Повышение эффективности проектирования системы управления технологическими процессами на основе оптимизации комплекса технических средств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Попов, Александр Петрович

• Попов, Александр Петрович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Попов, Александр Петрович

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Технические средства автоматизированной системы управления.

1.2. Экономическое содержание задачи о построении оптимального комплекса технических средств.

1.3. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Моделирование комплекса технических средств (КТС) системы управления технологическими процессами.

2.1. Структурный анализ и построение модели изделия.

2.2. Стоимостные характеристики.

2.3. Система оптимальных стоимостных характеристик изделия.

2.4. Применение системы оптимальных стоимостных характеристик для синтеза КТС оптимальной структуры.

2.5. Учет многомерности технической составляющей вектора качества изделия.

2.6. Выводы.

Глава 3. Метод стоимостных характеристик в задаче оптимального проектирования КТС.

3.1. Выбор оптимальных вариантов входящих узлов при наличии принципиально отличающихся решений.

3.2. Определение необходимости нового проектирования.

3.3. «Фиктивные» звенья собственных затрат.

3.4. Учет взаимной корреляции характеристик узлов.

3.5. Учет влияния величины серии КТС.:.

3.6. Некоторые оценки оптимальной организации процесса смены конструкции.

3.7. Постановка формализованной задачи об оптимальном проектировании и вводе в эксплуатацию новой серии КТС.

3.8. Об оптимальной величине серии КТС.

3.9. Оптимизация функционала эффективности.

3.10. Постановка задачи об оптимальном порядке замены КТО старой серии на КТС новой серии.

3.11. Применение метода стоимостных характеристик для решения задач динамики организации производства и эксплуатации. 89.

3.12. Применение метода стоимостных характеристик для определения оптимального порядка замены старой серии КТС на новую.

3.13. О преемственности элементов и узлов при оптимальном конструировании методом стоимостных характеристик, реальные стоимостные характеристики.

3.14. Постановка задачи синтеза экономичной конструкции КТС (изделий) на множестве реальных стоимостных характеристик.

3.15. Синтез оптимальных КТС на базе реальных характеристик.

3.16. Комбинированный алгоритм синтеза оптимальной конструкции КТС.•.

3.17. Выводы.

Глава 4. Постановка и решение задачи оптимального проектирования КТС.

4.1. Теоретико-множественное представление задачи морфологического анализа.

4.2. Математическая модель КТС.

4.3. Алгоритм построения системы, оптимальных стоимостных характеристик.

4.4. Алгоритм синтеза оптимальной структуры КТС с помощью системы оптимальных стоимостных характеристик.

4.5. Общая задача нелинейного программирования.

4.6. Сведение задачи построения стоимостных характеристик к задаче геометрического программирования.

4.7. Постановка задачи геометрического программирования.

4.8. Методы оптимизации функционала.

4.9. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности проектирования системы управления технологическими процессами на основе оптимизации комплекса технических средств»

Большинство вновь производимых изделий отвечает самым жестким требованиям, предъявляемым потребителями. Однако нередки случаи, когда, несмотря на наличие хорошо оснащенных, вполне современных предприятий, не удается реализовать возможности мощной индустрии. Нередко вновь выпускаемые изделия оказываются малоэффективными и низкокачественными.

Даже при беглом обзоре специальной литературы создается впечатление, что решение проблемы качества многие авторы [41] видят в реализации афоризма «много товаров хороших и разных» - в необоснованном расширении ассортимента продукции, предназначенной для удовлетворения однотипных потребностей. В результате промышленность выпускает изделия, которые мало различаются по существенным признакам, и хотя их называют «новыми», они являются вариациями морально устаревших. Вызванный таким подходом поток «новой» продукции не в состоянии удовлетворить потребность в небольшом количестве типов действительно высококачественных изделий, удовлетворяющих народнохозяйственные потребности.

Другой мерой, призванной гарантировать высокое качество продукции, считается оптимизация качества на основе формализованных моделей. Оптимизируются отдельные параметры проектируемых конструкций. «Лучшие» решения, полученные при таком подходе, далеко не соответствуют народнохозяйственному оптимуму.

Анализируя многие случаи выпуска несовершенных конструкций, наряду с явными просчетами всегда можно обнаружить одно обстоятельство, сопровождающее неудачу конструктора. Изделие низкого качества создают тогда, когда в процессе его разработки пренебрегают системным подходом. Проектируя и организовывая производство новой конструкции, в этих случаях забывают о необходимости точно сформулировать критерий народнохозяйственной эффективности; прогнозировать потребности в проектируемом изделии; осуществлять тщательный ретроспективный анализ производства и проектирования изделий аналогичного назначения; учитывать динамику потребности и темпов морального старения изделия, реальные сроки их проектирования и организации производства, а также преемственность уже осуществленных решений и производственных фондов; формализовать и алгоритмизировать процесс проектирования; согласовать располагаемые и потребные ресурсы; проанализировать возможности импорта некоторых типов проектируемых изделий.

Несмотря на большое число работ, посвященных системному подходу

28], в специальной литературе отсутствуют исследования, в которых системный подход разработан применительно к задачам проектирования

• отдельных типов изделий, хотя общие методы системного подхода разработаны весьма подробно [6,10,35,44,49,50,58,59].

В исследованиях многих авторов проблема повышения эффективности связывается с задачей построения типоразмерного ряда. В этих работах приведены теоретические основы построения оптимальных типоразмерных рядов [13,14,52], а также рассмотрена математическая проблема оптимального покрытия, к которой сводится задача разработки параметров типоразмерного ряда. Предложенные методы, достаточно строгие с точки зрения специалиста по прикладной математике, как правило, опираются на идеализированные модели и почти всегда ограничиваются задачей получения весьма небольшого числа параметров, характеризующих отдельные типоразмеры изделий, составляющих ряды. Во всех работах этого плана отсутствуют рекомендации по реализации полученных результатов непосредственно в процессе конструирования. Другие работы [7,9,36], связанные с построением типоразмерных рядов, имеют частное значение и не могут претендовать на общность.

Близки к проблеме оптимального проектирования и задачи оптимального синтеза регуляторов. Работы, посвященные этому направлению, обычно ограничиваются либо проектированием систем управления, либо рассмотрением частных задач конструирования отдельных деталей [1,15,46].

Задаче анализа глобальных критериев качества преимущественно посвящены работы экономистов [6]. Во многих работах такого плана сделан глубокий анализ экономических проблем, задачи же конструирования рассмотрены вскользь.

В настоящей работе сделана одна из попыток применить основные аспекты системного подхода с целью разработки единой методики для решения задачи оптимального проектирования.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Попов, Александр Петрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Анализ структуры комплекса технических средств должен проводиться для выявления влияния физических и технологических параметров элементов изделия на его стоимость. При этом структура должна быть представлена таким образом, чтобы оценка каждого из элементов осуществлялась вектором качества, имеющим физическую и экономическую сущность, совпадающую с соответствующими составляющими вектора качества изделия.

2. Для выражения стоимости изделия через стоимость всех комплектующих целесообразно использовать стоимостные характеристики.

3. Рассмотрено применение системы стоимостных характеристик для синтеза оптимальной структуры КТС.

4. Получены условия выбора оптимальных вариантов входящих узлов.

5. Рассмотрены вопросы преемственности и нового проектирования узлов КТС.

6. Произведен учет взаимной корреляции характеристик узлов.

7. Построена математическая модель КТС как совокупность функций, отображающих проектные параметры всех подсистем и элементов в проектные параметры КТС.

8. Предложен алгоритм построения оптимальных стоимостных характеристик.

9. На основании системы оптимальных стоимостных характеристик разработан алгоритм синтеза оптимальной структуры КТС.

10.Показано сведение задачи построения стоимостных характеристик к задаче геометрического программирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Попов, Александр Петрович, 2010 год

1. Афанасьев И. Н. Задача унификации параметров машин: Стандарты и качество, 1968, № 1, с. 8-11.

2. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М., Наука, 1965. 458 с.

3. Беркович М. Задачи стандартизации и некоторые методы их решения: Экономика и математические методы, 1969, № 2, с. 285299.

4. Болтянский В. Г. Оптимальное управление дискретными системами. М., Наука, 1973. 446 с.

5. Брусов В. С., Пиявский С. А. Вычислительный алгоритм оптимального покрытия областей плоскости: Журнал вычислительной математики и математической физики. Т. П., 1971, №2, с. 304-312.

6. Вериер С. С. Стандартизация основа экономики машиностроения. М., Изд-во стандартов, 1967. 183 с.

7. Верченко В. Р., Кубарев А. И. К обоснованию параметрических рядов изделий машиностроения: Стандарты и качество, 1966, № 4, с. 5-9.

8. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц,, Наука, 1966. 575 с.

9. Гимади Э. X. Выбор оптимальных шкал в одной задаче типа размещения, унификации и стандартизации. Новосибирск. Управляемые системы, вып. 6, 1970, с. 57-70.

10. Ю.Глебов Н. И., Дементьев В. Т., Сычев А. Н. О динамике развития однородных технических систем. Новосибирск, Управляемые системы, вып. 8, 1971, с. 51-67.

11. П.Гличев А. В., Симонова С. Н. Методика экономической оценки Л. А, М., Изд-во МАИ, 1969, 320 с.

12. Гличев А. В. Экономическая эффективность технических систем. М., Экономика, 197}. 270с.

13. Гнеденко Б. В., Коваленко И. Н. Введение в теорию массового обслуживания. М., Наука, 1966. 431 с.

14. Гокун В. Б. Унификация и агрегатирование в машиностроении. М., Изд-во стандартов, 1970. 137 с.

15. Гринев В. Б., Филиппов А. П. Оптимизация элементов конструкций по механическим характеристикам. Киев, Наукова думка, 1975. 294с.

16. Дабагян А. В., Кожухарь Л. С. Эвристический метод принятия решений: В кн.: 4-й симпозиум по кибернетике. Тезисы докладов, ч. III, Тбилиси, 1972, с. 74-79.

17. Дабагян А. В., Борисов В. Г., Михайлеико Н. С. К вопросу о прогнозировании случайных процессов: В кн.: Управляющие системы и машины. Киев. Институт кибернетики АН УССР. 1973, № 1, с. 42-45.

18. Дабагян А. В., Маргания Ю. В., Ридный П. И. Один метод выбора оптимального варианта комплекса технических средств АСУП: В кн.: Научно-производственный сборник, Технология и организация производства. № 6, Киев,1973, с. 135-140.

19. Дабагян А. В., Королев В. Н. Метод оптимального проектирования стандартных элементов оптимального ряда изделий: В кн.: Управление сложными технико-экономическими системами, Киев, Институт Кибернетики АН УССР, 1974,с. 21-32.

20. Дабагян А. В., Звенигородский Г. А. Построение оптимального типажа: В кн.: Управление сложными технико-экономическими системами. Киев, Институт Кибернетики АН УССР, 1977, с. 3-21.

21. Дабагян А. В., Кононенко И. В. Адаптивная модель для диагностики и прогнозирования функционального состояния мозга: Автоматика, 1978, № 1, Киев, Наукова думка, с. 3-9.

22. Дабагян А. В., Королев В. Н. Метод оптимального проектирования сложных систем: В кн.: VI всесоюзное совещание по проблеме управления (Рефераты докладов), Том I. М., Наука, 1974, с. 223226.

23. Дабагян А. В., Макаренко А. В. О наличии единственного экстремума у производственных функций и позиномов: В кн.: Автоматизированное проектирование промышленных производств. Киев, Изд-во, института Кибернетики АН УССР, 1978; с. 13-31.

24. Дабагян А. В., Гамаюн И. П., Ходько А. М. Методика составления оптимального плана ОКР: В кн.: Труды Литовской АН, серия Кибернетика, Вильнюс, 1976, с. 53-60.

25. Дабагян А. В., Чайка Э. Г., Симбирский Ю. И. Применение теории оптимальной фильтрации к задачам состояния граничных условий: Экспериментальные методы изучения термопрочности газотурбинных двигателей, Харьков, ХАИ, 1973, с. 51-60.

26. Дабагян А. В., Годлевский М. Д., Пинаев Б. Г. Оптимизация перспективного парка пассажирских самолетов гражданской авиации: В кн.: Труды ГосНИИ Гражданской авиации, № 149, М., 1977, с. 3-15.

27. Даффин Р., Питерсон Э., Зенер К. Геометрическое программирование. М., Мир, 1972, 382 с.

28. Дружилин В. В., Косторов Д. С. Вопросы военной системотехники, М.,Военное издательство, Мин. Обороны, 1976, 312 с.29.3акс Л. Статистическое оценивание. М., Статистика, 1976, 596 с.

29. ЗО.Зангвилл У. Нелинейное программирование. Единый подход. М., Сов. радио, 1973, 311 с.

30. Карташов А. Н. Организация перехода на цовые машины без прекращения выпуска. Труды Львовского университета № 3, 1965, с. 142-150.

31. Кассандрова О. H., Лебедев В. В. Оценка результатов наблюдений. М., Наука, 1970, 104 с.

32. Кендалл М. Дж., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. М., Наука, 1973, 900 с.

33. Кендалл М. Дж., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. М., Наука, 1976, 736 с.

34. Клиланд Д., Кинг В. Системный анализ и целевое управление. М., Сов. радио, 1974, 279 с.

35. Крысанов В. И., Фукс А. И., ЭльясбергМ. Б. Технико-экономический анализ размерных рядов станков. — Вестник машиностроения,1965, № 5, с. 70-75.

36. Ли Роберт. Оптимальные оценки, определение характеристик и управление. М., Наука, 1966, 176 с.

37. Нелидов И. Б., Никонова Л. Г. Перспективное планирование производства с применением ЭВМ. М., Экономика, 1975, 195 с.39.0бзор по системам управления базами данных. Пер. с англ. М.,

38. Прогресс, 1975. 236 с. 40.Основы современной системотехники./Под ред. М. Рабина. Пер.сангл. М., Мир, 1975, 525 с. 41.Основы стандартизации и контроля качества/Под ред. В. В.

39. Ткаченко. М., Статистика, 1973, 432 с. 42.Оуэн Д. В. Сборник статистических таблиц. М., Изд-во ВЦ СССР.1966, 586с.

40. Понтрягин Л. С. Математическая теория оптимальных процессов. М, Наука, 1969,384 с.

41. Поспелов Г. С., Иринов В. А. Программно целевое планирование и управление. М., Сов. радио, 1976, 440 с.

42. Пшеничный Б. Н., Данилин Ю. М. Численные методы в экстремальных задачах. М., Наука., 1975, 319 с.

43. Райтман М. И. Оптимальное конструирование конструкций методом математического программирования. Строительная механика и расчет сооружений. 1969, № 3, с. 54-62.

44. Рыбаков О. К. Экономическая эффективность сотрудничества СССР с социалистическими странами. М., Мысль, 1975, 270 с.

45. Саати Т. JI. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М., Сов. радио, 1971, 520 с.

46. Саркисян С. А., Ахундов В. М., Минаев Э. С. Большие технические системы. М., Наука, 1977, 350 с.

47. Саркисян С. А., Головачев Л. В. Прогнозирование развития больших систем. М., Статистика, 1975,192 с.

48. Система ИБМ/360. Введение в запоминающие устройства прямого доступа. Учебное пособие/Под ред. Г. К. Столярова. Пер. с англ. М., Статистика, 1974, 127 с.

49. Степаненко С. И., Шитова 3. Н. О некоторых вопросах оптимизации параметрических рядов в странах — членах СЭВ. — Стандарты и качество, 1968, № 8, с. 3-6.