Некоторые подходы к формализации управления структурой и свойствами строительных материалов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №11 (91) июнь-1 2015 г.

Дата публикации: 22.05.2015

Статья просмотрена: 50 раз

Библиографическое описание:

Сухов Я. И., Гарькина И. А. Некоторые подходы к формализации управления структурой и свойствами строительных материалов // Молодой ученый. — 2015. — №11. — С. 448-450. — URL https://moluch.ru/archive/91/19315/ (дата обращения: 15.12.2018).

Рассматриваются методологические основы формализации задач управления структурой и свойствами строительных материалов на основе их представления как сложных систем с присущими им системными атрибутами.

Ключевые слова: строительные материалы, сложные системы, системные атрибуты материалов, рецептурно-технологические параметры, формализация управления свойствами и структурой.

 

При разработке методов синтеза строительных материалов основную роль играет системный подход к исследованию проблем идентификации, фундаментальные исследования математических и вычислительных проблем управления, концептуальных аспектов идентификации и моделирования, компьютерных проблем развития информационно-вычислительной среды. Пока существует актуальная потребность создания наукоемких методологий для начальных этапов поиска решений трудных (существенно нестандартных) практических задач, содержащих трудно формализуемые и высокие требования к качеству управления (оценивания, прогнозирования) [1].

При решении задач идентификации (как правило, включается и процесс человеческого выбора) для описания реальности многое зависит от априорной нацеленности исследователя на применение определенного математического аппарата, от степени его разработанности и часто подсказываются математической интуицией. На уровне конкретного теоретического исследования основные интеллектуальные усилия направляются на структуризацию и абсолютную формализацию данного процесса. В рамках математического дисциплинарного образа наиболее важны теоретические исследования по выбору и оценке качества «наилучшей» структуры (заданное семейство математических уравнений). Содержанием структурной идентификации в основном является математическое моделирование и исследование локальных фрагментов без учета их реального контекста и включает этапы:

-          разработка содержательной постановки практической задачи,

-          выбор математической задачи с заданными параметрами,

-          поиск адекватных значений заданных параметров математической задачи,

-          коррекция содержательной постановки практической задачи,

-          предварительный выбор и алгоритмизация адекватной постановки,

-          поиск решения пробной постановки практической задачи и др.

Наибольшая ответственность возникает при процедуре принятия решений (объекты плохо формализуемы; сложная иерархия задач; задачи оперативного управления являются лишь фрагментами глобальной задачи управления качеством и требуют отслеживания частных критериев и т. д.). Большинство из этих задач возможно решить лишь на междисциплинарном уровне (естественно желательно каждый фрагмент локальной или глобальной задачи — в пределах одной дисциплины), что требует подготовки соответствующего интеллектуального потенциала внутри различных дисциплинарных научных школ. Однако построение полностью автоматических систем управления качеством практически неразрешима: человек всегда будет пользоваться безусловным приоритетом перед результатами анализа (например, многокритериальная оценка строительных материалов коллективом экспертов).

Рассчитывать на решение всех вопросов идентификации материалов (как структурной, так и параметрической) скорее всего не стоит, но создание и внедрение прототипов новых систем идентификации остаются чрезвычайно актуальными. Это относится и к тиражированию эталонных прикладных разработок теории идентификации в различные отрасли промышленности (ярким примером служит формализация шкалы Купера-Харпера; многократно подтвердилась эффективность при синтезе материалов специального назначения [2,3]).

Для разработки и управления качеством строительных материалов с регулируемой структурой и свойствами для защиты от радиации (с использованием системного подхода, теорий идентификации и управления; по введенной иерархии критериев и выделенным комплексами решаемых частных задач) строилась иерархическая структура материала с оценками её элементов (основа перспективного планирования всего комплекса разработок и отдельных систем [2]).

Неопределенность целей при многокритериальном синтезе материалов была преодолена с использованием линейной свертки, введением контрольных показателей, построением множеств Парето и др.

В большинстве случаев целевая функция определялась исходя из желаемого вида кинетических процессов формирования основных физико-механических характеристик композиционных строительных материалов (прочность, модуль упругости, усадка, изменение внутренних напряжений, химическая стойкость, водопоглощение и водостойкость и т. д.) на основе решения сначала общей, а затем частной задачи идентификации [4]. Такой выбор целевой функции, в частности, определялся возможностью установления связи между строением композиционного материала и проявляющимися при соответствующих условиях изменениями макроскопических характеристик.

На основе классификации наиболее распространенных видов кинетических процессов строилась их обобщенная модель [4]. Каждый из рассматриваемых кинетических процессов — частный случай обобщенной модели. Алгоритмы определения параметров моделей составлялись исходя из характерных точек кинетических процессов (точки экстремума, перегиба, установившиеся значения и т. д.).

Параметрическая идентификация кинетических процессов сводилась к определению параметров обобщенной модели (например, корней характеристического полинома).

При решении отдельных задач целевая функция формировалась с учетом как реакции системы на пробные воздействия, так и синхронных измерений характеристик системы и управляющих воздействий в процессе нормальной эксплуатации.

Учитывая сложность моделей систем и трудность установления влияния рецептурно-технологических параметров на характеристики материалов, специально разрабатывалась методика управления выходными характеристиками материала на основе изучения кинетических процессов формирования физико-механических характеристик материала. Определялись перекрестные связи (синергетика) между свойствами материала. На их основе уточнялись структурные и математические модели систем и подсистем с последующей идентификацией параметров (для отдельных систем — из условий получения экстремумов целевых функций).

Оптимизация структуры и свойств материала по параметрам кинетических процессов формирования его физико-механических характеристик осуществлялась на основе специально разработанного функционала качества.

При выбранной балльности шкалы идентификация областей равных оценок производилась на основе сравнения расчетных границ с экспериментальными.

Связь характеристик материала с параметрами модели определялся по экспериментальным данным, рецептурный состав материала — с использованием градиентных методов.

При управлении качеством радиационно-защитных композиционных материалов оказалось эффективным использование принципа Парето: начальные 20 % определяют последующие 80 % времени выхода контролируемого параметра  на эксплуатационное значение:

,

.

Применение принципа Парето значительно облегчает и разработку рецептуры (содержание ингредиентов, гранулометрический состав и т. д.): выделить элементы в рецептуре, определяющие, в основном, эксплуатационные характеристики материала. Так, для эпоксидных композиционных материалов для защиты от радиации прочность и плотность,в основном, определяются степенью наполнения и видом модификатора.

Использовался и итеративный способ улучшения качества материала на основе последовательного построения на каждом этапе соответствующих диаграмм Парето.

Результаты исследований прошли многочисленную апробацию [5…7] при разработке строительных материалов различного назначения.

 

Литература:

 

1.                  Прангишвили И. В., Лотоцкий В. А., Гинсберг К. С., Смолянинов В. В. Идентификация систем и задачи управления: на пути к современным системным методологиям // Проблемы управления. — 2004. — № 4. — С.2–15.

2.                  A.Danilov, I. Garkina. Systems approach to the modeling and synthesis of building materials / Contemporary Engineering Sciences. — Vol. 8. — 2015. — no. 5. — P.219–225. http:// dx.doi.org/10.12988/ces.2015.517

3.                  Данилов А. М., Гарькина И. А. Сложные системы: идентификация, синтез, управление: монография. — Пенза: ПГУАС. — 2011. — 308 с.

4.                  I.Garkina. Modeling of kinetic processes in composite materials / Contemporary Engineering Sciences. -Vol. 8. — 2015. — no. 10. — P. 421–425. http://dx.doi.org/10.12988 /ces. 2015. 5258

5.                  Данилов А. М., Гарькина И. А., Сорокин Д. С. Гомеостатическая концепция моделирования систем в строительном материаловедении / Региональная архитектура и строительство. — 2014. — № 4. — С. 24–30.

6.                  Данилов А. М., Гарькина И. А. Системный подход к конструированию композиционных материалов / Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. — 2012. — № 7 (162). — С. 23–25.

7.                  Гарькина И. А., Данилов А. М., Петренко В. О. Из опыта разработки материалов специального назначения / Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 5. — С. 235.

Основные термины (генерируются автоматически): материал, практическая задача, целевая функция, кинетический процесс формирования, обобщенная модель, свойство материала, содержательная постановка, системный подход, математическая задача, параметр, процесс, управление качеством.


Ключевые слова

сложные системы, строительные материалы, системные атрибуты материалов, рецептурно-технологические параметры, формализация управления свойствами и структурой.

Похожие статьи

Композиты специального назначения: идентификация...

структурная идентификация, практическая задача, здравый смысл, математическая задача, математическая теория, содержательная постановка, эксплуатационное значение, поиск решения, свойство материала...

Математическое моделирование и бизнес-анализ в практической...

Итого получаем экономико-математическую модель задачи: найти такой план выпуска продукции X=(x1,x2), удовлетворяющий системе неравенств и условию x1>=0; x2>=0, при котором функция F(x) будет принимать максимальное значение. Задачу легко обобщить, если...

Управление качеством строительных технологий на основе...

Для этого необходимо построить математическую модель решаемой задачи, в качестве целевой функции обосновать вид интегрального критерия и каждого из факторов, привести их к безразмерной форме...

Построение стохастической модели планирования основного...

Постановка задачи.

планирование, математическая модель, производственный процесс, неполноты информации, стохастическое программирование, детерминированный эквивалент.

Педагогическая модель формирования созидательной культуры...

Таким образом, была выстроена функционально-содержательная копия реального процесса формирования созидательной культуры

Целевой компонент модели определяет целевые установки образовательного процесса, основные реализуемые в нем подходы и идеи.

Математическое моделирование кинетических процессов...

Изменение структуры, физико-механических и эксплуатационных свойств материала приводят к изменению.

Здесь кинетический процесс описывается в виде

. Наконец, определяется. . Задача идентификации решена полностью.

Структурно-содержательная модель формирования правовой...

Структурно-содержательная модель формирования правовой компетенции студентов медицинского института представлена взаимосвязанными блоками: целевым (характеризующим цели и задачи профессиональной правовой подготовки), содержательным...

Современные экономико-математические методы и модели...

Современные экономико-математические методы и модели в процессе принятия управленческих решений.

[1]. В соответствии целевыми установками ставятся определенные задачи по планированию мероприятий с их последующей реализацией в процессе...

Композиты специального назначения: идентификация...

структурная идентификация, практическая задача, здравый смысл, математическая задача, математическая теория, содержательная постановка, эксплуатационное значение, поиск решения, свойство материала...

Математическое моделирование и бизнес-анализ в практической...

Итого получаем экономико-математическую модель задачи: найти такой план выпуска продукции X=(x1,x2), удовлетворяющий системе неравенств и условию x1>=0; x2>=0, при котором функция F(x) будет принимать максимальное значение. Задачу легко обобщить, если...

Управление качеством строительных технологий на основе...

Для этого необходимо построить математическую модель решаемой задачи, в качестве целевой функции обосновать вид интегрального критерия и каждого из факторов, привести их к безразмерной форме...

Построение стохастической модели планирования основного...

Постановка задачи.

планирование, математическая модель, производственный процесс, неполноты информации, стохастическое программирование, детерминированный эквивалент.

Педагогическая модель формирования созидательной культуры...

Таким образом, была выстроена функционально-содержательная копия реального процесса формирования созидательной культуры

Целевой компонент модели определяет целевые установки образовательного процесса, основные реализуемые в нем подходы и идеи.

Математическое моделирование кинетических процессов...

Изменение структуры, физико-механических и эксплуатационных свойств материала приводят к изменению.

Здесь кинетический процесс описывается в виде

. Наконец, определяется. . Задача идентификации решена полностью.

Структурно-содержательная модель формирования правовой...

Структурно-содержательная модель формирования правовой компетенции студентов медицинского института представлена взаимосвязанными блоками: целевым (характеризующим цели и задачи профессиональной правовой подготовки), содержательным...

Современные экономико-математические методы и модели...

Современные экономико-математические методы и модели в процессе принятия управленческих решений.

[1]. В соответствии целевыми установками ставятся определенные задачи по планированию мероприятий с их последующей реализацией в процессе...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Композиты специального назначения: идентификация...

структурная идентификация, практическая задача, здравый смысл, математическая задача, математическая теория, содержательная постановка, эксплуатационное значение, поиск решения, свойство материала...

Математическое моделирование и бизнес-анализ в практической...

Итого получаем экономико-математическую модель задачи: найти такой план выпуска продукции X=(x1,x2), удовлетворяющий системе неравенств и условию x1>=0; x2>=0, при котором функция F(x) будет принимать максимальное значение. Задачу легко обобщить, если...

Управление качеством строительных технологий на основе...

Для этого необходимо построить математическую модель решаемой задачи, в качестве целевой функции обосновать вид интегрального критерия и каждого из факторов, привести их к безразмерной форме...

Построение стохастической модели планирования основного...

Постановка задачи.

планирование, математическая модель, производственный процесс, неполноты информации, стохастическое программирование, детерминированный эквивалент.

Педагогическая модель формирования созидательной культуры...

Таким образом, была выстроена функционально-содержательная копия реального процесса формирования созидательной культуры

Целевой компонент модели определяет целевые установки образовательного процесса, основные реализуемые в нем подходы и идеи.

Математическое моделирование кинетических процессов...

Изменение структуры, физико-механических и эксплуатационных свойств материала приводят к изменению.

Здесь кинетический процесс описывается в виде

. Наконец, определяется. . Задача идентификации решена полностью.

Структурно-содержательная модель формирования правовой...

Структурно-содержательная модель формирования правовой компетенции студентов медицинского института представлена взаимосвязанными блоками: целевым (характеризующим цели и задачи профессиональной правовой подготовки), содержательным...

Современные экономико-математические методы и модели...

Современные экономико-математические методы и модели в процессе принятия управленческих решений.

[1]. В соответствии целевыми установками ставятся определенные задачи по планированию мероприятий с их последующей реализацией в процессе...

Композиты специального назначения: идентификация...

структурная идентификация, практическая задача, здравый смысл, математическая задача, математическая теория, содержательная постановка, эксплуатационное значение, поиск решения, свойство материала...

Математическое моделирование и бизнес-анализ в практической...

Итого получаем экономико-математическую модель задачи: найти такой план выпуска продукции X=(x1,x2), удовлетворяющий системе неравенств и условию x1>=0; x2>=0, при котором функция F(x) будет принимать максимальное значение. Задачу легко обобщить, если...

Управление качеством строительных технологий на основе...

Для этого необходимо построить математическую модель решаемой задачи, в качестве целевой функции обосновать вид интегрального критерия и каждого из факторов, привести их к безразмерной форме...

Построение стохастической модели планирования основного...

Постановка задачи.

планирование, математическая модель, производственный процесс, неполноты информации, стохастическое программирование, детерминированный эквивалент.

Педагогическая модель формирования созидательной культуры...

Таким образом, была выстроена функционально-содержательная копия реального процесса формирования созидательной культуры

Целевой компонент модели определяет целевые установки образовательного процесса, основные реализуемые в нем подходы и идеи.

Математическое моделирование кинетических процессов...

Изменение структуры, физико-механических и эксплуатационных свойств материала приводят к изменению.

Здесь кинетический процесс описывается в виде

. Наконец, определяется. . Задача идентификации решена полностью.

Структурно-содержательная модель формирования правовой...

Структурно-содержательная модель формирования правовой компетенции студентов медицинского института представлена взаимосвязанными блоками: целевым (характеризующим цели и задачи профессиональной правовой подготовки), содержательным...

Современные экономико-математические методы и модели...

Современные экономико-математические методы и модели в процессе принятия управленческих решений.

[1]. В соответствии целевыми установками ставятся определенные задачи по планированию мероприятий с их последующей реализацией в процессе...

Задать вопрос