Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Моделирование и оптимизация процессов лесозаготовок и
деревопереработки
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 35.03.02 - Технология лесозаготовительных и
деревоперерабатывающих производств
Воронеж 2016
УДК 674.02.001.57
Моделирование и оптимизация процессов лесозаготовок и деревопереработки: Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки бакалавра 35.03.02 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств/ А.А.
Мещерякова; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж,
2016. – 12 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
1. Введение
Учебным планом по направлению подготовки бакалавра 35.03.02 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, профиль – Технология деревообработки, Дизайн мебели предусмотрено изучение курса «Моделирование и оптимизация процессов деревообработки».
Программа курса включает усвоение теории и методов принятия оптимальных решений при проектировании процессов деревообработки. В решении этих задач важная роль принадлежит средствам вычислительной техники, математическому и имитационному моделированию технологических и производственно-экономических ситуаций, методам оптимизации этих ситуаций.
Врезультате освоения дисциплины студент должен:
-знать постановку и методы решения задач линейного программирования, календарного и сетевого планирования, методы формального описания и имитационного моделирования технологических процессов, методы решения задач нелинейного, целочисленного и динамического программирования, задач управления запасами и оптимального управления;
-уметь составлять математические модели задач формирования производственной программы деревообрабатывающих предприятий, планирования раскроя листовых и круглых лесоматериалов, решать эти задачи на ЭВМ; составлять сетевые графики комплекса работ, календарные планы работы производственных предприятий; разрабатывать имитационные алгоритмы для моделирования производственных процессов на ЭВМ.
-иметь представление о современном состоянии в области постановки и решения прикладных задач деревообработки.
2.Общие указания
Методические указания предназначены для бакалавров 4-го курса (7-й и 8-й семестрах) очного обучения. Объем дисциплины и виды учебной работы по семестрам приведены в табл. 1.
Цель лекций – дать основные направления по наиболее сложным разделам дисциплины, а также изложить материал по новейшим достижениям, не получившим достаточного освящения в учебной литературе.
Обзорный характер лекций не дает основание рекомендовать их в качестве единственного источника при подготовке к зачету.
Лабораторные занятия посвящены моделированию, оптимизации и исследованию производственной программы мебельного предприятия, использованию табличного процессора для поиска оптимальных решений задач деревообработки, решению транспортной задачи линейного программирования,
задачи нелинейного программирования (задача размещения складов готовой продукции), задачи целочисленного программирования (задача о назначениях).
Практические занятия посвящены аналитическим методам решения нелинейных оптимизационных задач, моделированию, исследованию и оптимизации графика замены оборудования деревообрабатывающего предприятия методом динамического программирования, имитационному моделированию и исследованию производственного участка гидротермической обработки фанерного сырья, сетевому планированию и управлению в деревообработке.
Таблица 1 - Объем дисциплины и виды учебной работы
|
Трудоемкость |
Семестр |
|||
Виды учебной работы |
Всего |
В зачетных |
VII |
VIII |
|
|
часов |
единицах |
|||
|
|
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Общая трудоемкость дисциплины |
180 |
5 |
72 |
108 |
|
Аудиторные занятия |
72 |
2 |
36 |
36 |
|
Лекции (Л) |
36 |
1 |
18 |
18 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
– |
– |
– |
– |
|
Лабораторные работы (ЛР) |
36 |
1 |
18 |
18 |
|
Семинары (С) |
– |
– |
– |
– |
|
Занятия, проводимые в интерактивной |
16 |
0,44 |
8 |
8 |
|
форме (20% от аудиторных по ФГОС ВО) |
|||||
|
|
|
|
||
Самостоятельная работа (Сам) |
72 |
2 |
36 |
36 |
|
Контроль самостоятельной работы (КСР) |
– |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
Курсовой проект (работа) |
|
|
– |
* |
|
|
|
|
|
|
|
РГР (ГАР, РАР) |
– |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
Реферат |
– |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
Виды итогового контроля (зачет, экзамен) |
36 |
1 |
зачет |
экзамен |
|
3. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Введение. Предмет и задачи исследования операций. ОСНОВНЫЕ Понятия исследования операций и математического моделирования. Критерии оптимальности.
Роль оптимизационных методов в управлении производством. Предмет и задачи исследования операций. Постановка задач исследования операций и их математическая формулировка. Типы задач исследования операций и методы их решения. Геометрическое представление оптимизационных задач. Математические модели. Методы получения математических моделей по результатам теоретических и экспериментальных исследований. Задачи и этапы
математического моделирования. Обоснование и выбор критериев оптимальности. Многокритериальные задачи. Методы свертки критериев.
Раздел 2. Задачи линейного программирования в деревообработке.
Задачи линейного программирования в деревообработке. Линеаризация математических моделей. Постановка задач линейного программирования. Симплекс-метод решения задач линейного программирования. Задача оптимального раскроя ДСП. Геометрическая интерпретация задачи линейного программирования. Моделирование, исследование и оптимизация производственной программы мебельного предприятия методами линейного программирования. Использование табличного процессора Excel для поиска оптимального решения задач деревообработки. Двойственная задача линейного программирования. Транспортные задачи линейного программирования. Метод потенциалов решения транспортных задач. Задача оптимизации набора пакетов шпона в производстве фанеры. Оптимизация комплектования рубашек фанеры по коэффициенту сортности. Оптимизация плана выпуска фанеры по стоимости. Баланс посортного выхода шпона с планом выпуска фанеры.
Раздел 3. Задачи нелинейного программирования и их особенности.
Задачи нелинейного программирования и их особенности. Аналитические методы решения нелинейных оптимизационных задач. Численные методы поиска экстремумов целевых функций. Методы отыскания экстремумов для функций одной переменной. Задачи оптимизации размеров оконного блока, фигурного бруса, бункера для щепы, зубчатого шипа, четырехкантного бруса. Моделирование, исследование и оптимизация раскроя древесных стволов на сортименты по критерию наибольшего выхода цилиндрического объема. Метод неопределенных множителей Лагранжа решения нелинейных оптимизационных задач. Оптимизация процесса пиления древесины дисковыми пилами. Градиентные методы решения задач нелинейного программирования при отсутствии ограничений. Использование градиентных методов для нахождения условных экстремумов (метод штрафных функций).
Раздел 4. Задачи целочисленного программирования в деревообработке. Методы решения задач целочисленного программирования.
Задачи целочисленного программирования в деревообработке. Методы решения задач целочисленного программирования. Задача о назначениях. Задача о реконструкции. Задача о размещении предприятий. Задача о специализации деревоперерабатывающих производств. Задача о выборе головного лесопильного оборудования.