В работе рассматриваются вопросы разработки и реализации фрагмента системы автоматизации проектирования АСУП, с применением системы ИИ, реализующего решение комплекса задач оптимального текущего планирования непрерывного производства (на примере производства первичной переработки хлопка-сырца). Исследуемый объект управления относится к классу непрерывных производственных процессов с последовательной структурой. Входом объекта управления является множество первичных продуктов (ручной и машинные сборы, промышленные и селекционные сорта хлопка-сырца). Выходом объекта управления является множество конечных продуктов – хлопковое волокно, хлопковый линт, семена хлопчатника (посевные и технические, технические семена направляется маслоэкстракционные заводы), волокнистые отходы.
Многоступенчатый производственный процесс первичной переработки хлопка-сырца для целей объемного (текущего) планирования предлагается методом агрегирования свести к двум обобщенным операциям – «джинирования» и «линтерования» [1]. Предлагается управление (планирование) процессом проводить по двухступенчатой схеме в соответствии с количеством обощенных операций. Представление производственной системы в плановом периоде по двухстадийной схеме с учетом получения промежуточных продуктов (нелинтерованных семян) позволяет повысить адекватность модели планирования и, следовательно, повысить обоснованность и точность планирования.
На основании построенной статической двухстадийной модели производственного процесса переработки хлопка-сырца и установленного закона совместного распределения выпусков конечных (промежуточных) продуктов при заданных параметрах технологического процесса и интенсивностях использования дискретных технологических режимов формулируется задача объемного планирования затрат и выпуска.
Задача планирования рассматриваемого производства сводится к определению таких интенсивностей режимов агрегированных операций, при которых обеспечивается в рамках, наложенных на систему производственных ограничений, максимально возможная эффективность производства. Последняя оценивается с помощью критерия эффективности отражающего степень соответствия полученных решений поставленной цели управления.
Формулируется детерминированная модель текущего планирования основного производства в терминах модели линейного программирования (ЛП). При решении задачи оптимального планирования производства, сводящейся к модели линейного программирования большой размерности, возникает ряд проблем, связанных со значительной трудоемкостью процесса формирования массива коэффициентов ограничений, а также коэффициентов целевой функции оптимизационной модели. Например, для среднего хлопкозавода размерность матрицы коэффициентов условий модели планирования составляет 1700 управляющих переменных (в том числе порядка 25 целочисленных) и 13000 ограничений.
Матрицы ограничений практических задач оптимального текущего планирования в зависимости от номенклатуры производства, могут содержать десятки тысяч ненулевых элементов. Подготовка этих элементов к непосредственному вводу в машину при ручном формировании матрицы связана с трудоемкой вычислительной работой, при которой неизбежны ошибки. Большая часть этих ошибок выявляется и исправляется до решения задачи. Не выявленные ошибки могут составлять незначительное количество, но обнаружение их по результатам решения задачи может представлять значительные трудности и отразиться на общем времени решения задачи. Использование разработанного алгоритма (программного интерфейса) формирования матриц исходных данных оптимизационной модели текущего планирования основного производства первичной переработки хлопка-сырца позволяет уменьшить объем вводимой информации, а вместе с этим и объем подготовительной работы и количество ошибок, дает возможность пользователю подготавливать исходную информацию в удобной для него форме.
Для решения таких задач на ЭВМ необходимо применять специальные программные средства, позволяющие автоматизировать процесс ввода параметров, матрицы исходных данных и коэффициентов целевой функции, оптимальной модели. В работе разработано алгоритм программного интерфейса для реализации на ЭВМ с помощью пакета прикладных программ MATLAB (Раздел «Математика, Optimization Toolbox») [2] модели оптимального планирования основного производства первичной переработки хлопка-сырца и их автоматизация решения. При описании алгоритма интерфейса делается допущение о том, что имеется определенное множество параметров оптимизационной модели, некоторым образом распределенное по выходным массивам.
Таким образом, автоматизированная система решения задач ЛП предоставляет пользователю достаточная средства автоматизации процедур решения и исследования широкого класса задач ЛП. Хотя система и может быть приспособлена для автоматизации решения производственных задач оптимального планирования, наиболее полно ее возможности используется в научных исследованиях.
Особенностью программного интерфейса состоит в обеспечении возможности построения матриц задачи ЛП на основе базовых данных. Ряд коэффициентов ограничений и целевой функции задачи представляет собой производные величины, которые должны быть результатом преобразований базовых данных. В то же время базовые данные необходимо хранить в связи с возможными потребностями в них, возникающими при анализе оптимального решения и корректировке исходных данных. Таким образом, использование программного интерфейса, формирования матриц условий оптимизационной задачи ЛП позволяет увеличить возможности обеспечения потребителей необходимой информацией.
Предлагаемая автоматизированная система планирования дает возможность проведения достаточно точного и оперативного пересчета на ЭВМ проектов плана в условиях итеративного процесса (что будет, если …) их разработки. Система выдает по каждому из вариантов плана интенсивностей использования дискретных режимов обобщенных операций, оптимальные планы выпуска модификаций конечных продуктов; значения основных технико-экономических показателей планируемого периода; двойственные оценки и интервалы устойчивости оптимального плана к вариациям параметров модели.
Для контрольного примера были выбраны шесть планируемых модификаций конечного продукта [1] (
), выпуск конечных продуктов реализуется по двум режимам операции "джинирования" (
), параметры которых были заданы технологами данного предприятия. Значения нижних 
и верхних 
границ выпуска конечных продуктов, удельные технико-эконмические показатели 
на конечные продукты отделом планирования.Значения элементов 
матрицы 
, коэффициентов выхода конечного (промежуточного) продукта 
при единичной интенсивности режима 
,представлены технологами.Значения прямых производственных затрат 
на операции "джинирования" и 
на операции "линтерования" представлены отделом планирования. Трудоемкость обработки единицы исходного сырья на оборудовании операции "джинирования" 
и "линтерования" 
представлены технологами, а также другие необходимые данные представлены специалистами хлопкоперерабатывающего предприятия.
В результате получаем задачу линейного программирования с шестью неизвестными и 33 ограничениями. Используя исходные данные, на основе пакета "LINPROGMATLAB" на ЭВМ IBMPC было получено решение оптимизационной задачи [1]. Оптимальное решение было получено за 16 итераций.
Литература:
- Юсупов Ф. Детерминированная модель оптимального текущего планирования основного производство первичной переработки хлопка-сырца// Труды V1 международной конференции «идентификация систем и задачи управления» Москва 29 января – 1 февраля 2007 г. Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. SICPRO’07. М.: ИПУ РАН, 2007. – 865-871 с.
- Дьяконов В. П., Круглов В. В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. СПб: Питер, 2001.–363 с.
