Содержание
Выбор оптимальной структуры автоматизированной производственной системы является актуальной задачей при проектировании производства.
Скорость и качество выбора оптимального варианта структуры автоматизированной производственной системы (АПС) может быть увеличена за счет применения специализированного комплекса программ, в частности:
- Этот программный комплекс должен позволять оптимизировать структуру как разрабатываемой системы, так и уже работающей.
- Программный комплекс должен обладать высокой гибкостью, чего можно добиться на основе модульного подхода, при котором каждый модуль выполняет отдельную задачу и может быть заменен без внесения изменений в другие модули.
Описание функционала модулей системы
Основные модули системы:
- База данных оборудования хранит информацию о существующем оборудовании, при необходимости она может быть изменена и дополнена.
- Модуль имитационных моделей позволяет создавать из различных комбинаций оборудования структуры АПС и получать их характеристики.
- Модуль оптимизации выполняет основную работу по поиску оптимальной структуры АПС. Он определяет, какие именно комбинации оборудования будут использоваться в определенной структуре АПС.
- Модуль ЗD-визуализации отображает выбранный пользователем из модуля полученных решений вариант структуры АПС.
- Модуль полученных решений. Поскольку, результаты, полученные при оптимизации, передаются в модуль полученных решений, где хранятся варианты структуры АПС, оптимальные при различных входных параметрах.
Пользователь вводит входные данные для структуры АПС (программа выпуска, примерная стоимость), эти данные передаются в блок оптимизации.
Взаимодействие между модулями показано на рисунке 1:
На основе этих данных создается начальный набор возможных решений, которые передаются в модуль имитационных моделей.
Модуль имитационных моделей определяет характеристики переданной структуры АПС и затем передает их обратно в модуль оптимизации.
Модуль оптимизации осуществляет ранжирование полученных решений по заданным параметрам (производительность, себестоимость). Затем он переходит на следующую итерацию, где процесс взаимодействия с блоком имитационных моделей повторяется. Найденное оптимальное решение может быть представлено в виде трехмерной модели с помощью блока визуализации структуры АПС.
Модуль оптимизации на данном этапе использует эволюционный алгоритм, который при необходимости он может быть заменен.
Модуль имитационных моделей также может быть заменен на какое-либо другое описание работы АПС (например, аналитическое).
Таким образом достигается высокая гибкость и возможность модернизации комплекса программ.
Алгоритм работы модуля оптимизации
Согласно эволюционному алгоритму для структур АПС задаются варьируемые параметры структуры АПС:
- Планировка рабочих мест.
- Тип оборудования в составе рабочих мест.
- Транспортная система.
Задается диапазон возможных значений каждого варьируемого параметра (например, возможный набор транспортных систем).
На следующем этапе модуль создает начальную популяцию возможных структур АПС (рисунок 2):
Переменные алгоритма:
- λ — число новых структур АПС, сгенерированных от существующих в предыдущей популяции структур АПС.
- μ — количество возможных структур в популяции.
- к — число итераций (поколений), в которые может переходить родительская структура АПС.
- р — количество родительских структур АПС участвующих в генерации новой структуры АПС.
- Pm — вероятность мутации при генерации новой структуры АПС.
- Рr — вероятность наследования при генерации новой структуры АПС.
Операторы:
- Sel — оператор выбора, определяющий критерии, по которым будут выбираться родительские структуры АПС для генерации новой структуры АПС.
- Mut — оператор мутации, который определяет признаки, по которым будет производится мутация выбранной структуры АПС.
- Rec — оператор скрещивания, определяющий признаки, которые будет наследовать сгенерированная структура АПС от родительской.
Следует отметить, что применение указанного эволюционного алгоритма к автоматизированным производственным системам требует уточнения значений операторов и переменных алгоритма. Такое уточнение позволить более эффективно проводить оптимизацию структур АПС.
Предлагаемый алгоритм и комплекс программ оптимизации структур автоматизированных производств позволяют решить основную проблему в задачах оптимизации — поиск глобального оптимума вместо локального.
Список литературы
- Проектирование компьютерно-интегрированных производственных систем / Полетаев В.А., Зиновьев В.В., Стародубов А.Н., Чичерин И.В. — М.: Машиностроение, 2011.
- Проектирование автоматизированных участков и цехов / под ред. Ю.М. Соломенцева. — М.: Высш. шк., 2000.
- Kwang Y. Lee and Mohamed A El-Sharkawi.Modem Heuristic Optimization Techniques. Theory and applications to power systems. 2008 by the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.
Источник: Алгоритм работы модуля оптимизации структуры автоматизированной производственной системы / В.А. Полетаев, А.И. Цигельников, В.В. Зиновьев, А.Н. Стародубов // Вестник КузГТУ. — 2011. — №6. — C. 79-81.
