КОМПЛЕКС  ПРОГРАММ  ДЛЯ  ИМИТАЦИОННОГО  МОДЕЛИРОВАНИЯ  И  ОПТИМАЛЬНОГО  ПЛАНИРОВАНИЯ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОЦЕССОВ

Евельсон  Лев  Игоревич

канд.  техн.  наук,  проф.  БГИТА,  г.  Брянск

E-mail: 

Рыжикова  Елена  Геннадьевна

старший  преподаватель  БГИТА,  г.  Брянск

E-mail:  e-izumova@mail.ru

PROGRAM  COMPLEX  FOR  SIMULATION  AND  OPTIMUM  PLANNING  OF  TECHNOLOGICAL  PROCESSES

Evelson  Lev  Igorevich,

prof.,  Ph.D.,  BGITA,  Bryansk,  Russia

Ryzhikova  Elena  Gennadievna,

senior  Lecturer  BGITA,  Bryansk,  Russia

АННОТАЦИЯ

Представлен  комплекс  программ  для  имитационного  моделирования  и  оптимального  планирования  технологических  процессов.  Оригинальность  комплекса  проявляется  в  сочетании  функций,  связанных  с  выполнением  научных  исследований  и  с  практическим  планированием  технологических  процессов,  в  частности  лесозаготовительных;  в  построении  матрицы  планирования  эксперимента,  реализации  численного  метода  оптимизации  функции  отклика  в  случаях  обнаружения  недопустимых  точек  плана.

ABSTRACT

A  program  complex  for  simulation  and  optimum  planning  of  technological  processes  is  presented.  Peculiarity  of  the  complex  includes  combination  of  functions  for  researching  and  for  practical  planning  of  technological  processes,  especially  in  timber  industry.  Another  side  of  peculiarity  is  numerical  method  of  optimization  for  cases  when  inadmissibility  of  the  plan  points  is  unmasked  during  the  computational  experiment.

Ключевые  слова:  комплекс  программ,  вычислительный  эксперимент,  оптимизация,  недопустимые  точки  плана.

Keywords:  program  complex,  computational  experiment,  optimization,  inadmissible  points  of  the  plan

Для  решения  актуальных  практических  задач  планирования  производственных  процессов  перспективно  применение  компьютерного  моделирования.  На  основе  известных  методов  теории  планирования  эксперимента  может  быть  составлена  матрица  плана.  Вместо  натурных  экспериментов,  которые  для  многих  производственных  процессов  многократно  проводить  невозможно  или  нецелесообразно,  в  точках  плана  можно  реализовать  вычислительный  эксперимент.  Фактически,  строится  имитационная  модель.  Предварительно  должна  быть  сформирована  математическая  модель,  позволяющая  для  заданных  сочетаний  значений  выбранных  на  этапе  планирования  эксперимента  управляющих  факторов,  получать  значения  функции  отклика.  Затем  можно  использовать  статистические  методы  для  построения  регрессионной  модели,  с  помощью  которой  можно  исследовать  технологический  процесс  и  планировать  его.  В  частности,  становится  возможным  находить  параметры  процесса,  соответствующие  значениям  функции  отклика,  близким  к  оптимальным. 

Надо  отметить,  что  хотя  такой  подход  позволяет  получать  существенные  практические  выгоды,  его  применение  во  многих  случаях  осложнено  нарушением  условий  применимости  статистических  методов,  разрабатывавшихся  для  реальных  экспериментов,  в  ситуациях  компьютерного  моделирования.  Актуальными  являются  совершенствование  методов  и  их  адаптация  к  вычислительному  эксперименту,  а  также  разработка  новых  методов,  учитывающих  специфику  решаемых  производственных  задач.  Для  эффективной  реализации  методов  и  получения  надежных  результатов  актуально  разрабатывать  и  внедрять  специализированные  комплексы  программ,  позволяющие  сочетать  решение  производственных  задач  в  выбранной  отрасли  с  проведением  научных  исследований.

В  статье  представлен  комплекс  программ,  позволяющий  проводить  вычислительные  эксперименты,  выполнять  моделирование  и  оптимальное  планирование  технологических  процессов.  Структура  комплекса  типична  для  предлагаемого  подхода.  Комплекс  состоит  из  трёх  модулей:  «ВычЭксп»,  «МППлес»,  база  данных  (БД)  «ЛЗтех»  (рисунок  1). 

Рисунок  1.  Структура  программного  комплекса

«ВычЭксп»  —  программный  модуль,  позволяющий  составлять  матрицу  планирования  вычислительного  эксперимента,  в  том  числе  без  учёта  недопустимых  точек  плана,  реализующий  численный  метод  оптимизации  функции  отклика  в  случаях  обнаружения  недопустимых  точек  плана.  Под  недопустимыми  точками  будем  понимать  точки  плана  эксперимента,  в  которых  не  может  быть  определено  значение  функции  отклика  с  помощью  математических  моделей,  реализующих  рассматриваемую  технологию.  При  этом  «недопустимость»  точки  выявляется  в  процессе  вычислительного  эксперимента.

Модуль  «ВычЭксп»  отличается  универсальностью,  рекомендуется  его  использование  для  проведения  вычислительных  экспериментов  в  различных  предметных  областях.  Алгоритм  построения  и  оптимизации  регрессионной  модели  представлен  на  рисунке  2.

В  качестве  конкретной  предметной  области  были  выбраны  лесозаготовительные  процессы.

Рисунок  2.  Алгоритм  численного  метода  оптимизации  поверхности  функции  отклика  при  обнаружении  недопустимых  точек  плана

Для  определения  значений  функции  отклика  был  разработан  программный  модуль  «МППлес»,  моделирующий  производственные  процессы  лесозаготовок  [1].  Отличительной  особенностью  модуля  является  использование  математической  модели,  учитывающей  вариабельность  состава  парка  машин  за  счёт  подключения  дополнительного  оборудования  (рисунок  3).  Модуль  зарегистрирован  в  Роспатенте  [2].

Рисунок  3.  Укрупненная  схема  расчётного  алгоритма  модуля  «МППлес»

Для  информационного  обеспечения  (назначение  параметров  управляющих  факторов  и  других  параметров  математических  моделей)  была  создана  БД  «ЛЗтех»  —  база  данных  лесозаготовительной  техники. 

БД  «ЛЗтех»  содержит  систематизированные  данные  о  параметрах  лесозаготовительных  машин,  позволяет  подбирать  комплект  дополнительных  машин  при  заданном  комплекте  основных.  В  БД  включены  следующие  сущности:  Валка+,  Трелёвка+,  Обрезка  сучьев,  Харвестеры,  Харвестерные  головки,  Форвардеры,  Коды  операций,  Производители.

Фрагмент  интерфейса  БД  «ЛЗтех»  представлен  на  рисунке  4. 

Рисунок  4.  Фрагмент  интерфейса  пользователя  БД  «ЛЗтех»

Оригинальность  комплекса  программ  «ВычЭксп»,  «МППлес»,  БД  «ЛЗтех»  проявляется  в  сочетании  функций,  связанных  с  выполнением  научных  исследований  и  с  практическим  планированием  технологических  процессов. 

Его  потенциальными  потребителями  являются  лесозаготовительные  предприятия,  производители  лесозаготовительной  техники  (пользователи-практики),  исследователи  технологических  процессов  (пользователи-исследователи). 

Пользователи-практики  могут  использовать  комплекс  программ  для  решения  практических  задач  по  планированию  лесозаготовительных  процессов  на  конкретных  лесосеках.  Механизмы  для  выполнения  научных  исследований  для  них  являются  прозрачными  и  не  оказывают  влияние  на  ход  планирования. 

Пользователям-исследователям  доступны  все  модули  программного  комплекса  для  моделирования  и  оптимизации  технологических  процессов.

Комплекс  апробирован  для  определения  оптимального  числа  смен  работы  лесозаготовительных  машин  в  заданном  диапазоне,  при  котором  будут  минимизированы  энергозатраты  в  данных  природно-производственных  условиях.  Выполнение  лесозаготовительных  работ  по  плану,  определённому  с  помощью  комплекса  программ,  приводит  к  сокращению  затрат  на  топливо  на  171864,1р.(30,5  %)  по  сравнению  с  разработкой  лесосеки  без  использования  дополнительной  техники,  без  расчета  оптимального  числа  смен  работы  машин.

Список  литературы:

1.Заикин  А.Н.  Теоретические  основы  технологии  лесозаготовительных  производств:  учебное  пособие  [Текст]  /  А.Н.  Заикин,  Е.Г.  Изюмова.  Брянск:  БГИТА,  2009.  —  156  с.

2. Свидетельство  о  государственной  регистрации  программы  для  ЭВМ.  МППлес  /  Евельсон  Л.И.,  Заикин  А.Н.,  Изюмова  Е.Г.  №  2011618265.