4.5.Комбінаторні методи оптимізації структури технологічної системи 4.5.1.Особливості застосування для оптимізації структури технологічної системи
Комбінаторні методи оптимізації структури технологічної системи є основою її оптимізаційного синтезу. Задачі синтезу ґрунтуються на створенні варіантів структури та параметрів технологічної системи, виходячи із її заданих характеристик. Якщо задача ставиться як екстремальна чи оптимізаційна, тобто створення оптимального варіанта, то йдеться про оптимізаційний синтез. Основні завдання можуть бути розділені на дві взаємозв’язані групи: оптимізаційний синтез технологічного процесу, що реалізується технологічною системою, тобто функціональне проектування технологічної системи; оптимізаційний синтез технологічного комплексу, тобто технічне проектування технологічної системи.
Проектування технологічного процесу — це створення функціональної структури технологічної системи. Одну й ту ж деталь чи виріб можна виготовляти за різними технологічними процесами (функціональними структурами). Повний перегляд варіантів та аналіз кожного з них не завжди доступний, тому виникає необхідність застосування спеціальних математичних методів. При оптимізації функціональної структури розв’язуються питання кількості технологічних операцій, яка визначається рівнем концентрації операцій, та їх послідовності. Оптимізація рівня концентрації операцій визначається тією обставиною, що недостатня концентрація призводить до надмірного зростання кількості робочих позицій, що знижує надійність транспортних міжопераційних засобів. Водночас надмірна концентрація призводить до зростання складності та зниження надійності технологічної підсистеми. Тому на цьому етапі об’єктом оптимізації виступає транспортно-технологічна схема виготовлення виробу (див., наприклад, рис.2.5).
Проектування структурно-компонувальної схеми — це створення технічної структури технологічної системи (технологічного комплексу) з обмежених комплектів уніфікованих вузлів, що часто являють собою функціонально незалежні агрегати або модулі. Один і той самий варіант технологічного процесу може бути реалізований різними наборами функціональних модулів, ці модулі можуть бути по-різному розташовані в просторі технологічної системи, що також зумовлює значну кількість можливих варіантів структурно-компонувальних схем.
Взагалі задачі синтезу зводяться до виконання двох основних етапів або кроків: генерування можливих варіантів об’єкта, кожен з яких оцінюється за якимись критеріями ефективності; перебирання отриманих при генеруванні варіантів структури, їх оцінка та вибір найкращого (в ідеальному випадку — оптимального). Алгоритмічно ці два етапи синтезу реалізуються за такою схемою. Береться початковий варіант структури, проводиться її аналіз, порівнюється із заданими характеристиками. Якщо вимоги не задовольняються, то береться новий варіант структури з урахуванням попереднього досвіду і процедура повторюється.
Для розширення поля пошуку оптимальних варіантів технологічної системи необхідно генерувати найбільшу кількість можливих варіантів структури технологічної системи. Однак при цьому зростає об’єм аналітичної роботи при оцінці варіантів структури. Слід додати, що можливості побудови моделей для структурної оптимізації обмежені. Найважче виявляється так сформулювати задачу, щоб вона стала доступною для аналізу математичними методами. Кожний варіант структури технологічної системи, своєю чергою, може бути об’єктом параметричної оптимізації, наприклад, при оптимізації технологічних режимів. Тоді під час аналізу варіантів структури слід враховувати потенційні можливості кожної структурної побудови, які реалізуються при параметричній оптимізації кожного з варіантів структури, тобто оцінити те, що можна “витиснути” із даного структурного варіанта.
При механічному генеруванні можливих варіантів структури для розгляду залишається значна кількість варіантів. Тому оптимізація під час проектування може здійснюватись тільки на основі змістовного аналітичного та експериментального дослідження технологічної системи шляхом визначення її відмінностей.
Аналіз багатьох прикладів проектування технологічних систем дає змогу виділити однакові за метою та послідовністю проектні операції оптимізаційного синтезу
де S — аналіз та структуризація задачі проектування (виділення множин елементів та їх зв’язків); G — генерування варіантів об’єднання елементів у структуру об’єкта; W— оцінка, порівняння та відсіювання неперспективних варіантів.
Перша проектна операція S — це аналіз задачі, її декомпозиція та структуризація об’єкта синтезу шляхом виділення множини вихідних елементів та зв’язків між ними.
На другій проектній операції G генеруються за допомогою комбінаторних методів варіанти структури об’єкта на основі різних поєднань виділених вихідних елементів.
Третя проектна операція W включає оцінку кожного варіанта технічної системи, відсіювання безперспективних та вибір кращого за допомогою розроблених критеріїв та обмежень.