Синергетическая технология проектирования CAD/CAM

УДК 658.512

Кудряшова Э.Е., Медведев М.А., Самсонов Н.И.

Гибридные сети петри как аппарат ситуационного управления параллельными

процессами

При разработке системы управления CAD/CAM необходимо учитывать наличие нескольких одновременно функционирующих процессов, в том числе: прием и передача информации на объект управления; обслуживание базы знаний и базы данных; процессы, реализующие работу управляющей системы, и т.д.

Система автоматизированного проектирования по управлению CAD/CAM должна быть способна к самостоятельной генерации сценариев работы и оценке временной и производительной эффективности. Основой системы является высокоуровневая модель для параллельной многопроцессности. Как аппарат моделирования многопроцесности разработана "гибридная сеть Петри", использующая элемент-модель информационной ячейки для построения необходимых структур. Гибридная сеть Петри (СП) является иерархической вероятностно-временной СП и реализует взаимосвязи структур и механизм создания нового класса данных и новых процессов. Согласно синергетическому принципу подчинения, исходная сложная система может быть представлена в виде некоторой сложной иерархической системы, состоящей из динамических взаимосвязанных подсистем. Осуществляется многостадийная трансформация начального представления гибридной модели в операторную модель СП с использованием Марковских процессов с вероятностными и временными параметрами на множестве позиций, переходов и дуг, причем переходы сложные, содержат на определенных уровнях декомпозиции свое собственное представление сетью Петри. Использование гибридной сети Петри дает возможность придать проектированию и структурированию значительную гибкость и позволяет отразить широкий спектр ситуаций, которые встречаются в информационных структурах. На основе разработанной методики создается автоматизированная система как аппарат ситуационного управления, которая может быть использована также для моделирования процесса проектирования алгоритмических задач различной сложности и для научных иследований параллельных процессов в различных предметных областях.

УДК 658.512

Кудряшова Э.Е.

Синергетическая технология проектирования CAD/CAM

Информационная основа синергетической концепции интеграции автоматизированных технических систем принята одним из принципов проектирования и анализа CAD/CAM на базе информационной компьютерной технологии. Исследование CAD/CAM имеет многоаспектный характер: на уровне технологии, организации производства, теории управления и т.д. Модели могут быть объединены; в качестве интегрирующей компоненты принята информационная компонента, которая в опосредованной форме отражает как поток информации, так и потоки материала и энергии. Процесс проектирования CAD/CAM может рассматриваться как сложный сетевой процесс, на каждом этапе которого существует некоторая неопределенность моделей. Исследование таких систем основано на использовании сигнального воздействия для управления в самоорганизующихся системах.

Единой количественной меры сложности Технических Систем (ТС) не построено; из наиболее известных концепций представляет интерес информационная концепция, связывающая сложность системы с энтропией системы. Разработана методика, развивающая информационную концепцию оценки модели CAD/CAM на основе синергетики, и обобщенная модель, которая может быть представлена в виде модифицированной иерархической сети

Материалы Всероссийской конференции

“Интеллектуальные САПР-97”

Петри с включением подсистемы моделирования на цепях Маркова. Рассмотрены основные факторы, влияющие на выбор типа ТС на начальных этапах проектирования: интеграционные процессы в условиях неопределенности и "гибкость" автоматизированного технологического комплекса. Предлагается на начальных этапах проектирования применить для прогнозирования процесса развития ТС энтропийную оценку. На основе синергетической концепции разработана автоматизированная система "Интегрированная АС моделирования CAD/CAM системы"

К разработке заинтересованно отнеслись специалисты Шаньдунского технологического университета, КНДР во время командировки в ВолгГТУ; также намерения о сотрудничестве были выражены в переписке с W. Krug профессором Дрезденского технического

университета (Германия).

УДК 658.512

Мухлаева И.В., Мухлаев А.В.

Повышение направленности генетического поиска с применением знаний о

задаче

В ряде задач решение, полученное с помощью генетического алгоритма (ГА), представляет собой композицию, в которой проявляется эффект положения гена. Основываясь на гипотезе о строительных блоках, можно предположить, что фрагменты искомого решения присутствуют уже в начальной популяции и сложность конструирования из них этого решения определяется сложностью оценки и выделения этих фрагментов. Как известно, Г А относятся к случайно-направленным методам поиска и используют вероятностные оценки. Направленность генетического поиска можно повысить, оценивая хромосому фрагментарно, а не всю в целом.

В композиционных задачах часто можно эмпирически определить фрагменты решения, которые представляются удачными. В ГА возможно сохранение таких фрагментов для распространения в популяции и передачи следующим поколениям. Это осуществимо путем запрета на кроссинговер, мутацию и другие генетические операции (ГО) внутри такого фрагмента. Однако при этом наблюдается следующая зависимость: чем больше выделенный фрагмент, тем быстрее работает ГА и тем ниже качество результирующего решения. Таким образом могут быть потеряны преимущества ГА: близкое к оптимуму решение за малое время.

Наибольшее влияние на работу ГА имеет разнообразие генетического материала (ГМ) в исходной популяции. Разнообразие может поддерживаться, в частности, путем введения параллельного поиска в ГА. Этот прием оказывается эффективнее, если в каждой субпопуляции будет сохраняться уникальный выделенный фрагмент решения. Чем меньше по протяженности (в хромосоме) этот фрагмент, тем выше качество результирующего решения. В то же время в популяции сохраняются отдельные наиболее крупные выделенные фрагменты, получившие экстремально высокие оценки. Хромосомы, содержащие такие фрагменты, вступают в кроссинговер с хромосомами, имеющими гены, не совпадающие с генами, находящимися в первой хромосоме в тех же локусах. Это позволяет быстрее повысить оценку хромосомы с экстремальным выделенным фрагментом. Второй способ достижение этого результата - интенсивная (часто направленная) мутация такой хромосомы.

Эффективность генетического поиска увеличивается также за счет подбора в родительские пары тех хромосом, которые содержат относительно небольшие выделенные фрагменты. Это позволяет быстрее получать их результирующую композицию.

Полный запрет на ГО внутри выделенных фрагменте является фактором, заметно снижающим качество решения. Он может привести процесс поиска к попаданию в локальный оптимум. Для избежания этого прелагается не запрет на ГО внутри фрагмента, а значительное, в сравнении с общей, установленной для всего ГА, нормой, понижение нормы ГО внутри выделенного фрагмента. Такой подход приводит к большей, чем в целом у хромосомы,