WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Синтез технологической системы производится путем соединения качественно отличных комбинаций ее элементов, которые вместе представляют некую совокупность.

Одним из основных условий при синтезе и выборе наиболее экономичных и прогрессивных технологических систем является условие корректного учета взаимосвязей между их элементами. Преимущества и недостатки одного из вариантов элемента по сравнению с другим рассматриваются лишь в составе технологической системы в целом.

Масштабность набора элементов технологической системы, которые отличаются неодновариатностью, зависит прежде всего от конкретных горно-геологических условий залегания рассматриваемого месторождения. В работе принимается к анализу практически весь возможный диапазон изменения состояний каждого из элементов технологической системы шахты. Определенное место в ней отведено изложению базовых принципов реализации прогностических возможностей, возникающих при конструировании вариантов технологических систем.

Синтез технологической системы горнодобывающего предприятия в современных экономических условиях представляет собой задачу значительной размернос ти и высокой степени неопределеннос ти. Энтропия этой системы оказывается равной сумме частных энтропий каждого элемента. Уровень неопределенности на выходе системы будет напрямую зависеть от объема информации, которая изначально хорошо предсказуема.

Для создания методической базы придания структурной модели технологической системы шахты прогностических функций необходимо определиться с набором стандартных элементов технологической системы применительно к конкретным горно-геологическим условиям, то есть произвести ее декомпозицию.

В результате декомпозиции сложная система разделяется на группу более мелких подсистем с такой взаимосвязью, чтобы глобальная задача синтеза преобразовалась в группу локальных задач синтеза отдельных подсистем: отдельные решения будут приниматься по ограниченной информации, без использования всего объема сведений. Переход к иерархической структуре синтеза сужает в общем случае множество допустимых стратегий, но одновременно снижает и уровень неопределенности, что делает возможным получение более качественного решения Учет фактора неопределеннос ти при решении задач синтеза во многом изменяет методы и условия принятия решения: меняется принцип представления исходных данных и параметров модели, становятся неоднозначными понятия решения задачи и оптимальности решения.

Наличие неопределенности может быть учтено непосредственно в моделях соответствующего типа с представлением недетерминированных параметров как случайных величин с известными вероятностными характеристиками, как нечетких величин с заданными функциями принадлежнос ти или как интервальных величин с фиксированными интервалами изменения и нахождения решения задачи с помощью методов стохастического, нечеткого или интервального программирования.

Возможно также и прямое пос троение зоны неопределеннос ти без непосредственного учета характеристик недетерминированных параметров модели. В этом случае решается ряд детерминированных задач и получается некоторый набор вариантов, оптимальных при конкретных значениях случайных (или нечетких) параметров.

Для решения задачи сокращения энтропии системы предлагается использовать современные информационные технологии: теорию нечетких множеств, нечеткую логику и экспертные системы.

Таким образом, появляется возможность совместного применения двух моделей (вероятнос тно-статистической и детерминированной), что позволит учесть связи между соответствующими элементами технологической системы, повысить достоверность исходных данных о перспективе ведения горных работ, более объективно исследовать закономерности изменения параметров горного производства, а также снизить энтропию.

Сущность изложенного является основой первого этапа реализации алгоритма синтеза технологических систем угольных шахты (рис.2).

Второй этап синтеза состоит в определении условий и диапазонов вариабельности состояний элементов технологической системы.

На третьем этапе производится создание критериальной базы оценки корректнос ти синтеза технологической системы шахты.

На четвертом и пятом этапах производятся соответственно оценка составляющих и сравнение возможных вариантов технологических систем по Рис. 2 Обобщенные процедуры синтеза технологических систем угольных шахт определенным критериям, после этого производится выбор наиболее предпочтительного варианта технологической системы.

Третий этап – многокритериальная оценка корректнос ти синтеза технологической системы – представляет собой определение соответствия той или иной полученной альтернативы общему набору из нескольких наиболее важных показателей оценки качес тва проектных решений.

Набор критериев включает: трудоемкость ведения горных работ, удельные затраты на 1 тонну угля, объем проводимых выработок.

Наличие в сложной многоуровневой иерархической системе одновременно различных видов неопределенности делает необходимым использование для принятия решений теории нечетких множеств, которая позволяет адекватно учесть имеющиеся виды неопределеннос ти. Задача синтеза структуры подобной системы предс тавляется достаточно проблематичной, поэтому возможным выходом из положения является построение модели на основе синтеза элементов с использованием нечеткого вывода.

Современные методы построения информационных моделей, основанные на использовании теории нечетких множеств, существенно расширяют традиционные области применения компьютеров. Особенно полезными данные методы оказываются, когда в описании технических и технологических систем присутствует неопределеннос ть, которая затрудняет или даже исключает применение точных количественных методов и подходов.

Нечеткое множес тво предс тавляет собой совокупнос ть элементов произвольной природы, относительно которых нельзя с полной определеннос тью заявлять о наличии принадлежнос ти того или иного элемента рассматриваемой совокупнос ти данному множес тву.

Нечеткое множес тво А универсального множес тва E определяетс я как множество упорядоченных пар:

A ={A(x)}, (1) где, A(x) – характерис тическая функция принадлежнос ти (или прос то функция принадлежнос ти), принимающая значения в некотором вполне упорядоченном множес тве M (например, M = [0,1]).

Функция принадлежнос ти указывает с тепень (или уровень) принадлежнос ти элемента x подмножес тву A. Множес тво M называетс я множес твом принадлежнос тей.

Другое базовое понятие теории нечетких множеств – понятие лингвис тической переменной.

Лингвис тическая переменная определяетс я как набор информации:

<,T,X,G,M>, где - наименование лингвис тической переменной; Т - базовое терм-множес тво лингвис тической переменной или множес тво ее значений (термов), каждое из которых предс тавляет собой наименование отдельной нечеткой переменной ; Х - облас ть определения (универсум) нечетких переменных, которые входят в определение лингвис тической переменной; G - некоторая синтаксическая процедура, которая описывает процесс образования или генерирования из множес тва Т новых, осмысленных в рассматриваемом контекс те значений для данной лингвис тической переменной;

М - семантическая процедура, которая позволяет пос тавить в соответс твие каждому новому значению данной лингвис тической переменной, получаемому с помощью процедуры G, некоторое осмысленное содержание посредс твом формирования с оответс твующего нечеткого множес тва.

Наряду с понятием нечеткого множес тва необходимо определить некоторые понятия нечеткой логики и нечеткого вывода, который предс тавляет собой некоторую процедуру или алгоритм получения нечетких заключений на основе нечетких условий или предпосылок на основе использования понятий нечеткой логики.

Рис. 3 Структура системы нечеткого вывода Сис темы нечеткого вывода предназначены для реализации процесса нечеткого вывода и служат концептуальным базисом всей современной нечеткой логики (рис.3). Данные сис темы позволяют решать задачи автоматического управления, классификации данных, рас познавания образов, принятия решений, машинного обучения и многие другие.

Одним из основных понятий нечеткой логики является нечеткое правило.

В общем случае под нечетким правилом понимается выражение следующего вида:

(i):Q;P;=>,S,F,N, (2) где (i) – имя правила;Q – сфера применения правила; P – условие применимос ти ядра правила; A=>B – ядро правила, в котором A – условие ядра ; B – заключение ядра;”=>” – знак логической с еквенции; S – метод или способ определения количес твенного значения степени ис тиннос ти заключения ядра; F – коэффициент определеннос ти или увереннос ти нечеткого правила; N – пос тусловие правила.

Важной час тью базовой с труктуры сис тем нечеткого вывода являетс я алгоритм нечеткого вывода. Информация, которая пос тупает на вход сис темы нечеткого вывода, предс тавляет собой полученные некоторым образом входные переменные. Информация, которая формируетс я на выходе сис темы нечеткого вывода, соответс твует выходным переменным.

Основными этапами алгоритма нечеткого вывода являются:

• Формирование базы правил нечеткого вывода;

• Фаззификация (введение нечеткос ти) входных переменных;

• Агрегирование условий в нечетких правилах продукций;

• Активизация или композиция заключений в нечетких правилах продукций;

• Аккумулирование заключений нечетких правил продукций;

• Введение четкости (дефаззификация);

Синтезируемая модель сис темы нечеткого вывода будет сос тоять из нескольких уровней.

Для моделирования многоуровневых связей «входы - выход» целесообразно использовать иерархические сис темы нечеткого вывода с иерархической с труктурой баз знаний. В таких сис темах выход одной базы знаний подается на вход другой, более высокого уровня иерархии.

В иерархических базах знаний отс утс твуют обратные связи.

Нечеткие правила, входящие в базы знаний на каждом из уровней сис темы нечеткого вывода, предс тавляют собой нечеткие лингвис тические высказывания вида:

ЕСЛИ “B1 есть а’ ” И (ИЛИ) “B2 есть а’’ ”, ТО “B3 есть v” (3) ЕСЛИ “B1 есть а’ ”, ТО “B2 есть а’’ ” И (ИЛИ) “B3 есть v” (4) Синтез полученных вариантов вывода подсистем будет производиться на основе принципов совместимости, которые были изложены выше. Таким образом, будет сформировано множество нескольких предпочтительных вариантов технологической системы угольной шахты – множество Эджворта-Парето.

После синтеза предпочтительных альтернатив на следующей с тупени модели осуществляется выбор наилучшей – путем выполнения многокритериальной оценки – и принятие окончательного решения. При этом полагается, что число оцениваемых альтернатив будет небольшим. Для оценки такого рода будет использоваться метод попарных сравнений (метод анализа иерархий), предложенный Томасом Саати.

Реализация метода попарных сравнений осуществляется поэтапно.

Первый этап заключается в структуризации задачи в виде иерархической структуры с несколькими уровнями: цели – критерии – альтернативы.

На втором этапе выполняются попарные сравнения элементов каждого уровня. Результаты сравнений переводятся в числа. Создаются матрицы попарных сравнений.

Собственный вектор каждой из матриц попарных сравнений находится из следующей системы уравнений:

C W = max W + 2 + 3 +K+ n =1, (5) где max – максимальное собственное значение матрицы, С – множество Эджворта-Парето, W – собственный вектор матрицы, 1, 2,3, n – координаты собственного вектора.

На следующем этапе вычисляются коэффициенты важности для элементов каждого уровня. При этом проверяется согласованность суждений эксперта.

На заключительном этапе выполняется подсчет количес твенного индикатора качес тва каждой из альтернатив и определяется лучшая альтернатива.

Синтез полученных коэффициентов важности осуществляется по следующей формуле:

N S = Vij, j i (6) i=где Sj — показатель качества j-ой альтернативы; i — вес i-гo критерия; Vji— важность j-ой альтернативы по i-му критерию.

Предложенный в работе алгоритм синтеза технологической системы угольной шахты в виде блок-схемы представлен на рис. Блок А – блок ручного ввода входных данных.

Блок 1 – формирует базу знаний нечеткого вывода.

Блок 2.1 – вводит нечеткость.

Блок 2.2 – продолжает предыдущий шаг, если не все значения нечетко определены.

Блок 3.1 – производит процесс агрегирования.

Блок 3.2 – повторяет предыдущий шаг, если не определена истиннос ти всех условий.

Блок 4 – производит процесс активизации.

Блок 5.1 – производит процесс аккумулирования.

Блок 5.2 – повторяет предыдущий шаг, если не определены все итоговые функции принадлежности.

Блок 6 – производит возвращение четкости.

Блок 7 – производит синтез предпочтительных вариантов.

Блок Б – блок ручного ввода уровней важности.

Блок 8.1 – производит сравнение предпочтительных вариантов для нахождения лучшего.

Блок 8.2 – повторяет процесс сравнения в случае превышения меры согласованности.

Процесс нечеткого моделирования производится в системе MATLAB с помощью специального пакета расширения Fuzzy Logic Toolbox, в котором реализованы десятки различных функций нечеткой логики и нечеткого вывода.

Рис. 4 Блок-схема алгоритма синтеза технологической системы угольной шахты Пакет Fuzzy Logic Toolbox поддерживает все этапы разработки нечетких систем, включая синтез, исследование, проектирование, моделирование и внедрение в режиме реального времени. Вс троенные в пакет модули с графическим интерфейсом пользователя создают интуитивно понятную среду, обеспечивающую легкое продвижения по всем ступенькам проектирования нечетких систем.

После произведенного выбора программного обеспечения для решения в работе основных задач исследования разработанная методика тестируется на работоспособность применительно к выбранному производственному объекту исследований. Для этих целей выбрана шахта “Котинская” ОАО “СУЭК-Кузбасс” (рис.5).

Важное мес то в работе отведено производится моделированию подсистем нечеткого вывода первого уровня (“Вскрытие”, “Подготовка”, “Отработка”), включающее определение входных и выходных лингвистических переменных и создания базы знаний. Каждая база знаний включает 10-15 правил нечетких продукций.

По итогам синтеза на выходе второго уровня системы получается четыре альтернативных варианта технологической системы входящих в множество Эджворта-Парето. После этого осуществляется многокритериальный анализ и выбор наиболее предпочтительного варианта с использованием метода парных сравнений.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»