319

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

Моделирование и оптимизация процессов

Методические указания для самостоятельной работы студентов

по направлению подготовки 19.03.01 «Биотехнология»

Воронеж 2017

УДК 630*31:658.011.56(075)

Бухтояров, Л.Д. Моделирование и оптимизация процессов лесозаготовок [Электронный ресурс]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 19.03.01 – Биотехнология / Л.Д. Бухтояров, А.Ю. Гудков // ВГЛТУ. – Воронеж, 2017. – 11 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ

ВВЕДЕНИЕ

Одной из активных и эффективных форм подготовки по изучаемой дисциплине является самостоятельная работа.

Целью изучения дисциплины научить студентов современным приемам организации и управления процессами в лесном комплексе на основе системного подхода к решению научных и производственных задач с использованием методов моделирования и оптимизации.

Для достижения поставленной цели при изучении дисциплины ставятся и решаются задачи:

-уяснить характер процессов в лесном комплексе, структуру, особенности как сложных систем, декомпозицию и кодирование систем;

-понять связь моделирования и оптимизации с наукой;

-уяснить моделирование как способ познания объектов и явлений, изучить различные виды моделей и роль математических моделей, как современного способа абстрактного описания реальных процессов;

-освоить методы линейного и нелинейного программирования, методы сканирования, поиска глобального экстремума функции, дискретного программирования, теорию подобия, теорию графов и уяснить процедуру численных методов и программного их обеспечения с использованием ЭВМ для решения оптимизационных задач;

-понять роль информационного обеспечения моделирования и оптимизации и роль теории вероятностей в оценке стохастических процессов в лесном комплексе;

-уметь пользоваться при оценке случайных событий методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализа и уметь применить их для решения производственных и организационных задач лесного комплекса.

Студент по результатам освоения дисциплины должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:

-способностью осуществлять поиск, хранение, обработку и анализ информации из различных источников и баз данных, представлять ее в требуемом формате с использованием информационных, компьютерных и сетевых технологий (ОПК-1);

-способностью и готовностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК-2).

Студент по результатам освоения дисциплины должен обладать следую-

щими профессиональными компетенциями:

- владением планирования эксперимента, обработки и представления полученных результатов (ПК-10).

ТЕМЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

«Моделирование и оптимизация процессов»

Тема 1. Основные понятия моделирования и оптимизации объектов лесозаготовок

План

1.Понятие об исследовании объектов лесозаготовок.

2.Понятие модели. Классификация моделей и методов моделирования.

3.Введение в общую математическую постановку задач оптимизации объектов лесозаготовок.

4.Методика моделирования и оптимизации объектов лесозаготовок.

Литература: основная [1], дополнительная [1,2].

Контрольные вопросы

1. Какие задачи лесопромышленного комплекса могут быть решены мето-

дами моделирования и оптимизации?

2. Что понимается при моделировании и оптимизации под объектом лесоза-

готовок?

3.Что такое модель, классификация модели, какими языками могут описы-

ваться модели?

4. Что такое критерий оптимальности и функция цели.

5.В какой последовательности разрабатываются математические модели.

Тема 2. Исходная информация для моделирования

План

1.Виды информации. Основные понятия теории вероятности и математической статистики.

2.Как проводится сбор статистической информации для моделирования.

3.Как обрабатывается статистическая производственная информация.

Литература: основная [1], дополнительная [1,2].

Контрольные вопросы

1.Какие способы могут быть использованы для обработки экспериментальных данных лесопромышленного комплекса?

2.Как рассчитываются статистики выборки – среднее арифметическое, выборочная дисперсия, среднеквадратическое отклонение?

3.Каким образом определяются вероятности и теоретические частотв выбранного закона распределения?

4.В чем сущность метода наименьших квадратов и что является мерой расхождения в этом методе?

Тема 3. Лесозаготовки как объект моделирования

План

1.Особенности природных и производственных условий лесозаготовок.

2.Статистические характеристики предмета труда лесозаготовок.

3.Потоки предмета труда на лесозаготовках

Литература: основная [1], дополнительная [1,2].

Контрольные вопросы 1. Назовите характеристики потоков древесины.

2.Дайте характеристики предмета труда – дерево, хлыст, бревно – как случайной величины.

3.Как влияет концентрация лесообрабатывающего производства на его ритмич-

ность?

4. Приведите примеры аппроксимации распределений различными законами.

Тема 4. Выбор проектных решений технологий лесозаготовок на основе теории массового обслуживания

План

1.Особенности и область применения теории массового обслуживания

2.Основные типы простейших систем массового обслуживания.

3.Обоснование скоростных режимов валочно-пакетирующих машин с совмещенными функциями.

Литература: основная [1], дополнительная [1,2].

Контрольные вопросы

1.В каких задачах лесозаготовительного комплекса могут использоваться методы теории массового обслуживания.

2.Приведите примеры СМО лесозаготовок и определите характерные для них типы моделей.

3.Какие из видов очередей СМО лесозаготовок Вам известны?

4.В чем заключается сущность оптимизации при использовании моделей СМО? По каким критериям может проводится оптимизация.

Тема 5. Моделирование и оптимизация объектов лесозаготовок на основе линейного программирования

План

1.Особенности и область применения задач линейного программирования. Постановка задачи.

2.Оптимизация объемов производства технологической щепы и такрной дощечки по критерию дохода предприятия.

3.Транспортная задача линейного программирования.

Литература: основная [1], дополнительная [1,2].

Контрольные вопросы

1.Что является областью допустимых решений? Каким образом определяется область действия того или иного ограничения?

2.Перечислите шаги алгоритма симплекс-метода.

3. Как определить приоритет развития того или иного ресурса - направление наиболее выгодного вложения средств – в ситуации распределения ресурсов древесного сырья и оптимизации объемов выпуска продукции из них.

Тема 6. Моделирование и оптимизация объектов лесозаготовок на основе нелинейного программирования

План

1.Область применения ЛП, основные понятия и постановка задачи.

2.Обзор методов решения задач НЛП.

3.Анализ решения задач НЛП

4.Оптимизация технологических параметров лесозаготовительных ма-

шин.

Литература: основная [1], дополнительная [1,2].

Контрольные вопросы

1.Какие задачи лесопромышленного комплекса могут быть решены на основе транспортной задачи?

2.Какова последовательность разработки модели и постановки транспортной задачи оптимизации?

3.Что является критерием при оптимизации объемов транспортировки круглых лесоматериалов из лесопромышленных складов потребителям – трелевки хлыстов с лесосек на погрузочные пункты?

4.Перечислите шаги алгоритма метода потенциалов.

Тема 7. Оптимальное управление объектами лесозаготовок

План

1.Основные понятия и постановка задачи оптимального управления.

2.Обзор методов решения задач оптимального управления.

3.Оптимизация технологических процессов лесозаготовок.

Литература: основная [1], дополнительная [1,2].

Контрольные вопросы

1.В каких сферах лесозаготовок могут применяться задачи НЛП?

2.Какими классификационными признаками характеризуются целевые функции?

3.В чем заключается сущность поиска оптимального решения методами

исключения интервала?

4. Как и в какой последовательности следует поставить задачу оптимизации вылета манипулятора лесозаготовительных машин?

Тема 8. Применимость других методов к оптимизации объектов лесного комплекса

План

1.Применение теории графов в лесном деле.

2.Приложение марковских процессов принятия решений в лесном деле

3.Имитационное моделирование технологических процессов.

Литература: основная [1], дополнительная [1,2].

Контрольные вопросы

1.В каких задачах лесозаготовительного комплекса могут использоваться методы теории графов?

2.Какие основные признаки характерны для дискретных марковских це-

пей?

3.Каике основные положения и лесопромышленные объекты имитационного моделирования Вам известны?

Тема 9. Практические приложения в сфере лесозаготовок

1.Оптимальное управления запасами древесины

2.Рациональное построение лесообрабатывающих линий.

3.Способы снижения транспортной работы в лесопромышленном ком-

плексе

4.Оптимизация использования и резервирования подъемнотранспортных машин

5.Выбор лесозаготовительных машин и оптимизация их параметров.

6.Задачи управления качеством лесопродукции.

Литература: основная [1], дополнительная [1,2].

Контрольные вопросы

1.Опишите алгоритм определения количественных оценок влияния вме-

стимости склада на смежные операции.

2. Как влияют значения коэффициентов специализации и штабелевки на грузовую работу подъекмно-транспортных машин.

3.Как влияют на загрузку лесообрабатывающих линий вместимость бу-

ферных устройств, число станков, соотношение между их технически возмож-

ной производительность?

4. Опишите схему оптимизации параметрам лесозаготовительной маши-

ны. Какие факторы и ограничения следует при этом учитывать?

5.Опишите в общем виде целевую функцию и критерий оптимальности при выборе системы лесосечных машин.

6.Перечислите задачи управления качеством лесопродукци. Какие мето-

ды математического моделирования применимы для оптимизации раскроя хлы-

стов?

Основная литература

1. Пошарников Ф.В. Моделирование и оптимизация процессов в лесном комплексе [Электронный ресурс] // Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области лесного дела в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по специальности 260100 «Лесоинженерное дело». Стереотипное издание: Учебное пособие. – Воронеж: ВГЛТА, 2014. – 270 с. // АИБС «МАРК-SQL» / ВГЛТА

2. Редькин А. К. Математическое моделирование и оптимизация технологий лесозаготовок [Текст] : рек. УМО по образованию в качестве учеб. / А. К. Редькин, С. Б. Якимович; МГУЛ. - М. : МГУЛ, 2005. - 504 с.

Дополнительная литература

1.Игнатенко В.В. Моделирование и оптимизация процессов лесозаготовок: Учеб. пособоие для студентов специальности «Лесоинженерное дело» / В.В. Игнатенко, И.В. Турлай, А.С. Федоренчик. – Мн.: БГТУ, 2004. – 180 с

2. Бухтояров, Л.Д. Моделирование и оптимизация процессов [Электронный ресурс]: Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 19.03.01 - «Биотехнология» / Л.Д. Бухтояров, А.Ю. Гудков, В.Г. Свиридов, В.В. Абрамов: ВГЛТУ. – Воронеж, 2017 – 73 с. // АИБС «МАРК-SQL» / ВГЛТУ

3 Бухтояров, Л.Д. Моделирование и оптимизация процессов [Электронный ресурс]: Учебно-методические рекомендации для самостоятельной работы бакалавров по дисциплине «Моделирование и оптимизация» по направлению подготовки 19.03.01 – Биотехнология / Л.Д. Бухтояров, А.Ю. Гудков // ВГЛТУ.

– Воронеж, 2016. – 15 с. // АИБС «МАРК-SQL» / ВГЛТУ