Лекции по "Инженерной деятельности"

 

 

 № 13. Оптимизационные  исследования

Оптимизация - целенаправленная деятельность, заключающаяся в получении наилучших результатов при соответствующих условиях.

Для применения теории оптимизации к решению конкретных задачи нужно выполнить определённую последовательность действий, которая называется постановкой задачи оптимизации. Она включает этапы:

1. установление границ подлежащей  оптимизации системы;

2. выбор количественного критерия, позволяющего выявить наилучший  вариант (характеристического критерия);

3. определение внутрисистемных  переменных, через которые выражается  характеристический критерий;

4. построение модели, которая описывает  взаимосвязь внутрисистемных переменных.

Система – некая изолированная часть внешнего мира. Границы системы задают пределы, отделяющие её от внешнего мира. При этом предполагается, что взаимосвязи с внешним миром зафиксированы. Первоначальный выбор границ системы может оказаться слишком жёстким. Для получения адекватного решения нужно включить в систему дополнительные подсистемы, однако это ведёт к увеличению размерности задачи.

Следует стремиться к представлению системы в виде изолированных подсистем, которые можно рассматривать независимо.

Характеристический критерий

Критерии могут быть, в зависимости от конкретной задачи, экономического или технологического характера (минимальная стоимость, максимальный крутящий момент). Независимо от того, какой критерий принят в качестве характеристического, он должен принимать максимальное (или минимальное) значение для наилучшего варианта.

Критериев может быть много, тогда задача становится многокритериальной. Существуют методы решения многокритериальных задач, но можно привести многокритериальную задачу к однокритериальной. Для этого один из критериев выбирается в качестве первичного, а остальные становятся вторичными. Первичный критерий используется как характеристический, а вторичные формируют ограничения задачи.

Выбор независимых переменных осуществляется с учётом следующих рекомендаций:

• Нужно разделить переменные, которые меняются в широком диапазоне и переменные, которые фиксированы или меняются слабо. Первые – независимые, вторые – параметры задачи.
• Параметры задачи разделяют на фиксированные и те, которые испытывают флуктуации под воздействием вешней среды.
• Нужно выбрать только те переменные, которые оказывают наибольшее влияние на характеристический критерий.

Модель системы описывает взаимосвязь между переменными и отражает степень влияния этих переменных на характеристический критерий.

Модель включает в себя основные уравнения материальных и энергетических балансов; уравнения, описывающие физические процессы в системе; неравенства, определяющие области допустимых значений переменных.

Таким образом, задача в виде, пригодном для решения методом оптимизации объединяет характеристический критерий, множество независимых переменных и модель, отражающую взаимосвязь этих переменных.

Задача оптимизации это задача минимизации (максимизации) вещественнозначной функции N - мерного векторного аргумента , компоненты которого удовлетворяют системе уравнений , и системе неравенств , а также ограничены сверху и снизу: .

Функция называется целевая функция.

Уравнения – функциональные ограничения в виде равенств.

Уравнения – функциональные ограничения в виде неравенств.

, – параметрические ограничения неравенств.

Необходимо найти такое , которое доставляет минимальное или максимальное значение функции при всех ограничениях, причем , ,. Такая задача называется условной оптимизацией.

Если и пределы , , то это задача безусловной оптимизации.

Задачи оптимизации классифицируются в соответствии с видом функций , , и размерностью вектора i.

Задачи без ограничений с N=0 называются задачами одномерной оптимизации (N>1– многомерной оптимизации).

Если в задаче функции и линейны, то это задача с линейными ограничениями. При этом целевая функция может быть как линейной, так и нелинейной.

Задача условной оптимизации, в которой все функции линейны, называется задачей линейного программирования.

Задачи с нелинейными целевой функцией называются задачами нелинейного программирования.

Если квадратичная, то задача квадратичного программирования. Если отношение линейных функций, то задача дробно-линейного программирования. [3]

 

14. Имитационное моделирование

Имитационное моделирование (ситуационное моделирование) — это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему, с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация — это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).

Имитационное моделирование — это частный случай математического моделирования. Существует класс объектов, для которых по различным причинам не разработаны аналитические модели, либо не разработаны методы решения полученной модели. В этом случае аналитическая модель заменяется имитатором или имитационной моделью.

К имитационному моделированию прибегают, когда:

1)дорого или невозможно экспериментировать на реальном объекте;

2)невозможно построить аналитическую модель: в системе есть время, причинные связи, последствие, нелинейности, стохастические (случайные) переменные;

3)необходимо сымитировать поведение системы во времени.

Цель имитационного моделирования состоит в воспроизведении поведения исследуемой системы на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между её элементами или другими словами — разработке симулятора исследуемой предметной области для проведения различных экспериментов.

Виды имитационного моделирования:

Агентное моделирование — относительно новое (1990-е-2000-е гг.) направление в имитационном моделировании, которое используется для исследования децентрализованных систем, динамика функционирования которых определяется не глобальными правилами и законами (как в других парадигмах моделирования), а наоборот, когда эти глобальные правила и законы являются результатом индивидуальной активности членов группы. Цель агентных моделей — получить представление об этих глобальных правилах, общем поведении системы, исходя из предположений об индивидуальном, частном поведении её отдельных активных объектов и взаимодействии этих объектов в системе. Агент — некая сущность, обладающая активностью, автономным поведением, может принимать решения в соответствии с некоторым набором правил, взаимодействовать с окружением, а также самостоятельно изменяться.

Дискретно-событийное моделирование — подход к моделированию, предлагающий абстрагироваться от непрерывной природы событий и рассматривать только основные события моделируемой системы, такие, как: «ожидание», «обработка заказа», «движение с грузом», «разгрузка» и другие. Дискретно-событийное моделирование наиболее развито и имеет огромную сферу приложений — от логистики и систем массового обслуживания до транспортных и производственных систем. Этот вид моделирования наиболее подходит для моделирования производственных процессов. Основан Джеффри Гордоном в 1960-х годах.

Системная динамика — парадигма моделирования, где для исследуемой системы строятся графические диаграммы причинных связей и глобальных влияний одних параметров на другие во времени, а затем созданная на основе этих диаграмм модель имитируется на компьютере. По сути, такой вид моделирования более всех других парадигм помогает понять суть происходящего выявления причинно-следственных связей между объектами и явлениями. С помощью системной динамики строят модели бизнес-процессов, развития города, модели производства, динамики популяции, экологии и развития эпидемии. Метод основан ДжеемФоррестером в 1950 годах.

 

 15. Патентное законодательство РФ.

Законодательство в сфере патентования на территории Российской Федерации основано на таких нормативных источниках как Гражданский Кодекс РФ, Налоговый Кодекс РФ (информация о государственной пошлине), Патентный закон РФ, Федеральные законы, Постановления Правительства РФ, а также отдельные нормативные акты Роспатента – специального органа власти, осуществляющего патентование и регистрацию товарных знаков в России. Среди нормативных актов Роспатента (или Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам иначе) есть, например, правила составления заявки, правила подачи заявки, правила рассмотрения заявки на патент.

Патентный закон Российской Федерации был принят 23 февраля 1992 года, но теперь утратил свою силу, а определяемые им положения о патентовании теперь регулируются Гражданским Кодексом РФ (Часть 4).

Вся четвертая часть Гражданского Кодекса РФ посвящена вопросам защиты интеллектуальной собственности. Статьи этой части Кодекса содержат информацию по вопросам авторского права, лицензирования, регистрации товарных знаков, но отдельная глава (Глава 72) отведена вопросам патентного права. К сожалению, конкретного определения понятия «патент» в Кодексе нет. В соответствии с Гражданским Кодексом патентное право распространяется на изобретение, полезную модель или промышленный образец.

Федеральные законы регулируют отдельные стороны патентного права. Например, деятельность патентных поверенных, требования к ним, порядок аттестации кандидата, регистрации и исключения поверенного из Реестра и т.д. определяются Федеральным законом «О патентных поверенных» (от 30 декабря 2008г.).

Если Гражданский Кодекс вводит ключевые понятия, связанные с патентным правом и основные положения его охраны, то некоторые процедурные этапы получения патента описаны в нормативных актах – приказах и методических рекомендациях Роспатента. Сюда относятся и рекомендации по экспертизе заявок на изобретение, полезную модель и промышленные образцы, рекомендации по определению однородности товаров и услуг в процесс экспертизы заявок, правила по подаче возражений и их рассмотрения и т.д.

 

17. Технические науки: формирование и специфика

В технических науках, соответствующих различным областям инженерной деятельности, представлен теоретический уровень технических знаний (другие уровни - эмпирический, нормативный, практико-методический, конструктивно-технический и др.).  Важной характеристикой технических наук является формирование теоретических основ, общих для инженерных дисциплин, входящих в программу специализированного обучения инженеров.

Становление и развитие технических наук происходило параллельно с развитием соответствующих видов техники и технологических процессов. Теоретические  знания  конкретной технической науки отражают специфику устройств того или иного принципа действия и назначения. Развивающаяся техническая наука формирует систему адекватных ей технический устройств.

Действительно, технические объекты разрабатываются в  инженерной  деятельности  в  соответствии с теоретическими предписаниями технических наук. Так, некоторые параметры, входящие в  уравнения теории при расчете поведения электрических систем в тех или иных режимах,  являются заводскими  характеристиками электрических  машин,  кабелей и т.п.,  даваемыми поставщиками соответствующего оборудования.  Конкретные их величины обеспечиваются в ходе проектирования этих устройств. Методики производства испытаний заводской продукции зачастую - это закрепление в  стандартных процедурах экспериментальных методов определения выделенных в теории  показателей,  характеризующих устройство и его  работу. В определенном смысле технические устройства и с точки зрения их структурно-морфологических  характеристик (формы,  размеров,  взаимного расположения частей, материала),  и функционального назначения в системе  (фильтры, компенсаторы,  усилители и т.п.),  характера протекающих в них процессов (синусоидальная форма кривой тока в  электротехнике) являются воплощением теоретических конструктов технических наук.

Техника - предметные структуры практики, технологические и производственные процессы, инфраструктура производственной и - шире - хозяйственной деятельности, с одной стороны, - продукт инженерной деятельности,  а с другой - объект технического  знания,  на  которое  опирается инженерная деятельность. В техническом знании отображается опыт практической деятельности как со стороны процессуальной, куда входит описание характера и последовательности  действий  или  технологических преобразований,  так  и со стороны описания свойств предметных структур практики, технических средств, функционирующих в производственно-технологических процессах.

Соответственно в техническом знании следует различать по крайней мере:

1.Описание (принцип действия, структура, функционирование) технических устройств;

1. Описание технологии их изготовления;
2. Описание технологических процессов, в которых они работают или способов пользования ими в  какой-либо  сфере трудовой деятельности.

Технические знания - это те знания, которыми руководствуются при осуществлении практически-преобразовательной,  в т.ч. и инженерной деятельности. Знания технических наук - это определенный  вид  технических  знаний,  который содержит теоретическое описание предметных структур инженерной практики.