ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПЕЧАТИ И ПАТЕНТНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ТЕМЕ: «МЕТОДЫ И СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫХ ЗАДАЧ О СМЕСЯХ»

При производстве стали часто приходится решать задачу о смесях с целью получения стали с определенными свойствами при минимальных затратах на материалы. Эта задача актуальна в настоящий момент, так как мировые цены на сталь снижаются, что побуждает производителей искать пути снижения затрат на производство.

Для реализации поставленной задачи требуется решить многокритериальную задачу о смесях с двумя целевыми функциями, нахождение минимума первой функции позволяет сократить расходы предприятия на ферросплавы, а второй – оптимизировать содержание легирующих элементов в стали.

Задачи в реальной постановке имеют не точные значения исходных данных, а диапазоны их изменения. Тогда возникает проблема изучения зависимости оптимального плана от вариации параметров условий задачи. Даже на этапе постановке хотелось бы обладать некоторой свободой выбора исходных данных.

Многие практические задачи имеют динамическую трактовку и вычисление оптимального плана для каждого момента времени труднореализуемый процесс и методы параметрического программирования могут дать значительное сокращение вычислительных затрат.

В области теории и практики решения задач о смесях и процессах легирования и раскисления стали накоплен значительный опыт в работах российских и зарубежных ученых. Вопросы теоретического исследования специального математического и алгоритмического обеспечения представлены в трудах. Исаева Т.А, Селиванова Е.В, Девятова Д.Х., Логуновой О.С., Филипова Е.Г. А так же иностранных ученых – Аветисян А.Г., Lis Т., Chandra T., Machulec B. и др.

Наибольший интерес представляют несколько работ отечественных авторов, посвященных постановке задачи о смесях и ее решению, а также работа зарубежных авторов, в которой описывается метод решения задач параметрического программирования.

Селиванов Е.В. в своей статье «Общая постановка задачи оптимальной композиции материалов как разновидности задачи о смесях» приводит классическую постановку задачи, а также рассматривает модернизированную постановку задачи для составления оптимальных композиций из материалов. Для формализации решения такого рода задач предлагается модель математического программирования в целочисленной постановке, где для формулировки задачи вводятся булевы переменные. Автор в своей статье говорит о том, что рассмотренная постановка задачи достаточно проста, а сама задача может быть решена известными методами целочисленного программирования, но при практической реализации может иметь большую размерность, поэтому необходимо использовать специальное программное обеспечение и методы параллельного программирования [5].

В работе «Результаты сравнительного анализа решения многокритериальной задачи оптимизации для расчета структуры шихтовых материалов дуговой сталеплавильной печи» авторов Логуновой О.С., Сибилевой Н.С., Павлова В.В. представлены результаты решения многокритериальной задачи оптимизации определения структуры шихтовых материалов дуговой сталеплавильной печи с помощью трех методов: метода уступок, метода свертки и метода ограничений. Особенностью рассматриваемой задачи является наличие эмпирической системы, включающей целевую функцию, систему ограничений и последовательность двух взаимосвязанных задач. Для решения задачи был разработан программный продукт, позволяющий выполнить автоматизированный ввод данных, определение порядка решения задач, назначение уступок, весовых коэффициентов и уступок [2].

Аветисян А. Г., Гюльзадян Л. С. в своей статье «Метод решения задач параметрического линейного программирования основанный на дифференциальных преобразованиях» приводят результаты разработки эффективного алгоритма решения задач линейного программирования с параметрическими коэффициентами целевой функции, с параметрическими коэффициентами в правых частях ограничений, с параметрическими коэффициентами ограничений. Предложенный метод основан на дифференциальных преобразованиях Г.Е. Пухова и симплекс-преобразованиях решения задач линейного программирования. Используются дифференциально-падеевские восстанавливающие соотношения. Приведено решение модельного примера с параметрическими коэффициентами целевой функции и ограничений, а также с параметрическими коэффициентами в правых частях ограничений нижеизложенным методом. Алгоритм практически может быть применен к различным типам задач параметрического программирования как с линейными зависимостями от параметра, так и с нелинейными [1].

Работы [1], [2] и [5] имеют схожую тематику с работой авторов данной статьи, их наработки могут быть в дальнейшем использованы в научно-исследовательской работе.

Авторами был выполнен анализ патентной информации на изобретения и программы для ЭВМ, зарегистрированные на территории Российской Федерации, а также в США и Канаде. Анализ показал, актуальность решения оптимизационных задач в этих странах, а так же большое разнообразие подходов к решению этой задачи.

Особый интерес представляет патент на изобретение № 2552965, который относится к области сельского хозяйства, к технологиям составления кормовых рационов и кормления сельскохозяйственных животных и птицы. Изобретение обеспечивает возможность управления технологическими процессами составления кормового рациона и приготовления кормовой смеси для животных и птицы по различным критериям оптимизации, повышает точность задания и регулирования доз кормов кормовой смеси [6].

Несмотря на то, что данное изобретение относится к области сельского хозяйства, оно может быть использовано в исследовательской работе авторов. Недостатком данного изобретения является то, что оно имеет узконаправленное применение.

Также были найдены три зарегистрированные программы для ЭВМ, которые очень близки к тематике исследования.

Программа для ЭВМ № 2015660121 «Оптимизация состава жирных кислот растительных масел для диетического лечебного и диетического профилактического питания» Программа предназначена для оптимизации двух- , трех- и четырехкомпонентных смесей растительных масел специализированного воздействия. Задача оптимизации проведена в рамках методов математического программирования, с квадратичной целевой функцией и линейными ограничениями. В программе, создавая смеси, оптимизированные по жирнокислотному составу, можно задавать требуемое соотношение ω-6 к ω-3 кислот, а также ограничить содержание в смеси олеиновой и насыщенных жирных кислот. Программа может быть использована: для повышения сбалансированности купажа масел; для создания купажа с известной концентрацией каждого масла в отдельности в смеси (в пересчёте на 100г) [3]. Программа может быть использована в исследовательской работе, так как позволяет оптимизировать многокомпонентные смеси.

Программа для ЭВМ № 2015610439 «Программный пакет планирования и оптимизации рецептуры получения бензинов» предназначена для оптимизации и планирования рецептур получения бензинов. Программа состоит из трех модулей: OptimBlendcfg – конфигуратор; OptimBlend – модуль расчета оптимальной рецептуры; Planning – модуль оптимального планирования. В качестве базы данных используется Microsoft Server Compact Edition. Формирование и изменение параметров базы данных осуществляется модулем OptimBlendcfg. Модуль OptimBlend рассчитывает оптимальную рецептуру бензинов. Модуль Planning решает задачу оптимального планирования необходимых ресурсов компонентов смешения при заданном плане выпуска бензинов на определенном интервале выпуска. Критерием оптимальности формирования рецептур бензинов является минимальная стоимость бензиновой смеси с учетом требований к его свойствам и технологических ограничений по пределам смешиваемости компонентов [4]. Данная программа для ЭВМ позволяет выполнять оптимизацию с учетом технологических требования, что позволит использовать ее в исследовании.

Программа для ЭВМ № 2015617615 “Composite-S” предназначена для организации структурной композиции информационных сервисов посредством протокола SOAP с целью решения задач оптимизации многокомпонентных смесей. Взаимодействие между сервисами производится с помощью SOAP-клиентов, передающих сообщения. Программа обеспечивает выполнение следующих функций: формирование графического интерфейса для постановки заданий оптимизации смесей, автоматизированную композицию информационных сервисов посредством протокола SOAP для решения задачи оптимизации смеси, автоматизированный поиск данных о компонентах смесей [7]. Программа “Composite-S” наиболее близка к тематике исследования и в связи с этим требуется ее углубленное изучение.

По результатам патентного поиска был выполнен количественный анализ найденных разработок. На рисунке 1 представлена диаграмма распределения патентной информации по странам.

Рисунок 1 – Диаграмма распределения патентной информации по странам.

Из них отобрано 7 патентов и 5 заявок на изобретения. Было просмотрено 3 свидетельства на регистрацию программ для ЭВМ.

Распределение по годам опубликования всех найденных охранных документов представлено на рисунке 2. Стоит отметить, что были найдены патенты, исключительные права которых утратили свою силу. Тем не менее, данные патенты так же необходимо учитывать, так как они дают представление о том, как развивается данная сфера.

Рисунок 2 – Распределение охранных документов по году публикации.

Значительная часть патентов и заявок на изобретения поступили от Центрального научно-исследовательского испытательного института Министерства обороны Российской Федерации. Большинство патентов – действующие.

В данной статье был проведен анализ источников российской и зарубежной периодической печати, а также представлен анализ патентной информации. На основе обоих анализов, можно сделать вывод, что актуальность темы методы и средства решения многокритериальных задач о смесях в последнее десятилетие привлекает все больше внимания, как со стороны российских ученых, так и зарубежных исследователей. Это объясняется тем, что оптимизация все больше проникает во все производственные сферы и позволяет значительно сокращать расходы предприятий.

Список литературы:

1. Аветисян А.Г. Метод решения задач параметрического линейного программирования, основанный на дифференциальных преобразованиях / Аветисян А.Г. и Гюльзадян Л.С. // Известия Томского политехнического университета. – 2014. – Т. 324. № 2. – С. 25-30.
2. Логунова О.С. и др. Стратегия постановки задачи многокритериальной оптимизации состава шихтовых материалов для электродуговой сталеплавильной печи / О.С. Логунова, Е.Г Филиппов, И.В. Павлов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2013.– № 1. –С. 66-70.
3. Оптимизация состава жирных кислот растительных масел для диетического лечебного и диетического профилактического питания [Текст]: свид. 2015660121 Российская Федерация, Руденко О.В., Тимофеенко Т.И., Никонович С.Н., Бирбасова А.В., Овчаров Д.А., Усатиков С.В..; заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КубГТУ»). – № 2015616890; рег. .20.09.2015; опубл. 20.10.2015. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www1.fips.ru/wps/portal/IPS_Ru (дата обращения 10.04.2016).
4. Программный пакет планирования и оптимизации рецептуры получения бензинов [Текст]: свид 2015610439 Российская Федерация, Костандян В.А., Алексанян А.А.; заявитель и патентообладатель: Костандян В.А. – № 2014619636; рег. .12.01.2015; опубл. 20.02.2015. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www1.fips.ru/wps/portal/IPS_Ru (дата обращения 15.04.2016).
5. Селиванов Е.В. Общая постановка задачи оптимальной композиции материалов как разновидности задачи о смесях // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. – С. 62.
6. Способ и устройство составления по различным критериям оптимизации экономически наилучшего кормового рациона и приготовления экономически наилучшей кормовой смеси при наличии информации о живой массе животных и птицы [Текст]: пат. 2552965 Российская Федерация, МПК A01K29/00 Дубровин А.В., Лукьянов Б.В., Лукьянов П.Б.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ). – № 2013129623/13; заявл. 28.06.2013; опубл. 10.01.2015, Бюл. № 1. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www1.fips.ru/wps/portal/IPS_Ru (дата обращения 12.04.2016).
7. Composite-S [Текст]: свид. 2015610439 Российская Федерация, Селиванов Е.В.; заявитель и патентообладатель, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" – № 2015614068; рег. .15.07.2015; опубл. 20.08.2015. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www1.fips.ru/wps/portal/IPS_Ru (дата обращения 11.04.2016).