BC/NW 2007, №1, (10) :3.1

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ

ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ ОБОРУДОВАНИЯ

А.А. Образцов, С.В. Панченко

( г. Смоленск, филиал ГОУВПО « МЭИ(ТУ)», Россия)

Одной из важнейших задач проектирования теплоэнергетических комплексов, химических производств является задача оптимального размещения оборудования и трассировки трубопроводов. При компоновке требуется определить габариты и взаимное размещение зданий, расположить аппараты, провести расчет параметров транспортно-трубопроводных сетей, построить разветвленную систему транспортировки. В виду сложности решения данной задачи и ее важности в общем процессе проектирования задача автоматизации проектирования является одной из наиболее актуальных [1].

С математической точки зрения задачи размещения и соединения объектов представляют собой задачи минимизации некоторого функционала, зависящего от непрерывных и дискретных параметров. По своей постановке задача компоновки оборудования является задачей принятия оптимального решения по размещению связанных геометрических тел в заданных областях со всевозможными ограничениями на их местоположение. Области запрета определяются конструктивными, технологическими ограничениями, накладываемыми на схему компоновки, а также требованиями техники безопасности.

Компоновка осуществляется с использованием принципа последовательно-одиночного размещения [2]. На основании предыдущих размещений строится размещение, соответствующее минимуму целевой функции . Приближение к экстремуму функции реализуется в виде итерации

,

где k = [1, 2, …, N], i = 1, 2,…, n–1.

Каждая итерация заключается в оптимизации целевой функции по параметрам размещения только одного очередного объекта. Ранее размещенные объекты при этом считаются неподвижными.

Для решения задачи оптимизации размещения оборудования авторами используются генетические алгоритмы. Генетические методы (ГМ) представляют собой мощное средство решения трудных задач дискретной оптимизации и сводящихся к ним задач структурного синтеза во многих приложениях [3]. С помощью генетического алгоритма формируются различные последовательности размещения, которые закодированы так называемой хромосомой. Для каждой последовательности, используя указанный выше принцип последовательно-одиночного размещения, формируется компоновка в трехмерном пространстве. Для полученной компоновки рассчитывается целевая функция, минимизирующая стоимость связей между объектами и занимаемый компоновкой объем. Учет запрещенных зон и правил размещения оборудования ведется на стадии последовательно-одиночного размещения. Для формирования оптимальной последовательности размещения объектов предлагается использовать эволюционную модификацию генетического алгоритма, которая сочетает в себе генетические операторы и операторы локального спуска (simple hillclimbing) [3].

Авторами разработан комплекс программ, позволяющий проводить размещение технологического оборудования с учетом ограничений и минимизацией объема и стоимости соединений.

Литература

1. Мешалкин В.П., Кафаров В.В. Проектирование и расчет оптимальных систем технологических трубопроводов. — М.: Химия, 1991. – 386 c.

2. Стоян Ю.Г., Соколовский В.З. Решение некоторых многоэкстремальных задач методом сужающихся окрестностей. — Киев: Наук. думка, 1980.

3. Норенков И.П., Косачевский О.Т. Генетические алгоритмы комбинирования эвристик в задачах дискретной оптимизации // Информационные технологии. 1999. №2.