автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизированное проектирование пространственной структуры промышленных объектов

г-у» ------ -1

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В.В.КУЙШЕВА

На правах рукописи

ТИМОЩУК ВЯЧЕСЛАВ СТЕПАНОВИЧ УДК 681.5:658.52.011.56

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность: 05.13.12 - системы автоматизации

проектирования (строительство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в научно-исследовательском прэектно-конструкторекой институте "Терминал"

Официальные оппоненты:

академик ИА России,

доктор технических наук, профессор

. Булгаков С.Н.,

доктор технических наук, профессор

Митрофанов В.Г.,

доктор технических наук, профессор

Кравченко В.А.

Ведущая организация - Экспериментальный вычислительный центр коллективного пользования г. С-Петербург

Защита состоится " " 1992 г. в № час.

на заседании Специализированного Совета Д 053.11.II при Московском ордена Трудового Красного знамени инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбышева по адресу: 129337. Москва, Ярославское шоссе 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского инженерно-строительного института им. В.В.Куйбышева.

* "— 1992

г.

Ученый секретарь Специализированного Совета

доктор технических наук, профессор ■ В.О.Чулков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

.Актуальность проблемы. Повышение эффективности капитальных влохсний и качества объектов промысленного строительства при интенсивном обновлении выпускаемой продукции, обладавшей высоким уровнем потребительских и производственно-технологических свойств.во многой определяется вариантной проработкой комплексных решений на начальной стадии проектирования. Современные предприятия ыгиино- и приборостроения характеризуются большими объемами выпуска изделий и их составных частей, находящихся в заделе, разнообразием технологических процессов и организационных форл производства, Проектирование таких предприятий основано на совместном рассмотрении функционирования технологического оборудования, средств транспортирования и накопления предметов труда на базе различных организационных фор/. (ГиС - гибкая производственная система, ГА11 - гибкое автоматизированное производство и др.). При этом решается множество проектных задач и осуществляется согласование противоречивых требований для получения принципиальных рзизний и определения основных параметров проектируемого объекта. С учетом архитектурно-строительных решений и решений по инженерному обеспечению в процессо проектирования порогядаетсл множество объектов различной природы, организация которых по соответствующим зидам отношений образует многомерную порархическув пространственную структуру проектируемого объекта.

Организация промышленного предприятия в значительной степени определяется решением множества задач с общими закономерностями формирования топологического и геометрического пространства (от компоновки поточных линий, комплектов оборудования, транспо-ртно-накопительных систем и др. производственных объектов до схем генеральных планов и объемно-планировочных решений зданий промышленного предприятия). Однако для создания эффективного проекта недостаточно проведение вариантных проработок отдельных решений без их взаимоувязки и согласования в комплексном проектном решении, заг-чейшей частью которого является формирование прострзлственной структуры промышленного объекта.

Отмеченное обстоятельство обуславливает возникновение, а также необходимость разрешения проблемы повышения эффективности процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов, которую представляется целесообразным рассматри-

вать в двух основных направлениях:

- эффективности получаамых рззультаГОЕ за счз? расширения кг. ас си раяаеьых задач и ш взаимообусловленности;

- эффективности организации и реализации самих процессов вариантного автоматизированного проектирования (ВАШ.

Настоящая работа посвящена разработке экспериаентально-изоротических основ повышения офрахтизности многоэтапных процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов за счет построения моделей объектов, задач, процессов проектирования, расширения степени использования ыетодов фор-ш-рования и оценки проектных решений в условиях неопределенности, создания на этой основа программных средств, позволяющих реализовать снстекы вариантного автоматизированного пр^октирзвания для построения объектов с существенно более в;:.:. :1Ш уровнем заданных свойств. Представленные результаты получены автором в период IS7I-I99I г.г, при реализации НИР и OifP, выполненных на основании:

- координационного плана IMHT Gií СССР по решению научно-технической проблемы 0.&0.15.04 на период 1976-1ЬЪ0 г.г.;

- отраслевой комплексно-цзл&эой программы по GAjJP-ИЭТ и целевой комплексной программы СЦ.027, утверзденной Ш1Т СМ СССР, Госпланом GCCP и Академией наук СССР (постановление le 474/250/ 132 от 12 декабря 1930 г., задание ОЦ. 027.04) на период I9&I-1985 г,г.;

- отраслевой комплексно-целевой лрограи.м по GAiP-ИЭТ на период .1936-1930 г.г.;

- решения комплекса задач выбора оптимальных вариантов те-о -э к о и о i j w ч а с i; о й части проекта предприятий трикотажной промышленности в 1991 г.

Объекта Ii методы исследования. Основными объектами настоящего исследовании являются:

- промкелоишо здания с холичэствои формируемых свойств до 30 (вклачая агрегированные), количзстзом варьируемых пареглетров до 20, количеством компонуемых элементов до 100 и варьируемых параметров по каждому из них до 5:

- гибкие производстзешшэ систелы с количеством формируемых* сбойста до 10, количеством варьирувмых параметров до 20, количеством компонуем: олеызнтоз до 100 и варьируемых параметров rio каздому из них до 5.

В работе использованы методы: конкретных технических наук - промышленного строительства и технологической подготовки производства в машиностроении и приборостроении; обцей теории сис- ■ тем и моделирования; инженерной психологии; математической теории эксперимента; теории решения многокритериальных задач оптимизации; теории многоуровневых иерархических систем; теории информации; математической статистики и различных разделов прикладной математики.

Цель работы - повышение эффективности процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов за счет создания моделей, методов и средств формирования наиболее предпочтительных многоуровневых решений в условиях неопределенности и построения на их основе систем вариантного автоматизированного проектирования, что позволяет разрабатавать проекты с более высоким уровнем потребительских и производствешо-технологичес-ких свойств (снижение стоимости строительства, материалоемкости, сокращение грузопотоков, длительности производственного цикла и др.).

Для достижения поставленной цели было необходимо:

- исследовать состояние и основные направления развития процессов проектирования промышленных объектов;

- разработать модельное представление многоуровневой пространственной структура промышленного объекта;

- выполнить моделирование процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов в условиях разбиения сложной задачи на совокупность подзадач с определением основных функций выбора при формировании и оценке проектных решений ;

- разработать критериальную модель для многоэтапной оценки пространственной структуры промышленных объектов;

- выявить основные виды неопределенности и разработать их классификацию с обоснованием единого подхода к учету неопределенности, поровдаемой объективными факторами;

- разработать методы учета неопределенности в задачах поисковой оптимизации и многокритериального оценивания проектных решений и выполнить их экспериментальную проверку;

- выработать требования к программный средствам реализации процессов ВАЛ пространственной структура промышленных объектов, разработать принципы их построения, компонентный состав, струк-

туру, создать, изготовить комплекс этих средств и веости их в действие;

- на базе созданного комплекса методов и средств разработать системы автоматизации проектирования н с их помощью осуществить проектирование конкретных объектов с оценкой эффективности получаемых результатов;

- определить направления дальнейшего развития работ по повышению эффективности создаваемых систем БАЛ за счет разработки новых, а также развития, модернизации ранее созданных моделей, методов и средств их реализации,

Научная новизна. Проблема повышения эффективности процессов проектирования пространственной структуры промышленных объектов в целом и их отдельных фрагментов впервые поставлена, рассмотрена и частично решена на основе предложенного подхода, комплекса созданных моделей, методов и средств.

Для решения задач многоэтапного ВАЛ пространственной структуры промышленных объектов разработаны и впервые использованы модели, основанные на представлении объекта через множества ■ элементов и отношений пространственного и иерархического типов, а также многоуровневую систему критериальных показателей.

Разработаны процессы ВАН промышленных объектов, отличительными особенностями которых являются: структурирование на основании предложений типологии моделей объектов и предметно-базированного подхода; использование моделей общей задачи проектирования, обеспечивающей полноту и выраженную целеориектиро-ванность постановок составляющих ее задач за счет максимального учета параметров и свойств, порождаемых как на данном уровне рассмотрения, так и с учетом результатов предшествующих уровней принятия решений.

Задача взаимосвязанных многоэтапных процессов вариантных решений в СА1Р впервые поставлена как задача многокритериальной оптимизации при различных видах неопределенности; предложен единый подход и разработаны методы учета неопределенности на основе использования информационных мер различия мекду показателями.

На основе предложенных способов учета неопределенности разработана модификация метода ветвей и границ, позволяющая существенно повысить эффективность поиска вариантов проектных решений в задачах большой разморности.

Впервые для реализации процессов ВАП объектов строительства созданы общесистемные программные средства на основе построения моделей и методов оптимизации многоэтапных проектных решений.

Указанные результаты представлялт в совокупности решение проблемы построения систем ВАЛ пространственной структуры промышленных объектов.

Практическая ценность работы заключается а том, что на основании полученных научных результатов разработаны эффективные CAjIP ЩШ КОМЛ МПЗ, ПС Ail МПЗ, САПР-проект, САЛР-ГПС) и общесистемные программные средства для реализации ВАП. Использование разработанных под руководством и при непосредственном участии соискателя САПР в проектных институтах отрасли позволило сократить сроки и трудоемкость разработки проектов, а также повысить их эффективность за счет вариантной проработки объемно-планировочных решений наиболее сложных объектов. Оригинальные компоненты САПР внедрены и используются в проектных и научно-исследовательских организациях смежных отраслей народного хозяйства, а некоторые из них адаптированы по отдельны.! заданиям с учетом специфики проектируемых объектов. На основании полученных научных результатов и проверки их на практике разработан отраслевой РД II 0739-90 "CAilP ГПС. Основные положения. Схемы технологических процессов проектирования". Обобщенные научные результаты в виде специальных публикаций (книги, обзоры, методические указания и др.) включены и используются в учебных программах по CAllP для студентов ВУЗов и институтов повышения квалификации специалистов и руководящих работников отраслей народного хозяйства. Внедрение разработанных САПР и их эф|хэктивность в практике проектирования объектов промышленного строительства, а также использование результатов научных разработок соискателя в виде моделей, методов и средств ВАП подтверждается соответствующими актами, полученными от ВУЗов, институтов и факультетов повышения квалификации, проектных и научно-исследовательских организаций.

На залдату выносятся следующие основные положения:

- модели пространственной структуры промышленных объектов, использование которых позволяет проводить построение, анализ и преобразование проектируемых объектов по уровням принятия решений;

- процессы ВАЛ пространственной структуры промышленных

- б -

объектов, эффективность которых повышена за счет предложенной системы функций выбора в процедурах формирования и оценки предпочтительных решений в условиях неопределенности;

- учет неопределенности на базе информационных мер различия мзгду иноавствб1и вариантов проектных решений, обеспечивающий совершенствование методов поисковой оптимизации и построение эффективных процедур многокритериального оценивания в системах ВАЛ;

- модификация метода ветвей и границ за счет оптимизации выбора поискового параметра и уточнения нижней границы целевой функции, позволившая расширить область поиска пространственной структуры прокышлешых объектов;

- программные средства на основе предложенных моделей процессов и методов формирования решений с использованием экспертной системы и прхэехтко-ориентированной базы данных для построения и эффективной реализации многоэтапных процессов ВАЛ.

Апробация работа. Основные положения и результат работы докладывались и обсуждались на Л Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы научной организации управления социалистической промышленностью" (Москза, ВИННТИ, 1972)*, Всесоюзном совещании по интерактивным системам проектирования (Москва, ШГ/, 1981); "Всесоюзной конференции "Диалог "Человек-ЭД>1" (Ленинград, ЛИАЛ, I9B2); Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы модульного судостроения (иодуль-62)" (Ленинград, МЛ, 19Ь2); У1 Всесоюзной конференции по инженерной психологии (Ленинград, ЛГУ, 193-i); LI Всесоюзной научно-технической конференции "Методы синтеза типовых модульных систем обработки данных" (Кишинев, ИШОЕШРИБОР, 19ЬЬ); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Создание и развитие САПР в строительства и подготовка кадров для автоматизации проектирования" (Москва, цЛИИлроект, 196b); Всесоюзной конференции "Опыт практического использования системы автоматизации проектирования" (Ленинград, ЛДНТЛ, 1990); 4-х меглтраслозых и 7-ми отраслевых конференциях; 6-ти краткосрочных семинарах по CAil? при ЛДНТЛ. Основные положения по теме исследования легли в основу рзабот, которые экспошрювались в период I970-I9&3 г.г. на ВДНХ СССР и были удостоены серебряных медалей.

Публикации по работе. Материалы диссэртации опубликованы в 115 научных работах, в 9Э печатных, в том числе в монографии "Современные методы прюектирэвания промзданий (компоновочные решения)", вышздшей в "СтроПиэдате" в 1990 г. Материалы диссор-

тации нашли полное отражение в 25 отчетах по НИР и ОКР, выполненных под научным руководством и при непосредственном участии автора. Отчеты прошли государственную регистрации н находятся в отраслевом центре информации ЦНИИ "Электроника".

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, заключения и списка использованной литературы (165 наименовании). Общий объем работы 236 стр. Основное содеркание работа изложено на 147 стр.машинописного текста, рисунки и таблицы представлены на 71 стр. Акты внедрения оформлены отдельным приложением.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Вопросам исследования и создания систем автоматизации проектирования объектов строительства (САЛР-ОС) посвящены работа: Авдотьина Л.Н., Александрова В.Т., Гекмерлинга Г.А., Гусакова

A.A., Дмитриева Л.Г., Егорова В.А., Игнатова В.11., Мастаченко

B.Н., (Михайлова Никольского м,А., Потапова В.И., Сазонова К.А., Чулкова В.О., Эпельцвейга Г.Я., Яблонского Д.Н. и др. Из зарубежных исследователей наиболее известны: Александер К., Армоур Г.К., Арчер Б., Дэвид Д.Е., Истмэн С.Е., Миллер В.Р., 11елтекова 1.1., Шртлок U.K., Уайтхед В., йорвуд В., Хатвани И., Хелмзр 0. и др. Проблемам геометрического моделирования, автоматизации компоновки производств, объемно-планировочных решений промзданий и генпланов промышленных предприятий посвящены работы Григорьева Э.11., Жака С.В., Нагинской B.C., Шшакова И.П., Лопусева ¡1.3., Литвинова В.Н., Рафаловича И.И., Роден-дорфа Ю.К., Стояна Ю.Г., СМелякова С.В. и др. В результате разработок указанных исследователей создан ряд САПР для решения разнообразных проектных зедач в различных отраслях народного хозяйства и подготовлены предпосылки для их дальнейшего развития.

Обобщение опыта использования САПР показывает, что их роль в формировании эффективности и качества проектных решений промышленных объектов незначительна. Это положение объясняется, с одной стороны, недостаточно интенсивным проведением работ по автоматизации процессов проектирования для начальной стадии, а с другой стороны, чрезвычайно большой сложностью промышленных объектов. Слабая методическая основа автоматизации начальных этапов проектирования приводит к решению лишь некоторых сложных

'задач, как правило, без учета достаточно обоснованных причинно-следственных связей с предшествующими и последующими задачами проектирования. Проектирование сложных объектов характеризуется отсутствием жестко заданного маршрута проектирования, необходимостью разработки промежуточных проектных решений, многокритериально стью как отдельных задач, так и общей задачи проектирования, приводящей к получению принципиальных решений по объекту в целом или его структуры.

Анализ работ как в области автоматизации-архитектурно-строительного проектирования промышленных предприятий, так и организационно-технологического проектирования производственных систем показывает фрагментарность резения задач пространственной структуры проектируемого объекта. Несмотря на некоторые различия в решениях компоновочных задач просматривается, как правило, один и тот же подход, для априори выбранного принципа или схемы компоновки производства (габаритных схем промзданий) ищется наилучшее геометрическое размещение объектов. Однако многообразие способов организации обработки деталей, инструмэн-тообеспечения, транспортно-накопительных систем и складов приводит к совершенно различных принципам формирования пространственной структуры производств, каждому из которых может соответствовать множество пространств состояний геометрических объектов. Поэтому именно через выбор принципа компоновки производственных систем возможна взаимообусловленность технологических и архитектурно-строительных решений при поиске пространственной структуры промышленных объектов. Пробел в этом вопросе существенно снижает эффективность эксплуатируемых систем автоматизации проектирования в аспекта поддержания целостности структуры по всему объекту и получения эффективных комплексных решений. Но для расширения области автоматизации в данном направлении необходимо использование новых методов и средств, ибо подходы к автоматизации проектирования пространственной структуры при-мьглленнЕх объектов, основанные на классических методах формализации, имеют существенные ограничения и решают лишь параметрически определенные и четко сформулированные задачи. Одним из перспективных направлений при создании САПР является построение экспертных систем, обеспечивающих организацию, накопление, хранение, обновление и представление для использования специально .подготовленных композиций знаний. Народу со стандартными тред-

бованиями, которые обеспечиваются инструментальными средствами экспертных систем (особенности представления знаний об объекте проектирования, наличке компоненты объяснение, средства установления непротиворечивых знаний и др.) во многих работах особо отмечается необходимость учета неопределенности при решении сложных задач в CAilP. Системное проектирование и многокритериальная оптимизация являются отличительными свойствами современного проектирования, особенно, если речь идет о сложных объектах, к которым в частности, относятся промышленные предприятия. С учетом развития и уточнения аксиом системного проектирования (лук В.Д., Кравченко В.А., Ступаченко A.A. и др.) и результатов построения и эксплуатации систем автоматизации проектирования, разработанных при непосредственном участии и руководстве автора, предложено решение задачи в условиях разбиения ее на подзадачи и построение многоуровневой модели процесса проектирования. Такая задача определена как общая задача проектирования (0311) пространственной структуры промышленных объектов.

6 условиях неопределенности и логической противоречивости 03il единственным способом ее частичного разрешения является вариантное автоматизированное проектирование, реализация которого связана с формированием, генерацией множества проектных альтернатив, их оценкой на всех этапах проектирования и согласования мезду собой для выбора лучкего решения, В большинстве работ, посвященных автоматизации проектирования на начальной стадии, основное внимание уделяется проблемам формализации критериальных показателей и выбора решений и,в меньшей степени, рассматриваются вопросы построения и генерации проектных решении. Автоматизированный поиск вариантов проектных решений связан, как правило, с применением для этих целей специальных комбинаторных методов, реализация которых в задачах геометрического моделирования большой размерности сопряжена с рядом специфических трудностей. Одной из основных причин недостаточной э<}>-фективности использования методов поисковой оптимизации (последовательно-одиночного размещения, ветвей и границ, случайного поиска и др.) при решении задач компоновки и размещения геометрических объектов является отсутствие в них механизма выбора очередности компонуемых элементов и коррекции оценки целевой функции, В условиях многоэтапного формирования и анализа решений Oil возникает одна из актуальных проблем ВАЛ - организация

' отбора, хранония н модификации проектных альтернатив б процессе проектирования. Однако вопросы организации данных, порождаемых в процессе вариантного проектирования, в отличие от организации условно-постоянных данных, мало исследованы и по ним практически отсутствуют публикации в отечественной литературе.

Специфичность использования методов теории выбора н принятия решений в задачах ВАЛ состоит в наличия кногоаспектности проблемы неопределенности, которая содержится не только в объекта, но и процессе проектирования. В условиях постоянного преобразования и развития модели проектируемого объекта функции выбора часто но удовлетворяют классической рациональности, поэтом} в работе предложено построение процедур многоэтапного оценивали? решений, в которых функции выбора настраиваются под услозия ка-здой задачи проектирования, а вероятностное и ассимптотическое приближение к рациональному выбору производится за счет использования интерактивных процедур при учете неопределенности.

В настоящее время становится общепризнанным фактом, что созданию любой САПР должна предшествовать структуризация процессов проектирования объектов и построение модели процесса автоматизированного проектирования, под которой понимается взаимосвязанная совокупность последовательно изменяемых состояний зада? чи, а значит, и моделей объекта проектирования (011), рассматриваемых в соответствии с действиями, реализующими отн изменения. Шэтому модель 011 является исходной для дальнейших построений компонент САПР. В основу модельного представления пространственной структуру ОЛ в качестве первичных положены такие системныо атрибуты, как элементы и отношения, а параметры,характеризующие их состояние, являются вторичными. _ ^

Промышленные объекты в пространстве V/ образуются различными системами IV1 (организациошю-технологической V/', строительной IV*, энергетической др.) по многим отношениям £ Для формирования вариантов решений модель проектируемого объекта предложено представлять множеством элементов по двум типам отношений: пространственным и нерархичзским с использованием принципа наследования,состоящего в том, что в лжбом пространственном отношении элемент может быть заменен элементом иерархически ему подчиненным. Тогда на исходном мнокостве элементов образуется многоуровневая структура, в которой каждый уровень иерархии проектируемого объекта образуется за счет

группирования элементов по набору пространственных отношений и установления между ними иерархических отношений. Введение последовательности таких отношений позволяет переходить на более высокий уровень рассмотрения, исключая при этом элементы более низкого уровня иерархии и соответственно понижая размерность задачи компоновки и размещения объектов. Для рассмотрения каждого пространственного отношения при многоуровневом представлении проектируемого объекта введены понятия слоя, цепочки и блока. Слой образует подмножество элементов объекта.неразличимое с точки зрения данного отношения. Пространственные отношения, связывающие ыевду собой слои как иерархические группы элементов, образуют цепочки. В цепочке каждый последующий элемент мо-яет заменить предыдущий, оставляя верным исходное пространственное отношение. Транзитивное замыкание цепочек по данному отношению образует блок. При структуризации проектируемого объекта слой представляет собой исходный уровень иерархии, в рамках которого членение объекта по данному отношению не имеет смысла, а максимальный уровень иерархии определяется блоком ввиду того, что элементы,принадлежащие разным блокам,но оказывают влияния друг на друга по данному отношению. Введены понятия начального, промежуточного и конечного состояния объекта с условиями перехода из одного состояния в другое и порождения »многоуровневых вариантоэ проектных решений. Концептуальная модель пространственной структуры проектируемого объекта, представленная через набор базовых множеств и многоместные отношения, приведена на рис.1.

На основании сформулированных положений обобщенная модель пространственной структуры проектируемого объекта с учетом его параметрического описания представляется кортежем следующего вида:

М0/}=< \VlwW*.МгАЗД», (I)

где 1/*/°- начальное состояние объекта проектирования; о(_ - гетерархичоское строение объекта, отображаемое гиперграфом;

- полное множество всех непротиворечивых состояний объекта IV : У - множество параметрических функций, описывающих объект проектирования;

Идентификатор модели ОП Характеристики модели

Класс признаков модели Набор базовых множеств(БМ) Сигнатура

Количество Идентификатор Типы и количество отнесений Идентификатор и мест ноеть отношений

к2 ••• к*

Способ задания элементов БМ Представление иерархий объекта, фиксируг-цкх состояние БМ

Структу-?состав) Параметры и ограничения ■ Свойства Шкалы свойств

Неопределенность модели ОП

го I

Честность Типы Структура Местность Вид Структура

метрик отнесения иерархии отношения

Характеристика элемента Способ зада-

Условие ния элемента

Значение (отношения)

элемента определения

элемента

Обозначения: ОП - объект проектирования, й -отношение ({^-пространственное,Г^-иерархическое) Рис.1 Модельное представление пространственной структуры объекта проектирования

2) - область допустимых значений параметрических функций У , представляемая как подмножество взаимных ограничений.

Предложенное модельное представление пространственной структуры 011 позволяет понизить размерность задач и ускорить поиск наиболее приемлемых решений за счет объединения компонуемых элементов в слои, декомпозиции объекта на независимые по данному отношению блоки путем исключения тех пространственных отношений, которые находятся внутри полученных образований. Однако при понижении размерности задачи проектирования теряется ряд вариантов, которые вообще могут не попадать в поле зрения проектировщика. Разные способы разбиения объекта приводят к получению различного количества вариантов и к различной неопределенности, связанной с разбиением на подзадачи. Формирование вариантов пространственной структуры в соответствии с предложенной моделью проведено на примерз построения организационно-технологической системы и ее отображения в строительную систему с анализом возможных маршрутов решения ОЗП. В работе система ВАП пространственной структуры промышленных объектов определена как совокупность моделей объекта проектирования, модели общей задачи проектирования и модели процесса проектирования (lili). В свою очередь, модель ОЗП представляется множеством задач проектирования £3 Hi}, взаимосвязанных целевой моделью построения Oil, в качестве которой выступает критериальная модель Мкр • При построении 1111 предложено исходить из типологии разработанных выше моделей ОН и предметно-базированного подхода, первичным для которого являются особо вьделяемые состояния объектов, а действия и средства изменения их состояний рассматриваются как вторичные, соподчиненные. Основываясь на структуре работ для стадий ТЭО, ТЗР и проект, на которых принимаются принципиальные решения по объекту в целом, модель Ш1 пространственной структуре промышленного объекта отражена посредством цепочки моделей, подлежащих последовательному формированию и развит™:

где Mqj~ функциональная модель объекта, отображающая назначение и требование к 011;

Mirр- критериальная (цэлевая) модель объекта;

Н^с,- функционально-структурная модель объекта, отображает множество потенциально возможных принципов построения ОЛ;

Мс- модель метаструктуры объекта проектирования, укрупнен-но отображающая строение объекта; - структурная модель ^ -го подобъекта, выделенного для . независимого рассмотрения в составе других подобъектов; структурно-функциональная модель 1- -го подобъекта, ввде-ленная для согласованного рассмотрения с другими подобъ-ектами;

Мор- структурно-функциональная модель объекта, обусловленная сформированной его метаструктурой и согласова1шыми подструктурами различной природы;

Млр~ продуктивная модель сбъекта, отображающая в документах поэтапное состояние проектируемого объекта.

Поскольку ОП в достаточной мере сложен, то выбор приемлемого решения может происходить как в рамках общей критериальной модели, так и для каждой ЗП. Б этом случае в соответствии с (2) строится цепочка кортежей для отдельных подобъектов, формирование которых составляет предает решения соответствующих 30, а для согласованного решения ОЗП по отдельным ЗП вводится процедура координации решений. Данный подход применяется рекусивно к каждому вновь полученному подобъекту. Таким образом модель Ш1 имеет множество взаимосвязанных составляющих, рекурсий, модификаций промежуточных результатов и согласований в соответствии со схемой решения ОЗП, представляемой в виде многослойной иерархии соподчиненных задач проектирования { ЗП ¿.^ различного уровня сущности, формируемых поэтапно, едро которых в пространственно-временном аспекте образует предшествующий, текущий и прогнозируемый уровень принятия решений с соответствующими именами критериальных показателей. Дня ЗП пространственной структуры про-' мыпшенных объектов й-работе рассмотрено два типа представления: выбор из перечислё}.^ и поиск в пространстве состояний. При перовом типе представления в заданных условиях и явно определенной цели находится требуемая ситуация объекта проектирования (выбор принципа компоновки, схемы размещения, композиции объекта и др.), которая является исходной при решении задачи второго типа представления - для выбранного принципа компоновки найти наиболее приемлемое размещение геометрических объектов. ЗП определена

моделью направления поиска в пространстве состояний проектируемого объекта,системой критериальных показателей и механизмом учета неопределенности. Вариантное автоматизированное проектирование в виде моделей ОЗЛ является третьим типом представления решения глобальной задачи при разбиении на подзадачи,независимое решение которых приводит к необходимости функциональной (декомпозиция ОЗП на набор подзадач) и целевой (декомпозиция критериальных показателей и кх согласование между собой и общим критерием эффективности ОЗП) координации ЗП.

В условиях неполной формализации,большой размерности,многокритериальное™ и наличия лица,принимающего решения,выделение подзадач в ОЗП и маршрутов их решения неоднозначно. Для понижения размерности решения оптимизационных задач используются различные строгие (математическое программирование) и приближенные методы (приведение матриц к специальному блочно-ленточному виду и др.), на основе которых разработаны декомпозиционные методы (Кравченко З.А., Левин Г.М., Танаев B.C. и др.). В частности, для решения задач оптимального проектирования ГПС механообработки разработан метод последовательной декомпозиции. В предложенном методе набор задач интерпретируется как сеть,вершины которой обозначаю? отдельные подзадачи общей задачи проектирования, а ребра - информацию,потребляемую одними задача?™ от других. В сети ¡тщется наименьшее количество узлов.обеспечивающих ретпение подзадач с учетом минимизации информационных потерь.. Использование такого подхода к декомпозиции ОЗП пространственной структуры промышленных объектов вызывает трудности из-за неопределенности предметной интерпретации множества выделяемых подзадач и сущестсенного повышения сложности задачи их согласования.

В реферируемой работе предложено уточнение наиболее рационального членения ОЗП на основе информационных мер различия между выделяемыми ЗП, а для дальнейшего понижения их размерности в ПЛ последовательно используются соответствующие функции выбора наиболее предпочтительных вариантов из анализируемого множества, т.е. осуществляется отображение С ! % i где Х- -множест-

во допустимых вариантов проектных решений. Исходя из особенностей задач проектирования основных этапов построения пространственной структуры промышленных объектов на базе использования аппарата алгебры логики,определены основные функции выбора.

На этапе композиции объекта в целом или определения принципа компоновки его структур, под которыми понимается кортеж где W°~ неполная топологическая схема объекта, a Fj' - критерий направления поиска размещения объектов, функция выбора имеет вид:

С, (% ft, X X £)=R^ * flVv4,..., е И/°3 R/x ф)

где R, R,'- отношения предпочтений на свойства 0П и их подмножеств R. 2 R,' ;

P^R.^ - пространственные и иерархические отношения и их подмножества соответственно и ^z »

о*;,.,., элементы топологической схемы W0.

Дальнейшее понижение размерности задачи проектирования связано с установлением ограничений на параметра, задаваемые отношениями R, и R-z > которые в условиях фиксированной номенклатуры типовых изделий изменяются, как правило, дискретно, а поиск ыетаструктуры Oil в соответствии с выбранным принципом реализуется с помощью функции выбора, имеющей вид:

с^4 = { W'j: R, V-RZ(W, ur&)3 (4)

где W _ множество систем, >

Oft) U^- любые два структурных элемента объекта И^ . Для задач размещения геометрических объектов в заданных областях в процессе построения множества допустимых вариантов Z число их может быть так велико, что при поиске наиболее приемлемых необходимо ввести отношение предпочтения R , а функция выбора предпочтительных вариантов Сj (X) в общем случае имеет вид:

C3(Z)^{Wl}V(WtC3№(Б)

В основу построения функций выбора на этапе оценки предпочтительных проектных решений положено идеализированное представление проектируемого объекта и введено понятие идеальной точки, относительно которой сопоставляется приближение (или удаление) .искомых вариантов. Идеальная точка отражает состояние объекта с недостижимыми значениями показателей через информационную метрику J3 , относительно которой существует функция выбора С ¡у , заданная на множестве подмножеств IV 5 Л . На основании информационной мэры различия по С.Кульбаку определяется метрика^

мезду классами решений и ¿я. по показателю

(б)

где ' информационная мера различия между &

и 2g, по показателю . По данной информационной метргае находится метрика кезду проектными решениями Ы е и VVj £ Z.?, :

л(ivhWzy-q:j>.Х0|*£(PJ, (7)

где р - показатель степени.

Метрика J^ определяется пространством показателей А , которое на каждом уровне принятия решений представляет проекцию показателей 03U на гиперплоскость рассматриваемой 3x1. а при согласовании решений проекцию на гиперплоскость, соответствующую сопоставляемым уровням принятия решений. Аналогично идеальная точка по данному уровню принятия решений представляет собой проекцию идеальной точки ОЗП на гиперплоскость соответствующей 311. Функция выбора на этапе оценки проектных решений как минимизация удаления анализируемых вариантов от идеальной точки в общем случае имеет вид:

d VV 0

Функция выбора на одном уровне будет:

I»

где И/"'*'- идеальная точка на К. -ом уровне,

X - система критериальных показателей на 1С -ом уровне. С учетом межуровневых решений функция выбора имеет вид:

сю)

где IV*"- идеальная точка ОЗД,

X' - система межуровневых показателей. Идеальные точки IV*'к и W ""являются выборочными, и каждый из выборов Cv и С 5- изменяет их, что позволяет осуществлять итерационно оценочные процедуры на каждом уровне, а также проводить межуровневую оценку и согласование решений между отдельными уровнями .

При разработке типологии моделей критериальных показателей для оценки пространственной структур* промышленных объектов

использованы взаимодополняющие свойства иерархичности объекта и процесса проектирования. Многоуровневое модельное представление объекта приводит к двум обобщенным типам показателей: первичным, оценивающим целостные свойства объекта и составным, образованными агрегацией частных показателей в соответствии с уровнями иерархии объекта. В аспекте построения процессов проектирования выделяются единичные, универсальные и меху ровнебыб показатели. Единичный показатель оценивает свойство объекта, проявляемое на одном из этапов процесса проектирования. Универсальные показатели оценивают свойства объекта, проявляемые на различных этапах процесса проектирования и ввиду общих закономерностей имеют единое формальное выражение для данного свойства, результат вычислений по которому на каждом уровне определяются исходными данными. Межуровневые показатели формируются по результатам оценки вариантов на двух и более уровнях, реализуя между ними связь и различные способы построения целевого функционала оценки решений. В соответствии с определенной типологией показателей критериальная модель ОЛ определяется как кортеж следующего вида:

Мкр=< Ре Л, FM,-fn,Z >, (И)

где F"e} i-y; _ единичные^ универсальные и межуровневые показатели соответственно, * fn~ неопределенность критериальных показателей,

R - отношение предпочтения на свойствах ОН. Для критериальной модели 0311 верно следующее:

Ре^У^; F^Ob,3* и ^ =

■Приведенная классификация критериальных показателей и ее использование для построения критериальной модели пространственной структуры Oil способствует его расчленению в Ш только на такие составляющие, которые взаимоопределены, взаимообусловлены и существуют лишь в соотнесении друг с другом для представления их... целостного единства. Для оценки объемно-планировочных' $шейии» и пространственной структуры ГЛС в работе предложена многоуровневая система критериальных показателей. При ее построении были использованы работы В.С.Нагинской по представлению в виде иерархических многоуровневых структур системы свойств и системы критериев оценки промышленных зданий. С учетом специфических свойств проектируемых объектов и цели данной работы были обобщены закономерности формирования некоторых свойств и предложены

типовые схемы аналитического представления ряда показателей.

■ Формирование пространственной структуры промышленного объекта осуществляется на основе взаимодействия компонуемых в нем. элементов и связи его с внешней средой или другими объектами; С. позиции метрических отношений предложены три схемы аналитического представления.связевых показателей. Для оценки компоновки одной системы (iV'Jno интенсивности связей (транспортные, инженерные коммуникации, технологические средства оснащения и др.) используются метрические свойства на парах элементов или свойства, обратные к ним (совместимость). На этом принципе формализованы показатели внутренней связи и совместимости элементов в пространственной структуре 011. Для оценки связи компонуемых элементов с внешней средой (или с элементами других объектов) используется величина отклонения интенсивности связи элементов одной системы относительно другой. По данному представлению формализованы показатели внешней связи и совместимости, исполь- -зуемые при образовании помещений путем группировки компонуемых объектов относительно зафиксированных элементов других объектов, а также показатели оценки образований, в которых объединение элементов характеризуется идентичными свойствами и близким разбросом их значений. При синтезе объектов, принадлежащих различным системам,оценка показателя связи представляется мультипликативной функцией с использованием метрических свойств на парах элементов соответствующих систем. На основании данного представления показатели связи, совместимости и выгораживаемости через многомерную матрицу отношений между компонуемыми элементами и направлением метрики позволяют оценить пространственную структуру 011 с учетом сложной композиции ее составляющих. Ряд закономерностей^ проявляемых при синтезе объектов различных систем, свойства которых отображаются унарными функциями различного вида, также сведены к мультипликативному виду. На основании талого представления формализованы некоторые универсальные показатели (гибкость, освещенность и др.). В работе также формализован ряд единичных показателей (архитектурный облик, землеемкость и др.). На этапе определения основных строительных параметров про-мзданий важную роль играют стоимостные показатели оценки строительно-монтажных работ проектируемого объекта. В настоящее время наиболее объективным нормативом определения стоимости строительства на начальных этапах проектирования являются сборники укруп-

неиных сметных показателей (УСП). Достоверность получаемых результатов на основе использования УСП обэспечивается включением в выборку при их формировании только тех проектов, которые входят в группы промзданий, объединенных по ряду существенных признаков, наиболее характерных для предприятий отрасли. Однако для того, чтобы определить сметную стоимость объекта по УС11, необходимо выполнить весь проектный цикл с обменом зданий между смежными отделами, и для вариантного автоматизированного проектирования непосредственное использование оценок на базе УСП затруднительно. Эта трудность была преодолена путем построения регрессионных моделей на основе сборников УСП и реальных проектов промзданий, по которым при использовании ПС АП Ш13 формировались варианты габаритных схем при зафиксированной общей площади пром' зданий. Включение показателей .УСЛ. на основе регрессионных моделей в оценку вар!антов объемно-планировочных решений промзданий позволяет не только учесть при выборе стоимость строительно-монтажных работ, но и использовать их в качестве меяуровневы/. показателей при учете влияния составляющих затрат на целевой функционал.

Рассмотрены факторы, порождающие неопределенность в многоэтапных задачах вариантного проектирования (сложность объекта, вариабельность ЗА, структурная изменчивость ОЗИ, психологические особенности решения задач в СА1Р и др.), и для этих задач предложена их содержательная классификация по степени и видам неопределенности. Исходя из субъективных и объективных факторов, разработана общая классификация неопределенности в системах ВАН (рис.2). В работе исследовались виды неопределенности, основанные на объективных факторах, к которым отнесены неопределенность целевого функционала, ситуативная неопределенность ЗП и структурная изменчивость ОЗП. Для целевого функционала учет неопределенности при многокритериальном оценивании решений сведен к уточнению системы весовых коэффициентов показателей и способа их нормировки. Взаимное уточнение целей и условий решения задач в процессе поиска наилучшего состояния проектируемого объекта понимается как снятие ситуативной неопределенности 311. Шд структурной неопределенностью 0311 понимазтся поиск наиболее рационального ее членения и маршрутов решения составляющих подзадач. Эти виды неопределенности могут быть зафиксированы через изменение параметров н показателей, используемых как классификаци-

Рис.2 Классификация неопределенности з системах вариантного автоматизированного проектирования

онкые признаки проектируемого объекта, что позволило обосновать единый подход к построению методов их учета. Б качестве такого подхода в работе предлагается использовать методы теории информации на основе информационных мер различия между исследуемыми объектами по С.Кульбаку. Для учета неопределенности используются различия как между многомерными, так и одномерными совокупностями показателей.

При формировании целевого функционала в мно г о к р I те риал ь но й задаче выбор приоритета показателей в условиях неопределенности может быть осуществлен за счет выравнивания обобщенных расстояний показателей от их экстремальных значений. В работе предложено критериальным показателям, по которым в анализируемом множестве решений вероятность достижения экстремума мала, присваивать больший вес, и наоборот, при большей вероятности достижения экстремума - показателям присваивать меньший вес. Тогда задача определения приоритета показателей является одним из аспектов снятия неопределенности в отношении используемой системы критериальных показателей. Максимальная информативность назначается наиболее неопред елейным показателям и, соответственно, минимальная информативность у показателей, значения которых близки к экстремальным. 1!ера неопределенности (вес показателя "Х-1 ) находится как отношение различающей информации по отдельным показателя?,:

:?.,; X: ) к общецу количеству различающей информации по зсем показателям, что соответствует метрике в функциях выбора в соответствии с выражениями (9) и (10). Методика нахождения весовых коэффициентов основана . на различении вариантов проектных решений с эталонными, а. в гас отсутствии на различении с идеальной точкой, когда формула С.Кульбака при некоторое условиях для определения различающей информации кезду выборкой решений и идеальной точкой принимает вид

:7(<:2;*с')= 1 ' (12)

где Х0 - средние значения показателей относительно идеальной точки;

X¿ - значения средних <• -го показателя; - значения дисперсий С- -го показателя. Методика определения весовых коэффициентов показателей при оценке многокритериальных репегсй! проста эксаоркменгальнне проверки на устойчивость часленшх оценок и р^лнзована в ряде САПР, а

развитие данного подхода предложено для выбора рационального способа нормировки показателей.

Учет ситуативной неопределенности при определении пространственной структуры проектируемого объекта сведен, в общем случае, к решению двух задач, одна из которых состоит в выборе из перечислений или определении объекта по некоторым первичным признакам, а вторая-в поиске порядка размещения элементов в данной ситуации. Для определения принципа компоновки ГНС в работе поставлена и решена задача логического вывода о выборе перехода от исходных параметров к искомым через набор ситуаций, представляемых семантическими сетями на основе фреймов,и действий над ними с помощью продукционных правил в соответствии с функциями выбора по выражениям (3) и (4).

Учет неопределенности при решении задач поисковой оптимизации размещения геометрических объектов реализован в методе ветвей и границ и основан на уменьшении вероятности ошибок на начальных шагах работы метода за счет выбора поисковых параметров, а также уточнения нижней границы (НГ) целевой функции на к задом шаге поиска. Данному типу задачи соответствует функция выбора по выражению (Ь). Экспериментально установлено, что в задачах поисковой оптимизации с использованием метода ветвей и границ,варьируя порядком выбора параметров, можно подобрать такую реализацию алгоритма, при которой осуществляется обход наибольшего количества бесперспективных ветвей. Шэтому в качестве критерия выбора очередности размещения геометрических объектов принята информативность их параметров, в соответствии с которой назначается минимальное значение НГ целевой функции, а ветвление в каждом узле осуществляется как по параметрам, так и по их значениям. Метод ветвей и границ,модифицированный путем добавления блока выбора наиболее информативных параметров, назван методом двойного вотвления. Экспериментальная проверка работы метода двойного ветвления проводилась при значениях целевой функции и ее нижних границ, полученных случайным образом ( Яа ) и связевой функции ( РС6 ) из реальной задачи компоновки промышленных объектов. Сравнивались различные варианты формирования подмножеств идеального и реального классов решений, статистических параметров, различение по которым влияет на скорость сходимости метода;. Всего было отобрано восемь вариантов формирования анализируемых подмножеств с соответствующими способами расчета информации, по каждому из которых производился выбор наиболее информативного

параметра и вычислялась величина числа шагов, за которое реализуется поиск предпочтительных решений (см.таблицу). Для четырех способов расчета информации были проведены эксперименты с ыногопараметрическими функциями, результаты которых показали рост эффективности использования метода двойного ветвления по сравнению с методом ветвей и границ при увеличении количества параметров целевой функции. Дальнейшее сокращение числа шагов при поиске компоновочных решений промышленных объектов основано на уточнении нижней границы целевой функции по различающей информации между НГ и идеальной точкой. Экспериментальная проверка показала, что пятикратное сокращение числа шагов за счет введения процедуры уточнения целевой функции ленит в области допустимого снижения точности получаемых решений (4%). Использование метода ветвей и границ с его модификациями в задачах поиска пространственной структуры промышленных объектов позволило установить рациональные области их применения. При небольшой размерности задачи размещения геометрических объектов метод ветзэй и границ реализуется с наименьшими затратами. Метод двойного ветвления целесообразно использовать при решении задач с многопараметрическими функциями, а уточнение нижней границы целевой функции необходимо применять при большом количестве размещаемых элементов.

Потребность организации многоэтапных процессов ВАН, а также необходимость нахождения компромиссных решений по множеству критериальных показателей с учетом целостности проектируемого объекта, фор.шрует уникальную архитектуру САПР пространственной структуры промышленных объектов (САПР-КОМПОНОВКА). Анализ моделей и вццеленных на основе стереотипных ситуаций функций для реализации технологии ВАП позволил сформировать и разработать инвариантные проектирующие компоненты, в качестве которых предложены; диалоговый монитор, система оценки и выбора решений, проектно-ориентированная база даншх, экспертная система и программные средства адаптации процесса проектирования. Для организации процессов ВАЛ диалоговый монитор обеспечивает динамические управление программами и данными, агрзгацко программ и данных с логическими условиями их выполнения. Отличительны!« свойствами монитора являются: управление иерархией порождающихся работ, рекурсивное распараллеливание и агрегирование процессов в рамках сеанса проектирования, реализация многопользовательского режима работы и обмена данными с несколькими тер.мналами, обеспечиваю-

Риулгатм вяслерююоишэа проверки mi^m«J петом еетвеЯ к грснкц.

» в/п Ндеалгай CJUCC ГЫДЫШЛ масс Ксооль-зуеьдо стйт^етшем Sopuyu расчет* кнфоршцк* Число иегов

■ при количестве параметров йиввонзла.

3 4 5 4 1С

А. Г. fn Л/ F,s г,С ГсС

I. X*» х> ^^-z/'Z/fs/'J1 10 13 а 26 46 т <и 975

г. а-; ^ .37! f; . s;> :i ii 44 31 и - - -

3. x' г;. ^ sr.s.f и п 4з 1! а - - -

4. л; Z'.iy.s? J, *,-'//( s^' ii 10 40 ZS Аз ig1 165 945

3. x/' X? и 13 « и 45 и/ 2W ш

б. jr.* х> 2'f, i' ii 16 42 га 46 й7 mi W0

7. л гг'г/г^'г 10 15 43 за ь4 - - -

0. x? ii 10 40 д> И — - —

9. ^ f Т 0 А В е f В « й я границ 12 го 47 72 г»з 1344 7962 4-ic6"'

10. 4отод в в т в • а я границ с уточнение« ИГ п о(34) - ю - 20 35 69 из 505

геения; in - цмсдо параметров; X ij - значение це.'.евсД (функции ори принятии i -ляраыетроц J -го значения; С^ - число возиотеых значений i -го параметре; множество состоящее из оахои идеальней точки;- кдеиишЗ клвсс состоит и

кдеальюпе точев - юоишддькшс значёнде целевой функции по KoAOCvy папаметру;/'» /х;; J -'IiaGop всех возиллйа значений целевой 4ункцхи при орюиткн ( -ни параметром различных значения;/^« X;'VC 8Се значех^ целевой (ункции по данному параметру, «рои «я юшьногоХ-V,, [ «у^-Ху i - »«охество состоит кз 0iM0i точи, блишлае* х щшшой; ytr-Jt - значен ил рыыгищеа вфрицк* в соответствии со способах рвежта; в) - величина аллровсширустсл.

щего коллективную работу специалистов над проектом. Методика и программные средства оценки и выбора решений для многоэтапных процессов ВАЛ обеспечивают целевую и функциональную координацию задач, многокриериальный анализ и синтез решений с учетом различных видов неопределенности и менуровневой координации, настройку на различные способы преобразования и нормирования критериальных показателей.

Для организации накопления, хранения и использования множества порождаемых вариантов и их показателей проведено информационно-логическое моделирование процесса проектирования объемно-планировочных решений промзданий и на его основе предложено построение проектно-ориентированной базы данных ШОБД) "Компоновочные решения промзданий", отображающей состояние проектируемого объекта по его структурной и критериальной моделям. На основании мифологической модели, структурных связей объектов и требований процесса проектирования проведен анализ и выбор типа С2ЩЦ для создания программных средств ГОВД "Компоновочные решения промзданий", обеспечивающих эффективность системы ВАЛ по сравнению с файловой организацией данных за счет исключения избыточности данных, повышения скорости их обработки, организации хранения множества различных вариантов реализаций проекта и оперативной корректировки вариантов решений на любом этапе проектного процесса.

Важность, а также актуальность создания систем формализованных знаний (прежде всего экспертных систем и различных фреймов) обуславливаются необходимостью использования знаний и опыта высококвалифицированных специалистов с целью развития автома газированного решения компоновочных задач промышленных объектов Для этого была проведена структуризация знаний организационно-технологического проектирования ГПО.и на ее основе выполнена постановка задачи выбора принципа компоновки производств в виде продукционных правил (< идентификатор правила > < условия применимости > < действия>) и условий их применимости, представляемы коныокцией предикатов над триадами (объект, атрибут, значение). Разработаны программные средства, обеспечивающие реализацию экспортной системы и базы знаний об объектах производства с множеством отношений на них, образующих различные топологические схемы организации ГЛС. Выбор некоторой модели из набора возможных является основой для дальнейшего поиска пространствен ной структуры промышленного объекта.

выводы и прдаожшия

Автором выполнены теоретические и экспериментальные работы, которые позволили решить важную проблему повышения эффективности пространственной структура промышленных объектов. Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы могут быть сформированы следующим образом.

1. Разработаны методы и средства, обеспечивающие создание систем ВА11 пространственной структура промышленных объектов. Отличительными особенностями данной методологии являются: построение многоуровневых моделей объектов и модели общей задачи проектирования, структурирование процессов на основе предметно-базированного подхода и функций выбора предпочтительных решений в процедурах формирования и оценивания вариантов, согласование и координация многоуровневых релекий, учет различных видов неопределенности в процессе проектирования, использование экспертной системы и проектно-ориентированной базы данных.

2. Разработана модель объекта, в которой многоуровневая пространственная структура создается путем взаимного отображения отношений пространственного и иерархического типов через абстрактный базис в виде слоя, цепочки .и блока, что позволяет проводить прхзобразование объекта по уровням принятия решений при их вариантной проработке с учетом размерности задач и системы кр1 термальных показателей.

3. Предложена классификация системы критериальных показателей для ВАЛ объектов на основе ¡ос многоуровневого представления

и критериальная модель для оценки проектных ршений. Формализованы оценочные показатели пространственной структуры промышленных объектов, часть из которых обобщена и представлена в виде типовых аналитических схем. Экономические показатели для оценки объемно-планировочных решений промзданий определяются путем построения математических моделей, отражающих влияние изменения основных строительных параметров на стоимость стрхэительно-монтажных работ з соответствии с отраслевыми сборниками УСЛ.

4. Для этапов форшрювания решений пространственной структуры промышленных объектов разработаны процессы ВАЛ при декомпозиции общей задачи проектирования на совокупность основных типов задач с соответствующими функциями выбора, задаяцими направление поиска предпочтительных решений. Согласование ранений осуществляются относительно идеальных точек с использованием нажуровневых

показателей для критериальных моделей задач проектирования, а оценка решений по объекту в целом реализуется через идеальные точки критериальной модели общей задачи проектирования.

5. Для учета неопределенности целевого функционала в задачах многокритериального оценивания разработаны алгоритмы и методика назначения весовых коэффициентов показателей, основанная на различении формируемых решений с эталонами и идеальной точкой. Развитие данного подхода предложено к выбору рационального способа нормировки критериальных показателей.

6. Учет неопределенности при поиске пространственной структуры проектируемого объекта сведен к задачам выбора принципа компоновки на основе использования системы формализованных знаний и оптимизации порядка размещения элементов. Предложено повысить эффективность использования метода ветвей и границ в задача? компоновки и размещения объектов за счет оптимизации выбора поисковых параметров по их информативности и уточнения значений целевой функции на каждом шаге поиска.

7. Экспериментальная проверка модификаций метода ветвей к границ показала существенное улучшение характеристик поисковых алгоритмов при решении задач с большим количеством размещаемых элементов. Экспериментальная проверка и практическая реализация алгоритмов поисковой оптимизации позволили установить рациональные области применения метода зетвей и границ с его модификациями в задачах поиска пространственной структуры прогмьпленных объектов.

8. Для построения процессов BA1I пространственной структуры промышленных объектов на основе предложенных моделей и методов разработаны требования и принципы построения общесистемных программных средств, образующих архитектуру САП? данного типа и обеспечивающих реализацию функций организации и управления процессами проектирования, многоцелевой оценки и выбора ращений с учетом неопределенности, адаптации на объект и процесс проектирования, организации хранения множества генерируемых вариантов и взаимодействия с вариантами других уровней, организации и реализации процессов проектирования за счзт опоссэдо-ванного использования эмпирических и эвристических знаний, а также опыта высококвалифицированных специалистов.

9. Разработаны методика к программные средства оценки и выбора рошзний для многоэтапных процессов БАИ, обеспечивающие многокритериальный анализ к синтез решений с учетом различных

видов неопределенности, меяуровнавое согласование и настройку на различные способы преобразования и нормирования критериальных показателей.

10. Для организации накопления, хранения и использования множества порождаемых вариантов проведено информационно-логическое моделирование процесса проектирования объемно-планировочных решений промзданий и на его основе предложено построение прсект-но-ориентированной базы данных, отображающей состояние проектируемого объекта в соответствии с его структурной и критериальной моделями и обеспечивающей повышение эффективности реализации процессов dAil.

11. На основании проведенной структуризации знаний организационно-технологического проектирования ГПС выполнена постановка задачи выбора принципа компоновки производств, реализованная в виде экспертной системы и базы знаний об объектах производства с множеством отношений на них, обеспечивающих расширение автоматизации решения компоновочных задач промышленных объектов.

12. Р&зработанные системы автоматизации проектирования пространственной структуры промышленных объектов ШЫ К0Ш1 Miß, ПС Ail I'liJS, САПР-ГйС и др.) использовались в институтах ШО "Союз-злектрошроект" и KHiLüi "Терминал" при проектировании предприятий различного назначения, а также проектировании объектов смежных отраслей народного хозяйства (ГСШ "Гипроверфь", ГПИ-З, ЦК1Б MF4? и др.). Анализ результатов автоматизированного проектирования реальных объектов показал возможность существенного улучшения их функциональных и стоимостных показателей. Снижение стоимости строительно-монтатаых работ составило в пределах от I до 6%, а сокращение инженерных и транспортных коммуникаций на

4-Ь%. Эффективным оказалось использование разработанных программных средств для вариантной проработки компоновочных решений судовых надстроек, на основании которой были созданы на модульных принципах четыре типовые надстройки для головных судов. Использование разработанных в диссертации общесистемных программных средств ("Диалоговый монитор" и "Оценка и выбор решений") в САПР-ТйХНОЛОШЯ позволило решать задачи выбора вариантов технико-экономической части проектов фабрик бельевого трикотажа. Обций экономический эффект от проведенных работ в соответствии с актами внедрения превышает один миллион рублей. Разработанные системы автоматизации проектирования и отдельные программные

средства переданы и используются на ряде предприятий отрасли и страны.

13. Анализ тенденций развития производственных объектов показывает, что их сложность и, соответственно, сложность процессов проектирования продолжают и будут продолжать возрастать. 6 этой связи сохранится необходимость в развитии существующих и создании новых методов и средств повышения эффективности систем вариантного автоматизированного проектирования. Представляется целесообразнш продолжение и развитие {забот в следующих направлениях:

- использования классических математических моделей и методов в сочетании с другими ведами знаний путем создания гибридных экспертных систем с подключением вычислительных процедур, взаимодействия проектно-ориентирюаанных с объоктографическими базами данных;

- создания и широкого использования систем формализации знаний высококвалифицировашшх исследователей и проектировщиков, презде всего, экспертных систем, для опосредованного участия этих специалистов в постановке и решении возможно большего количества задач проектирования, а также для продуктивной кооперации знаний специалистов различных профилей и различного уровня квалификации в проектировочной деятельности;

- обеспечения выявления ситуаций, характеризующихся наибольшей степенью неопределенности при построении модели 0311, создания базы правил для принятия решений в условиях неопределенности, проверки корректности структуризации многоуровневой задачи проектирования с позиции использования аддитивных методов свертки показателей.

Результаты исследований, выполненных в данной работе, могут быть полезными и для повышения эффективности процессов проектирс вания других структур и объектов, а разработанные подходы и прш ципы построения систем вариантного автоматизированного проектирс вания могут использоваться как методический инструментарий с учетом структуризации и типологии моделей проектируемых объекто!

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ъшощук B.C. Современные методы проектирования промздаш (компоновочные решения) - Л.: Стройиздат, 1990 - 231 с.

2. .Тимощук B.C. Опыт испольэовшшя программных средств вар

антного проектирования на его ранних стадиях // Практика автоматизации проектирования объектов строительства: ТЪз.докл.Все-союзн.семинара 17-19 апреля 1990 - Л., 1990. С.16-22

3. Тимоцук B.C. Общесистемные программные сродства для реализации вариантного автоматизированного проектирования // Электронная техника. Сер.9., I9SS. зкп.З. С.66-72

4. Тимощук B.C. Организация вариантного проектирования в CAiIP-KO.v'ilOHOBKA // Проектирование и инженерные изыскания. -1968 - V' 3. С.24-27

5. Тнмзщук B.C. Критериальная модель выбора обьемнс-плани-ровочкых решений многоэтапного промздания в САПР // Автоматизация архитектурно-строительного проектирования промышленных предприятий. Ростов н/Д: Рост.инк.строит.ин-т, 1986. С.50-59

6. Тимощук B.C. Вариантное автоматизированное проектирование. - 65 с. - Дел. в ЦНИИ "Электроника". 1.1., У> Р-4524, 1967. Электронная промышленность, 1967. вып.7

7. Ъ-л-ощук B.C. Особенности построения моделей САПР // Электронная техника. Сер.9. li'86, вып.1, С.52-55

6. Т.амощук B.C. Задачи создания информационного обеспечения САПР-ГПС // Электронная промышленность. 1965, '.р 4-5. С.02-57

9. Тнмощук B.C. Многокритериальные задачи в проектировании объектов капитального строительства. - Л.: ЛДНТП, I960. - 15 с.

10. Тимощук B.C. Критерии автоматизированной оценки компоновочных решений промзданий // На стройках России. - I960. - '.<9, С. 46-49

11. Тгмсщук B.C. Многокритериальная оценка проектных решений // На стройках России. - 1976. - № 9. - С.42-45

12. Тимо-цук B.C. Методы решения задач размещения и компоновки промышленных объектов при автоматизированном проектировании // Обзора по электронной технике. Сер.7. ЦНИИ "Электроника". 1976. вып.6 - 68 с.

13. Тимощук B.C. Определение значимости показателей при формировании сложного критерия оценки качества проектного решения // Электронная техника. Сер.8. 1976, вып.З. C.IB-26

14. Тимощук B.C. Проблема "весов" и оцешса вариантов в задача оптимизации компоновочных решений одноэтажного промздания // Сб.научн.трудов ЦНИПИАСС, 1975, вып.10. - С.140-149

15. Тнмощук B.C., Налов Г.И. Неопределенность и способы ее учета в системах вариантного автоматизированного проектирования // Электронная техника. Сэр.9. 1990, вып.1, С.27-36

16. Тимощук B.C., Мельников А.Л. Монитор для реализации гибкой технологии автоматизированного проектирования // Электронная техника. Сер.9. 1987, вып.4. С.27-31

17. Егоров H.A., Тимощук B.C. О методических вопросах построения САПР-ГПС // ЭШ в проектировании и производстве / Под ред.Г.В.Орловского. - Д.: Машиностроение, 1967, вып.З, С.40-52

18. Егоров В.А., Тимощук B.C. функционально-структурная модель САПР объектов ГПС. Электронная техника. Сер.9. 1987, выл Л. С. 25-28

19. Колесова Л.И., Тимощук B.C. Совершенствование процесса проектирования надстроек судов на основе модульного принципа. Автоматизированное проектирование и конструкции судов // Сб. научн.трудов ШШ, 1986, С.76-85

20. Колесова Л.И., Тимощук B.C. Оптимизация компоновочных решений надстроек // Сб.научн.трудов ЖвТ. 1985. C.I6-23

21. Тимощук B.C., Малев Г.И. Модель автоматизированного поиска компоновочных решений гибких производственных систем // Электронная техника. Сер.7. 1985. вып.4. С.6-10

22. Егоров В.А., Тшлощук B.C. Принципы построения интегрированной САПР-АЛ // Электронная промышленность. - 1985. - № 4-5. С.42-51

23. Егоров В.А., Тимощук B.C. Информационное обеспечение САПР-АЛ // Электронная промышленность. - 1986. - ¡.'- 4-5. С.47-52

24. Егоров В.А., Тимощук B.C. Автоматизация проектирования предприятий // Электронная промышленность. - 1983. - № 2. С.55-58

25. Савота H.H., Тимощук B.C. Принятие решений в системах автоматизироварного проектирования (САПР). Методические указания. Л. ЛШ им.Ленсовета, 1983. - 37 с.

26. Савота H.H., Тимощук B.C. Введение в системы автоматизированного проектирования (САПР). Методические указания. Л. ЛТИ им.Ленсовета, 1982 - 34 с.

27. Тимощук B.C., Титкин И.В. Диалоговые системы в автомат газированном проектировании объектов строительства // Обзоры по электронной технике. Сер.7 ЦНИИ "Электроника". 1979. вып.7. 64 с

28. Нагинская B.C., Тимощук B.C. Решение компоновочных ( , задач в режиме диалога "Проектировщик~ЭШ" // \*11$Ьtn£C-küftucJlt 'idizthxijt dei kaJiScJiufe {иг auliitekbt und Bauwesen Wei 1977. 22. C.213-218

29. Тимощук B.C., Подцубный В.Н, Об одном алгоритме оценки проектного решения // Вычислительная техника в машиностроении, ИТй АН ЕССР, 1974, ,Y> 3, С.23-30

30. Тимощук B.C., ¡¿алев Г.П., Жукова Ю.Н. О модификациях метода ветвей и границ в задачах компоновки промышленных объектов // Электронная техника. Сер.9. 1991. еып.2, С.48-51

31. Тимощук B.C., ¡¿алев Г.И., ¡Жукова Ю.Н. Повышенно эффективности реализации алгоритмов поисковой оптимизации в задачах большой размерности // Электронная техника. Сер.9. 1990. вып.4.

32. 1кчощук B.C., Малев Г.И., Шишелина С.А. Построение базы знаний для автоматизации организационно-технологического проектирования ГиС. Электронная техника. Сер.9. 1969, вып.1. С.47-53

33. Егоров В.А., TtiMOiiü'K B.C., Малев Г.И. Экспертная система для выбора решений при проектировании автоматизированных производств. Электронная техника. Сер.9. 1969, вып.2., С.£9-37

34. Нафтульев А.И., Лебедева Н.Ы., Тимощук B.C. Психологическое обеспечение гибких производственных систем // Тр.Ленингр. ун -та по экспериментальной и прикладной психологии. 1967.

вып.12. С.5-10

35. Егоров В.А., 1кмсщук B.C., Девятов С.В. Интеграция в САПР - основа интенсификации проектного производства. - Л.: ЛДНТЛ, 1984. - 22 с.

36. Тимощук B.C., Ивонип В.П., Леднева 1.1. И - Оценка объемно-планировочных решений многоэтажных промздвний // На стройках России. - 1963. - № 3. - C.II-I3

37. Минаков И.П., Рафалович'И.И., 1>.кощук B.C. Использование ЭВМ при проектировании генеральных планов и объемно-планировочных решений зданий промышленных предприятий. - Л.: Стройиздат, 1962. - III с.

38. Егоров В.А., Тимощук B.C., Бузуев A.A. Оптимизация решений в системах автоматизированного проектирования объектов промышленного строительства // Межотраслевые вопросы науки и техники Обзорная информация, ГОШШ, 1981. вып. 10-29 с.

С.55-59