7.1.4. Экспериментальная оптимизация

Этот метод оптимизации проводится на реальном изделии, макете или физической модели. В отличие от теоретической оптимизации здесь неизвестен конкретный вид зависимостей, формирующих множество допустимых значений параметров и условий функций.

При проведении экспериментальной оптимизации (ЭО) необходимо различать два случая:

• случай полной информированности о целевой функции (ЦФ) и параметрах, когда их значения непосредственно измеряют при эксперименте;

• случай непрямых измерений, когда значения целевой функции и параметров вычисляют по результатам эксперимента.

Процесс экспериментальной оптимизации ПОС включает следующие процедуры:

• изучение объекта;

• выбор критерия оптимизации, номенклатуры существенных параметров изделия, установление ограничений на область допустимых значений параметров;

• разработка, изготовление и отладка экспериментальной установки;

• выбор критерия оптимизации экспериментального плана, определение ограничений на выбор экспериментального плана;

• составление плана эксперимента;

• проведение эксперимента;

• анализ результатов и обработка данных эксперимента;

• корректировка плана, проведение эксперимента и повторные эксперименты по скорректированному плану;

• принятие решения и формирование рекомендаций.

При проведении экспериментальной оптимизации экспериментальные работы осуществляют на основе математической теории планирования эксперимента.

7.1.5. Методы прогнозирования при оптимизации

Прогнозирование (П) при оптимизации производится для определения будущей ситуации с целью оптимизации принимаемых решений.

Требования к результатам прогноза зависят от того, для принятия каких решений они используются. Наиболее жесткие требования к результатам прогноза предъявляют при установлении параметров объектов, записываемых в конструкторской, технологической, нормативной и технической документации, так как потери вследствие неоптимальности значений этих параметров обычно превышают потери вследствие неоптимальности других решений при стандартизации (например, потери вследствие ошибок прогноза при планировании уровня качества).

Сочетание прогнозирования исходной информации с оптимизацией параметров объектов стандартизации позволяет повысить точность установления будущих ПОС.

Разработку нового объекта рассматривают как процесс прогнозирования (обоснования) ПОС.

Для оптимизации ПОС будущих объектов необходимо в общем случае прогнозировать следующие исходные данные: эффекты, затраты, ограничения, описывающие научно-технические возможности и ограничения в виде неравенств на производственные, финансовые и кадровые возможности.

Прогнозирование исходной информации для оптимизации ПОС и самих параметров производят одним из следующих методов:

- изготовлением и испытанием макетов и экспериментальных образцов, а также физическим моделированием (особенно при прогнозировании технических возможностей);

- составлением по известным законам природы и общества причинно-следственных математических моделей, и оценкой параметров этих моделей по предыстории;

- сопоставление эмпирических зависимостей по статистике, предыстории и экстраполяции на будущее;

- использование эвристических методов.

Прогнозирование научно-технических возможностей заключается в определении связей между ПОС для будущего времени. Эти связи являются функциями уровня научно-технического прогресса и времени. Разработка единой методики прогнозирования ПОС невозможна вследствие того, что прогнозирование зависит от области науки и техники, используемых для изучения и расчета параметров будущего объекта. Рассмотрим в качестве примера современные пожарные автомобили (ПА). Отечественные ПА должны быть конкурентоспособными в отношении зарубежных аналогов, то есть существует проблема обеспечения соответствующего качественного уровня ПА. Для этого необходимо проведение работ по модернизации и структурной реконструкции парка ПА в стране. Одним из ключевых этапов этих работ является количественная оценка качества многочисленных моделей и модификаций ПА, предлагаемых потребителю. На основе результатов оценки при необходимости повышения качества ПА потребуется использование методики прогнозирования ПОС, что является довольно затруднительным вследствие сложности объекта рассмотрения. Пожарный автомобиль - многофункциональная система: он является и участником дорожного движения, и техническим средством спасения, и активным средством тушения.

В техническом отношение ПА должен отвечать функциональному назначению и иметь требуемые параметры (мощности, скорости, запаса огнетушащих веществ, подачи, высоты подъема и т.п.), обладая при этом необходимой надежностью.

Обеспечить оптимальное значение всех этих параметров невозможно. Процесс проектирования, по сути, есть процесс поиска альтернативных (компромиссных) решений. Чтобы наметить основные тенденции совершенствования наиболее важных параметров отечественных ПА, следует определить приоритетность и значимость параметров и показателей, характеризующих качество ПА. Накопленный опыт и экспериментальные исследования, а также требования пожарной охраны страны к поступающим на вооружение ПА позволили определить наиболее приоритетные показатели качества как для всех ПА в целом, так и для наиболее востребованного типа ПА - пожарной автоцистерны (табл. 5).

Таблица 5