Декомпозиция задачи проектирования

Раздел 4 Методология технологического проектирования

Задача проектирования рассматривается как массовая, то есть как набор класса индивидуальных задач, различающихся вариантами исходных данных, например, решаемых в процессе ректификации.

Основной прием проектирования – декомпозиция системы проектирования и связанной с ней технологической и управляющей структур системы. Декомпозиция в данном случае заключается в автоматическом решении набора задач, к которым относятся собственно задачи расчета аппаратов и процессов, изготовление документации и другие типовые проектные решения.

Структура, полученная в результате декомпозиции, обычно представляет собой технологический граф (сетевой график). Желательно, чтобы полученный на каждом шаге декомпозиции граф содержал на любой ветви не более одной задачи принятия решения. После выбора решают конкретные задачи математического моделирования.

Анализ методов размещения объектов со связями.

Если нужна компоновка генплана предприятия, компоновка оборудования в цехах, выбор места для строительства новых объектов, то возникает задача оптимального размещения на плоскости или в пространстве связанных геометрических объектов.

Трудности в автоматизации решения таких задач:

- решение их с достаточной точностью требует очень большого (невыполнимого) объема вычислений,

- критерий оптимальности и производственные ограничения плохо поддаются формализации (существенную роль играют сложившиеся традиции, эстетические критерии).

В настоящее время хорошо исследованы математические задачи, посвященные компоновке геометрических фигур на плоскости и плотной упаковке плоских и объемных тел. Для построения плоской компоновки критерием оптимальности является минимум приведенных затрат для выбранного помещения (необходимая площадь помещения, стоимость сетей связей между объектами). Обычно на практике минимизируют одну из составляющих, учитывая другую косвенным образом.

При решении задачи учитываются дополнительные ограничения:

- объекты не пересекаются с запрещенными областями,

- между объектами выдерживаются минимально допустимые расстояния,

- объекты размещаются в соответствии с задающим графом, изоморфным технологическому графу производства.

Классификация задач компоновки:

- по количеству объектов – один или много;

- по типам – точечные, плоские (круги, прямоугольники), пространственные (цилиндры, параллелепипеды) и специальные (строительная сетка, проходы и др.);

- по характеру связей между объектами – нет связи, связь между объектами зависит только от расположения объектов, связь между парой объектов зависти от всей совокупности объектов;

- по мощности множества вариантов – непрерывные или дискретные задачи;

- размещение объектов характеризуется двумя параметрами – приведенной стоимостью связей и оценкой компактности;

- по количеству соединяемых объектов – соединение двух объектов, одного с тремя, соединение n объектов, наличие циклов в связях;

- по метрике пространства – то есть способу измерения расстояний между объектами – евклидова (прямоугольная). Каждый аппарат и элемент описывают как геометрические тела в трехмерном пространстве. Для химических предприятий можно ограничиться рассмотрением четырех типов тел (цилиндра, параллелепипеда, шара и конуса) и их комбинаций. Для компоновки необходимо знать также положение некоторых точек на поверхности объектов, например, центры отверстий для трубопроводов. Обычно принимают систему координат, в которой все координаты – положительные величины. Начало координат помещают в вершину параллелепипеда. Если имеется комплекс параллелепипедов, то проверка условий непересечения объектов осуществляется в терминах параллелепипедов. Очень важна задача соединения трубопроводов, варьируется диаметр, положение в пространстве, интенсивность потока и др. Возможны и более сложные варианты.

Отдельный аппарат в схеме часто рассматривается как «черный ящик», но можно и по-другому: схема аппарата состоит из набора взаимосвязанных блоков, имитирующих отдельные физические элементы, а процесс работы аппарата представляется в виде алгоритма, использующего эти блоки. Математические модели блоков можно строить на основе статистической обработки результатов физических экспериментов.