10.14489/vkit.2024.08.pp.011-020

DOI: 10.14489/vkit.2024.08.pp.011-020

Зуга И. М., Хомченко В. Г.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНЫХ СХЕМ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ НА ПЕРЕСЕЧЕННОМ РЕЛЬЕФЕ
(с. 11-20)

Аннотация. Разработан автоматизированный метод синтеза схем расположения производственных объектов предприятий на территориях со сложным пересеченным рельефом из условия минимизации затрат на реализацию (строительство и эксплуатацию) коммуникационных трасс. В качестве дополнительных условий оптимизационного синтеза приняты ограничения по регламентированным минимально допустимым расстояниям между объектами в свету и требования, исключающие попадание объектов в область запрещенных полигонов. Выделены три характерных типа рельефа земной поверхности, достаточных для решения поставленной в данной работе оптимизационной задачи в условиях автоматизированного проектирования. Рельеф отведенной для размещения предприятия территории задается в условиях решаемой оптимизационной задачи регулярной сеткой, полученной на основе триангуляции Делоне. Для расчета высотной отметки (аппликаты) центра геометрического образа основания объекта в его произвольном положении применяется вторичная аппроксимация локальной малой площадки с использованием интерполяционного полинома Лагранжа второго порядка. В связи с мультимодальным характером целевой функции, вызванным, кроме прочего, сложностью рельефа отведенной для размещения объектов предприятия территории, для обеспечения поиска глобального минимума целевой функции предложено использовать один из стохастических популяционных методов − модифицированный метод дифференциальной эволюции. Приводится численный пример синтеза схем расположения объектов при условии их расположения на разных склонах впадины. Результаты численного эксперимента подтвердили возможность применения представленного в статье метода для автоматизированного поиска оптимальных (близких к оптимальным) схем расположения объектов на сложном пересеченном рельефе.

Ключевые слова: схемы расположения объектов; пересеченный рельеф территории; автоматизированный оптимизационный синтез; целевая функция; дифференциальная эволюция.

Zuga I. M., Khomchenko V. G.
AUTOMATED SYNTHESIS OF OPTIMAL SCHEMES LOCATION OF PRODUCTION FACILITIES ON RUGGED TERRAIN
(pp. 11-20)

Abstract. An automated method has been developed to synthesize layouts of industrial facilities on rugged terrains, aimed at minimizing costs associated with utilities routes development (construction and operation). Additional conditions of optimization synthesis include constraints on the regulatory minimum permissible clear distances between facilities and requirements that prevent facilities from being placed in restricted zones. Three characteristic types of terrain surface relief sufficient to solve the optimization problem presented under automated design conditions have been identified. The terrain allocated for enterprise placement is specified in the conditions of the optimization problem being solved by a regular grid created based on Delaunay triangulation. To calculate the elevation (applicate) of the center of the geometric image of the facility’s base at any position, a secondary approximation of a local small area is applied using a second-order Lagrange interpolation polynomial. Due to the multimodal nature of the objective function, partly caused by the complexity of the topography of the territory designated for facility location, the use of one of the stochastic population methods, specifically the modified method of differential evolution, is proposed to ensure a search for the global minimum of the objective function. A numerical example of synthesizing facilities layouts is provided, assuming their location on different slopes of a depression. The results of the numerical experiment confirmed the possibility of using the method presented in the paper for automated search of optimal (close to optimal) layouts for facilities on rugged terrains.

Keywords: Facilities layouts; Rugged terrains; Automated optimization synthesis; Objective function; Differential evolution.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

И. М. Зуга (ПАО «ОНХП», Омск, Россия)
В. Г. Хомченко (Омский государственный технический университет, Омск, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

I. M. Zuga (PAO ONHP, Omsk, Russia),
V. G. Khomchenko (Omsk State Technical University, Omsk, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Стратегия пространственного развития Российской Федерации до 2025 года. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13 февраля 2019 г. № 207-р. URL: http://static.government.ru/media/files/UVAlqUtT08o60RktoOXl22JjAe7irNxc.pdf (дата обращения: 20.07.2024).
2. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года. Распоряжение от 9 июня 2020 г. № 1523-р Правительства РФ-2020. URL: http://government.ru/docs/all/128340/ (дата обращения: 20.07.2024).
3. Зуга И. М., Хомченко В. Г. Многокритериальная оптимизация схем расположения объектов производственных комплексов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2015. Т. 11, № 4. С. 30−35.
4. Зуга И. М., Хомченко В. Г., Кужель А. Н., Строев А. О. Математическая модель проектирования оптимизированных схем расположения производственных объектов на пересеченной местности // Омский научный вестник. 2018. № 4(160). С. 165−168.
5. Зуга И. М., Хомченко В. Г., Кужель А. Н., Строев А. О. Математическая модель оптимизации размещения производственных объектов на пересеченном рельефе при одноуровневом расположении горизонтальной части коммуникаций // Омский научный вестник. 2018. № 5(161). С. 147−151.
6. Zuga I. M., Khomchenko V. G. Computer Visualization and Computation Process Repeatability Research at Determinated Optimization Synthesis of Refineries Layout for Typical Design Cases // AIR Conference Proceedings 2007. 2018. V. 2007(1). DOI: 10.1063/1.5051961
7. Price K. V., Storn R. M., Lampinen J. A. Differential Evolution: A Practical Approach to Global Optimization. Leipzig: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. 539 p.
8. Storn R. Differential Evolution Design of an IIR-Filter // IEEE International Conference on Evolutionary Computation. 1996. P. 268–273.
9. Зуга И. М., Хомченко В. Г. Модифицированный метод дифференциальной эволюции в задаче оптимизации схем расположения объектов на генеральных планах нефтегазоперерабатывающих и химических предприятий // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2023. Т. 20, № 1. С. 27–34.
10. Кафаров В. В., Ветохин В. Н. Основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Наука, 1987. 623 с.
11. Хомченко В. Г., Зуга И. М., Кужель А. Н., Строев А. О. Локальная аппроксимация рельефа при детерминированных методах оптимизации схем размещения объектов производственных комплексов на пересеченной территории // Омский научный вестник. 2018. № 4(160). С. 161−165.
12. Зуга И. М., Хомченко В. Г. Методология учета запрещенных полигонов как дополнительных условий оптимизационного синтеза схем генеральных планов промышленных предприятий // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2023. Т. 20, № 12. С. 19–28.

Eng

1. Spatial development strategy of the Russian Federation until 2025. Retrieved from http://static.government.ru/media/files/UVAlqUtT08o60RktoOXl22JjAe7irNxc.pdf (Accessed: 20.07.2024). [in Russian language]
2. Energy strategy of the Russian Federation for the period until 2035. Retrieved from http://government.ru/docs/all/128340/ (Accessed: 20.07.2024). [in Russian language]
3. Zuga I. M., Homchenko V. G. (2015). Multicriteria optimization of layout diagrams for industrial complexes. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 11(4), 30 − 35. [in Russian language]
4. Zuga I. M., Homchenko V. G., Kuzhel' A. N., Stroev A. O. (2018). Mathematical model for designing optimized layouts of production facilities on rough terrain. Omskiy nauchniy vestnik, 160(4), 165 − 168. [in Russian language]
5. Zuga I. M., Homchenko V. G., Kuzhel' A. N., Stroev A. O. (2018). Mathematical model for optimizing the placement of production facilities on rugged terrain with a single-level arrangement of the horizontal part of communications. Omskiy nauchniy vestnik, 161(5), 147 − 151. [in Russian language]
6. Zuga I. M., Khomchenko V. G. (2018). Computer Visualization and Computation Process Repeatability Research at Determinated Optimization Synthesis of Refineries Layout for Typical Design Cases. AIR Conference Proceedings 2007, 2007(1). DOI: 10.1063/1.5051961
7. Price K. V., Storn R. M., Lampinen J. A. (2005).Differential Evolution: A Practical Approach to Global Optimization. Leipzig: Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
8. Storn R. (1996). Differential Evolution Design of an IIR-Filter. IEEE International Conference on Evolutionary Computation, 268 – 273.
9. Zuga I. M., Homchenko V. G. (2023). Modified method of differential evolution to optimize facilities layouts on master plot plans of oil and gas processing and chemical enterprises. Vestnik komp'yuternyh i informatsionnyh tekhnologiy, 20(1), 27 – 34. [in Russian language] DOI: 10.14489/vkit.2023.01.pp.027-034
10. Kafarov V. V., Vetohin V. N. (1987). Fundamentals of computer-aided design of chemical production. Moscow: Nauka. [in Russian language]
11. Homchenko V. G., Zuga I. M., Kuzhel' A. N., Stroev A. O. (2018). Local approximation of the relief using deterministic methods for optimizing schemes for placing objects of industrial complexes in rugged territory. Omskiy nauchniy vestnik, 160(4), 161 − 165. [in Russian language]
12. Zuga, I. M., Homchenko V. G. (2023). Methodology of accounting for illegal polygons as additional conditions for optimization synthesis of schemes of industrial enterprises’ master plot plans. Vestnik komp'yuternyh i informatsionnyh tekhnologiy, 20(12), 19 – 28. [in Russian language] DOI: 10.14489/vkit.2023.12.рр.019-028

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

DOI: 10.14489/vkit.2024.08.pp.011-020

Скопируйте DOI статьи и перейдите по ссылке https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-vestnik-kompyuternyh-i-informatsionnyh-tehnologiy

В комментарии к заказу обязательно укажите DOI статьи.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

DOI: 10.14489/vkit.2024.08.pp.011-020

Copy the article DOI and follow the link https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-vestnik-kompyuternyh-i-informatsionnyh-tehnologiy

Please specify the article DOI in the order comments.