CC BY
19УДК 539.3 Якубов С. Х., Холиёрова Х.К., Латипов З.Ё.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ С УЧЕТОМ СПЕЦИФИКИ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ
СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
Якубов С. Х. - д.т.н., доцент; Холиёрова Х.К. - соискатель; Латипов З.Ё. - ст.преподаватель (КарИЭИ)
Мацолада тизимни таулил цилиш асосида мууандислик иншоотларини лойиуалаш жараёнининг узига хос хусусиятларини уисобга олган уолда оптималлаштириш муаммоларини уал цилишда цулланиладиган ёндашувнинг асосий хусусиятлари акс эттирилган. Тизим таулили ушбу тизимнинг цуйи погоналарини ва умуман тизимни, шунингдек ечилаётган вазифаларнинг дастурий таъминотини оптималлаштириш учун шарт-шароитларни белгилайди. Лойиуалашда тизим таулилини ишлатишдан асосий мацсад тизимнинг, унинг таркибий цисмларининг мацбул самарадорлигига эришишдан иборат.
Калит сузлар: лойихдлаш, объект, мухдндислик тузилиши, бошкариш жараёни, расмийлаштириш, алгоритмлаш, тизим тах,лили, математик модел, математик моделлаштириш, оптималлаштириш, функциянинг максади.
The paper presents the main features of the approach used to solve optimization problems taking into account the specifics of the design process of engineering structures based on system analysis. System analysis provides the conditions for joint optimization of both the structural parts of the system (its subsystem) and the system as a whole, as well as the software of the tasks being solved. The ultimate goal of using system analysis in the design is the actual design of the system, its subsystems and components to achieve optimal efficiency and cost-effectiveness.
Key words: design, object, engineering structures, design process, formalization, algorithmization, system analysis, mathematical model, mathematical modeling, optimization, goal function.
При постановке оптимизационных задач в области проектирования инженерных конструкций и сооружений можно встретить двоякое истолкование (понимание) системного анализа (подхода): с одной стороны - это анализ любой реально существующей системы; с другой - формирование параметров системы для достижения поставленных целей. В реальных условиях эти две стороны неразрывны, поскольку нельзя создать систему, обеспечивающую поставленные цели, без анализа содержания и определения реальных процессов, которые приведут к желаемому результату. Системный анализ обеспечивает условия совместной оптимизации, как структурных частей системы (ее подсистемы), так и системы в целом, а также программного обеспечения ЭВМ. Конечной целью использования системного анализа при проектировании является реальное проектирование системы, ее подсистем и компонентов для достижения оптимальных эффективности и экономичности. Несмотря на то, что в системном анализе отсутствуют строго определенные правила, основные признаки достаточно полно раскрыты в [1,3].
Цель процесса проектирования состоит, прежде всего, в том, чтобы на основе априорной (исходной) информации и апостериорной (дополнительной) информации, получаемой в процессе проектирования, разработать техническую документацию, требуемую для изготовления объекта проектирования.Проектирование, по существу, представляет собой процесс управления с обратной связью (рис.1).
Техническое задание (ТЗ) формирует входы или вставки, которые сравниваются с результатами проектирования, и если они не совпадают, цикл проектирования повторяется вновь до тех пор, пока ошибка (отклонение от заданных технических требований) не окажется в допустимых пределах.
Рис. 1. Проектирование как процесс управления с обратной связью
Процесс проектирования осуществляется системой проектирования, т.е. совокупностью взаимодействующих друг с другом проектировщиков и необходимых для проектирования технических средств. По существу, системы проектирования могут рассматриваться как сложные человеко-машинные многоконтурные, многомерные системы управления с обратной связью, требующие сбора, передачи, переработки и использования информации для достижения цели проектирования. Они должны быть подчинены тому или иному критерию оптимизации, например, критерию наименьшей продолжительности или максимального быстродействия при ограниченных затратах, или критерию быстрейшей окупаемости спроектированной системы и т.д. Для уменьшения времени проектирования необходимо увеличивать быстроту прохождения полезных сигналов и препятствовать влиянию помех, т.е. сигналов, не несущих полезной информации. Такими помехами могут явиться неверные или неточные промежуточные результаты, или неудачный выбор структуры системы проектирования, когда сигналы, необходимые для принятия решений на каком-либо нижнем уровне, попадают на верхние уровни, где они могут быть не только бесполезными, но и вредными. Таким образом, системный подход, принципы и методы теории управления представляют собой существенный интерес для рациональной организации процессов проектирования [4,5].
С учетом специфики процесса проектирования инженерных конструкций и сооружений и решаемых задач основные особенности используемого подхода могут быть отображены следующими положениями:
1. В качестве оптимизируемой проектируемой инженерной конструкции или сооружения принимается определенный, соответствующий выполнению функций, комплекс элементов, наделенный заданными свойствами и обладающий абстрактными связями с внешними условиями и системами. В этом комплексе в процессе исследований каждому элементу можно придавать желаемые свойства без учета реальных характеристик, чтобы выявить возможный вклад этих свойств в изучаемые процессы и, следовательно, обосновать требования к перспективному решению данного элемента. В практических задачах оптимизации принимается, что свойства элементов и их функционально-технические характеристики известных и поэтому процессы функционирования рассматриваются в области допустимых (с учетом принятых ограничений) решений систем. Как в первом, так и во втором, а также в случае программного обеспечения (разработка алгоритмических комплексов) оценка рассматриваемого комплекса производится с учетом совокупности известных процессов и явлений и взаимосвязи между ними. Все это выдвигает на первый план такие особенности модели проектируемых инженерных конструкций и сооружений, которые способствуют выяснению механизма функционирования данного комплекса в целях выбора наименьшего веса или затрат. Самое существенное заключается в том, что во всех случаях система включает понятие о целом, состоящем из взаимосвязанных, взаимодействующих и взаимозависимых частей. При этом свойства этих частей зависят от системы в целом, а свойства системы - от свойств её частей.
2. Для конкретной проектируемой инженерной конструкции и сооружения должно быть определено место в общей структуре других систем. Системный подход требует
обоснованного выделения исследуемой системы в общем составе систем, предназначенных для поддержания нормирующих параметров, разделения её на подсистемы. Конструкции или сооружения рассматриваются как самостоятельной объект изучения и оптимизации, но с учетом необходимого обмена информацией со смежными и внешними системами и внутри её - между подсистемами.Выбранная общая структура систем должна четко очертить границы исследуемой системы и способствовать выделению (структуризации) таких её подсистем, которые по своим размерам доступны для исследований и однородны по описанию. Все это обеспечивает организацию связей на каждом очередном уровне спуска от системы к отдельным элементам сверху-вниз с последующей передачей полученной информации наверх (снизу-вверх).Как общей структуре систем компенсации, так и подсистемам конструкций и сооружений должны быть присущи свойства целостности: изменения, возникшие в какой-либо из их частей, сказываются как на других частях, так и на всей их совокупности.
3. Инженерная конструкция или сооружения представляются в виде модели. При проектировании сложных систем, какими являются инженерные конструкции и сооружения, требуются знания о количественных и качественных закономерностях поведения системы и отдельных её элементов в зависимости от характера изменения многочисленных факторов (параметров).Модель должна быть сходна с оригиналом, но и отличаться от него. Её отличительные особенности проявляются в том, что она подвергается таким преобразованиям в нужном направлении, которые невозможны при непосредственном исследовании оригинала.Математическое моделирование позволяет изучать только те параметры оригинала, которые имеют математическое описание, адекватно отображающее поведение оригинала. При разработке модели очень важно освободиться от связей и отношений, которые затрудняют познание объекта исследований в соответствии с поставленными целями. При этом важно, чтобы ясные в своей основе идеи не обрастали тяжелыми и громоздкими подробностями.Выбор модели является центральной частью работы по формированию методологии исследования и зависит от основной идеи, определяющей поиск экстремума функции цели.Для решения ряда оптимизационных задач могут быть применены известные математические методы поиска экстремума функций нескольких переменных, например, в классической математике это решение системы линейных уравнений, полученных при приравнивании нулю частных производных исследуемой функции по оптимизируемым параметрам, и метод неопределенных множителей Лагранжа. Эти методы справедливы при отсутствии ограничений на оптимизируемые параметры или при ограничениях в виде равенства. При ограничениях в виде неравенства используются методы нелинейного математического программирования, подразделяемые по признаку организации процесса поиска по методу слепого и направленного поиска. К первому из них относятся метод сплошного перебора вариантов с их упорядочением по критериям эффективности и метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). К методом направленного поиска относятся градиентный, наискорейшего спуска, координатного спуска и т.д. Имеются и другие методы нелинейного программирования.В конечном итоге выбор метода определяется с учетом многих соображений, из которых не последняя роль принадлежит удобству обращения к алгоритму, длительности счета и т.д. Очевидно также, что решение задач требует неформальных действий, возможности вмешиваться в процесс счета и получить промежуточные результаты для реализации диалогового режима.Известно [3], что выбор модели во многом зависит от интуиции, опыта, навыков неформального мышления, от представлений о сути взаимосвязи входов и выходов для самой системы. При этом, прежде всего следует уточнить задачи, решению которых должна способствовать модель.
При постановке данной задачи модель должна обеспечивать:
а) возможность обобщения любых исходных условий (факторов) в такую форму расчетной информации, которая существенно облегчает целенаправленный выбор
конкурирующих вариантов конструкций и сооружений, состава подсистем и режимов их функционирования;
б) исследование характера взаимосвязи определяющих параметров систем и подсистем в зависимости от условий функционирования объекта;
в) представление определяющих параметров в виде координат состояния системы, использование которых позволяет вычислить любые технико-экономические показатели, как отдельной подсистемы, так и системы в целом.
Модель конструкции и сооружения может быть детерминированной по условным взаимосвязи входов и выходов для самой системы. Обойтись одной моделью практически не удается, необходима система моделей - совокупность взаимосвязанных моделей отдельных подсистем. Система моделей должна создавать возможность самостоятельного решения отдельных задач без нарушения их последующего согласования с учетом всех связей между подсистемами.
4. Для оценки качества решений проектируемых конструкций и сооружений выбирается комплекс показателей. Как правило, цель системного анализа заключается в том, чтобы при всех возможных характеристиках внешних связей добиться наилучшего (оптимального) решения проектируемых конструкций и сооружений по их конструктивным, экономическим и другим показателям. Однако оптимум и оптимальность - не абсолютные понятия, они требуют точного определения критериев оптимальности, т.е. главных признаков, на основании которых производится сравнение эффективности различных решений. Решение, наилучшее в одних условиях и по одному критерию, может оказаться далеко не лучшим в других условиях и по другому критерию. Оптимизация по одному критерию (субоптимизация) чаще всего для технических систем производится по приведенным и затратам (в настоящем исследовании в качестве целевой функции принят вес конструкции).
5. Результаты анализа на модели конструкций и сооружений должны переноситься на реальные системы. Для переноса решений на реальный объект требуется уверенность в адекватности решения. Адекватность оценивается аналогией свойств реального объекта и модели по основным признакам. Адекватность достигается в том случае, если модель полностью отображает напряженно - деформируемое состояние (НДС) реально существующих проектируемых конструкций и сооружений.Перечисленные и принятые к исполнению основные положения системного подхода характеризуют лишь исходную основу метода, однако эффективность его использования полностью зависит от избираемого способа их реализации [2].
Для систематизации и обобщения сведений об основных признаках системного анализа, которые способствуют представлению разрозненных данных в упорядоченном виде с меньшим числом существующих переменных, необходимо:систематизировать взаимосвязь между системами, предназначенными для поддержания нормируемых параметров;проанализировать многочисленные исходные условия, найти форму их обобщения; пригодную для классификации определяющих условий НДС системы;выявить целесообразную классификацию конструкции или сооружения, способствующего целенаправленному выбору их конкурирующих вариантов; определить принципы декомпозиции систем, исходя из анализа их совокупности как единого целого;сформулировать исходную основу для построения математической модели конструкции или сооружения;классифицировать оптимизационные задачи, возникающие в практике исследований и проектирования [4,5].
ЛИТЕРАТУРА
1. Кабулов В.К., Назиров Ш.А., Якубов С.Х. Алгоритмизация решения оптимизационных задач. Монография. - Ташкент: Фан, 2008. - 204 с.
2. Назиров Ш.А., Якубов С.Х. Алгоритмическая система, автоматизирующая процессы оптимизации для проектирования инженерных конструкций и сооружений //Государственное патентное ведомства РУз. Свидетельство, DGU 01422. 13.11. 2007.
3. Попырин Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. - М.: Энергия, 1978. - 410 с.
4. Якубов С.Х. Автоматизация процесса проектирования инженерных конструкций. Проектирование оптимальных конструкций. Монография. - Deutschland, PalmariumAcademicPublishing, Saarbrucken, 2014. - 77 р.
5. Якубов С.Х. Методы и алгоритмы синтеза и анализа конструкторских и технологических решений в системе автоматизированного проектирования инженерных конструкций и сооружений. Монография. - М.: ИНФРА-М, 2019.-164 с.
УДК 665.9.067 Ахмедов А.Н., Худжаева Ф.А.
ЭКСТРАКЦИЯ ПАХТА МОЙИ МИСЦЕЛЛАСИНИ РАФИНАЦИЯЛАШ ЖАРАЁНИНИ ТАКОМИЛЛАШТИРИШ
Ахмедов А.Н. - т.ф.д., профессор в.б; Худжаева Ф.А. - 1-курс магистранти (КарМИИ).
В статье представлена информация о совершенствовании процесса рафинирования мисцеллы экстракции хлопкового масла, то есть изучено влияние влажности соапстока и количественного соотношения масла мисцеллы с соапстоком на процесс рафинирования мисцселлы хлопкового масла, а также содержания свободной щелочи в соапстоке на концентрацию мисцеллы и процесс рафинирования.
Ключевые слова: рафинация, щелочь, экстракция, хлопковое масло, мисцелла, мезга, соапсток, госсипол, бензин.
The article provides information on the improvement of the refining process of extraction cottonseed mistsella, ie the effect of soapstock moisture and quantitative ratio of miststella oil with soapstock on the refining process of cottonseed mistsella, as well as the effect of mistsella concentration and free alkali content on soapstock.
Key words: refining, alkali, extraction, cottonseed oil, mistsella, roasting, soapstock, gossipol, gasoline.
Кириш. Усимлик мойларини рафинациялаш (тозалаш) жараёни мой таркибидаги йулдош моддалар, механик кушимчалар ва мой таркибида булиши тавсия килинмайдиган бошка моддаларни чикариб юборишни уз ичига олади [1]. Рафинация жараёнининг олдига куйиладиган мухим муаммолардан бири, бу мойни кераксиз моддалардан тозалаш билан бирга ажратиб олинадиган иккиламчи махсулотларнинг табиийлигини саклаб колиш ва иккиламчи махсулот сифатида самарали фойдаланишдан иборат [2,3]. Ишкорий рафинацияда эркин госсипол кора мой таркибидан соапстокга госсиполиат натрий холатида осонгина чукмага тушади. Мойдаги 0,55% тула оксидланмаган госсипол хосилалари рафинацияланган мойнинг рангини 5,5 кизил бирликдан 65,8 гача ошишига олиб келади [4,5]. Маълумки, госсиполнинг тула оксидланмаган нейтрал хосилаларини мойдан чикариб юбориш соапсток заррачалари юзасидаги адсорбция хисобига амалга ошади [6,7].
А.Т. Ильясов ва б. томонидан рафинацияланган мой чикиши ва сифатини ошириш максадида моноэтаноламин билан форрафинация хамда кора пахта мойини карбамид эритмаси билан форрафинация килиш усуллари ишлаб чикилган [8]. Бу усулларга кура кора мойга 0,5-1,0% микдорида моноэтаноламин кушилиши натижасида мойнинг кислота сони 3,2 мартагача камайтирилишига эришилган хдмда 10-20% концентрацияли карбамид эритмаси билан кора мой массасига нисбатан 0,5-1,0% микдорда 45-55°С хароратда 30 дакика ишлов берилганда рафинацияланган мойнинг чикиши ва сифати ошиши аникланган.
