов и комплекса объектов ручная
2. Определение начальных позиций
2.1 Выбор варианта определения начальных позиций поиска ручная
2.2 Определение начальных значений ручная/автоматическая*
3. Определение целевой функции
3.1 Выбор типа учитываемых критериев ручная**
3.2 Выбор стратегии учета критериев ручная**
4. Решение задачи синтеза на 1-м этапе автоматическая
5. Анализ результатов 1-го этапа
5.1 Визуализация результатов автоматическая
5.2 Анализ результатов и выбор начального варианта для 2-го этапа синтеза ручная**
6. Решение задачи синтеза на 2-м этапе автоматическая
7. Анализ результатов 2-го этапа
7.1 Визуализация результатов автоматическая
7.2 Выбор проектного решения ручная**
8. Расчет абсолютных координат автоматическая
9. Формирование данных для следующего этапа проектирования автоматическая
* — в зависимости от результатов п. 2.1
** — значения заданы по умолчанию
тат пересчета случайных чисел (блок 5) по тем или иным формулам (д = 3).
Разработанный алгоритм, как отмечалось, предусматривает возможность ведения поиска оптимальных схем расположения объектов в два этапа.
В блоках с 6-го по 9-й выполняется 1-й этап поиска оптимального расположения схем объектов, когда они представлены в виде окружностей.
В блоке 6производится расчет либо одной из четырех рассматриваемых в данной работе частных критериальных функций, либо любого требуемого их сочетания при многокритериальной оптимизации.
Блок 7 обеспечивает расчет функции штрафа для первого этапа синтеза схем расположения, когда объекты представлены окружностями.
В блоке 8 рассчитывается целевая функция как сумма критериальной и штрафной функций, а блок 9 организует цикл поиска минимального значения целевой функции.
В блоке 10 принимается решение о выполнении (или невыполнении) 2-го этапа синтеза схем. Если на первом этапе получена схема, удовлетворяющая поставленным условиям, то осуществляется переход к блоку 15.
При необходимости более точного учета формы объектов выполняется 2-й этап синтеза схем (блоки 11 — 14), отличающийся от 1-го лишь блоком 12, в котором штрафная функция вычисляется для объектов, представляемых в зависимости от их конфигурации в плане, как в виде окружностей, так и в виде прямоугольников.
Блоки 15—18 в зависимости от заданного значения ключа ск обеспечивают выдачу результатов синтеза схем (значение координат центров объектов) либо в локальной системе координат (блок 16), либо в абсолютной (блок 18) после дополнительного пересчета в блоке 17.
Предложенный в настоящей работе обобщенный алгоритм синтеза схем расположения объек-
liilii «Система автоматизации проектирования схем расположения объектов»
Управляющая программа
Управление проектами
Ввод данных
Расчет
Редактор рёзультатов
БД типовых решений
Справочники
Результаты проектирования
СУБД MathCAD Delphi Microsoft Word
Пакеты стандартных прикладных программ
Рис. 2. Структура автоматизированного проектирования схем расположения объектов
тов( анализ процесса проектирования и опыт разработок схем расположения объектов производственных комплексов можно объединить в виде методики автоматизированного проектирования [5] таких схем (табл. 1). В таблице указано содержание шагов проектирования и шаги процедур — автоматизированная или ручная. Последовательность шагов составляет маршрут автоматизированного проектирования схем расположения объектов.
На основе обобщенного алгоритма оптимизационного синтеза схем расположения объектов разработана также структура системы автоматизированного проектирования схем расположения объектов (рис. 2), отражающая совокупность необходимых обеспечений.
Предложенные в данной работе обобщенный алгоритм, методика и структура позволяют разработать на их основе систему автоматизированного проектирования оптимизированных схем расположения объектов, которая, в свою очередь, даст возможность существенно сократить, во-первых, время разработки генеральных планов производственных комплексов, а во-вторых, затраты на создание и эксплуатацию предприятий.
Библиографический список
коммуникационных затрат / И. М. Зуга, В. Г. Хомченко // Омский научный вестник. — Сер. Приборы, машины и технологии. — 2009. — № 3 (83). — С. 96-99.
2. Зуга, И. М. Автоматизированное проектирование схем размещения объектов предприятий из условия минимизации занимаемой ими площади / И. М. Зуга, В. Г. Хомченко // Омский научный вестник. — Сер. Приборы, машины и технологии. — 2011. — № 2 (90). — С. 163-167.
3. Зуга, И. М. Проектирование схем размещения объектов из условия минимизации габаритных размеров занимаемой территории / И. М. Зуга, В. Г. Хомченко ; ОмГТУ. — Омск, 2009. — 7 с. — Деп. в ВИНИТИ 13.05.2009, № 425-В2009.
4. Зуга, И. М. Проектирование схем размещения объектов из условия минимизации периметра занимаемой ими территории / И. М. Зуга, В. Г. Хомченко ; ОмГТУ. — Омск, 2009. — 8 с. — Деп. в ВИНИТИ 13.05.2009, №348-В2009.
5. Автоматизация схематического проектирования / Под ред. В. Н. Ильина. — М. : Радио и связь, 1987. — 368 с.
ЗУГА Игорь Михайлович, кандидат технических наук, член Совета Федерации Федерального собрания Российской Федерации, представитель Правительства Омской области. Адрес для переписи: zugaim.2012@gmail.com
1. Зуга, И. М. Автоматизированное проектирование схем Статья поступила в редакцию 03.09.2014 г. размещения объектов предприятий из условия минимизации © И. М. Зуга
Книжная полка
681.5/М92
Мухин, В. Ф. Управление техническими системами : учеб. электрон. изд. локального распространения : конспект лекций / В. Ф. Мухин. — Омск : ОмГТУ, 2013. — 1 o=^. опт. диск (CD-ROM).
Кратко изложены основные положения теории автоматического управления, дающие представление о методах анализа и синтеза при проектировании автоматических систем. Конспект лекций предназначен для студентов машиностроительных специальностей дневной и заочной форм обучения.
