Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лабораторный практикум

.pdf
Скачиваний:
173
Добавлен:
18.03.2015
Размер:
18.97 Mб
Скачать

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

3. Для построения графика активационной функции, например радиальной базисной функции активации radbas, введем вторую строку в командное окно системы MATLAB:

plot(n, radbas (n))

инажимаем клавишу Enter на клавиатуре.

Вданном случае команда «plot» реализует построение графика функции активации в отдельном окне Figure 1 (рис. 10), «radbas» - радиальная базисная функция активации, n – заданный выше диапазон.

Рис. 10. График функции активации radbas в диапазоне от -2 до 4

4. Для построения графика другой активационной функции, например сигмоидальной (логистической) функции активации logsig, введем третью строку в командное окно системы MATLAB:

plot(n, logsig (n))

инажимаем клавишу Enter на клавиатуре.

Вданном случае команда «plot» реализует построение графика функции активации в отдельном окне Figure 2 (рис. 15), «logsig» – это сигмоидальная (логистическая) функция активации, n – заданный выше диапазон расчетов.

421

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

Рис. 11. График функции активации logsig в диапазоне от -2 до 4

5.Аналогичным образом осуществляется построение других функций активации (см. примеры, приведенные в пунктах 2-4). Результаты в виде графиков шести функций активации занести в отчет о выполненной работе.

6.Выполняем вторую часть задания лабораторного занятия. Для этого вводим с клавиатуры в командное окно системы MATLAB после знака >> (рис.8) массив (назовем этот массив «а»), состоящий из данных табл.1 по максимальным скоростям (км/ч) самолетов-истребителей вертикального взлета и посадки.

a= [900 1010 1800 1930];

инажимаем клавишу Enter.

7. Далее вводим искомую переменную b – среднее значение максимальной скорости самолетов-истребителей по заданному выше массиву максимальных скоростей летательных аппаратов. Для этого введем в командное окно (рис.12) вторую строку:

b = mean(a);

и нажимаем клавишу Enter.

8. Далее для вывода массива результатов расчета среднего значения скоростей самолетов-истребителей вводим в командное окно (рис.8) новую переменную m:

m = [b b b b];

и нажимаем клавишу Enter.

422

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

9.Создаем трехслойную нейронную сеть Элмана для чего введем следующую строку в рабочее окно Matlab:

net1 = newelm([0 1],[20 4 1],{'compet', 'softmax', 'purelin'},'traingda','learnsom','mse');

и нажимаем клавишу Enter.

Это позволяет решить задачу нахождения среднего значения максимальной скорости самолетов-истребителей вертикального взлета и посадки,

Вданном учебном примере освоения практических расчетов с помощью рекуррентных нейронных сетей нейронная сеть Элмана (она задана командой newelm) в первом слое содержит 20 нейронов и имеет функцию активации compet, второй слой – 4 нейрона и имеет функцию активации softmax и третий слой (выходной слой) – 1 нейрон с функцией активации purelin.

10.Далее задаем количество циклов обучения нейронной сети Элмана (в нашем примере – 100), для этого вводим в рабочее окно следующую строку:

net1.trainParam.epochs = 100;

и нажимаем клавишу Enter.

11. Вывод результатов обучения нейронной сети Элмана осуществляем в данном учебном примере через каждые 100 циклов, для этого введем в окно Matlab (рис.8) следующую строку:

net1.trainParam.show = 100;

и нажимаем клавишу Enter.

12. Далее нейронная сеть Элмана переобучается с помощью функции train (рис. 12). Запишем это действие в командном окне строчкой:

net1 = train(net1, a, m);

и нажимаем клавишу Enter.

После этого нейронная сеть Элмана автоматически строит график результатов обучения нейронной сети, показанный на рис. 12. Из приведенного рисунка видно, что нейронная сеть обучилась в нашем случае за 66 циклов (66 Epochs).

423

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

Рис. 12. Вывод результатов обучения нейронной сети Элмана

13. Далее осуществляем моделирование работы нейронной сети Элмана с помощью команды sim, для этого в рабочее окно MATLAB вводим строку:

p = sim(net1, a)

и нажимаем клавишу Enter.

После чего программа автоматически выводит массив средних значений скоростей анализируемого ряда самолетов p, состоящий в данном случае из среднего значения максимальных скоростей самолетов-истребителей вертикального взлета и посадки (рис. 13). Выражение p=1.0e+003 * 1.4100 обозначает, что средняя скорость p=1410 км/ч. , так как символ e требует перемещения запятой на три знака вправо. Для того, чтобы убедиться в этом можно ввести после значка «>>» (рис.18) команду round(p), которая преобразует значения массива p в целочисленные значения (рис. 14).

424

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

Рис. 13. Результат работы нейронной сети Элмана по расчету среднего значения максимальной скорости самолетов-истребителей вертикального взлета и посадки

Рис. 14. Преобразование результатов работы нейронной сети Элмана в целочисленный вид

Полученные результаты выполнения учебного примера по освоению методики работы нейронной сети Элмана рекомендуется занести в отчет.

425

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

14. Для определения результата расчета нейронной сети Элмана с другими функциями активации нейронов нужно изменить строку пункта 9 методики выполнения лабораторного занятия, указав другую (другие) функции активации нейронов, остальные строки методики выполнения лабораторного занятия остаются неизменными.

Для продолжения выполнения лабораторного занятия вначале необходимо очистить рабочее окно Matlab от информации предыдущего примера. Для этого в командном окне Matlab после значка «>>» (рис.14) написать слово clear, нажать клавишу Enter

иначинать вводить строки следующего этапа выполнения задания из пункта 6 методики выполнения лабораторного занятия

итак далее до пункта 14 методики.

Вотчет после выполнения каждого этапа задания каждый раз по аналогии с предыдущим примером необходимо вставлять фрагменты кодов (см. рис.13) создания нейронной сети, ее обучения и моделирования, а также графики обучения нейронной сети Элмана, с указанием количества циклов обучения нейронной сети.

На каждом новом этапе исследования функций активации нейронов можно изменять число нейронов в различных слоях нейронной сети Элмана, а также диапазон изменения значений функций активации (см. пункт 9 методики выполнения задания).

15. Оформить отчет о выполнении лабораторного занятия.

5.Контрольные вопросы

1.Какие нейронные сети средств искусственного интеллекта Вы знаете?

2.Для решения каких задач используют рекуррентные нейронные сети?

3.Как можно изобразить архитектуру рекуррентной нейронной сети Хопфилда или частично рекуррентной сети Элмана?

4.Какие команды в среде Matlab используют для создания нейронной сети Элмана (в командном окне)?

5.Какие функции активации нейронов Вы знаете?

6.Каким образом осуществить обучение искусственной нейронной сети в среде Matlab ?

426

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

6. Требования к отчету

Отчет должен содержать титульный лист, цель работы и фрагменты кодов, графики функций активации, а также графики обучения нейронной сети Элмана и выводы о проделанной работе.

7. Критерий оценки результатов

При подведении итоговой оценки рекомендуется руководствоваться следующими критериями: «отлично» – соответствует более 90% качественному усвоению учебного материала; «хорошо» – соответствует более 75% до 90% качественного усвоения учебного материала; «удовлетворительно» – соответствует более 50% до 75% качественного усвоения учебного материала при условии отсутствия ошибок в расчетах и обоснованиях.

В случае невыполнения перечисленных критериев или отсутствия на занятии студент должен пройти повторное выполнение лабораторного задания самостоятельно и представить новый вариант отчета к защите.

Список литературы

1.Селиванов С.Г., Гузаиров М.Б. Системотехника инновационной подготовки производства в машиностроении. – М.: Машиностроение. 2012. -568 с.

2.Рекуррентные сети и методы оптимизации проектных технологических процессов в АСТПП машиностроительных производств / Селиванов С. Г., Поезжалова С. Н., Бородкина О. А., Кузнецова К. С. // Вестник УГАТУ. 2011. Т.15, №5(45).

3.Медведев В. С., Потемкин В. Г. Нейронные сети: Matlab 6 /:

ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. 496 с.

4.Дьяконов В. П., Круглов В. В. MATLAB 6.5 SP1/7/7 SP2+Simulink 5/6. Инструменты искусственного интеллекта и биоинформатики. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2006. 456 с.

427

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

Лабораторное занятие № 5.5

Тема: Оптимизация директивных технологических процессов

на основе нейронной сети Элмана

Содержание

Введение 1.Теоретическая часть.

2.Описание используемых программных комплексов

3.Задание

4.Методика выполнения задания

5.Контрольные вопросы

6.Требования к отчету

7.Критерий оценки результатов

Список литературы

Введение

Объектами исследования являются автоматизированная система технической подготовки производства (АСТПП) и директивные технологические процессы для инновационного проектирования и технологического обеспечения конкурентоспособности новых изделий (инновационной продукции).

Предметом исследования являются методы матема-

тического моделирования и оптимизации директивных технологических процессов для инновационного проектирования.

Методы исследования – методы искусственного интеллекта созданные на базе искусственных нейронных сетей Элмана.

Цель исследования – оптимизация директивного техпроцесса для технологического обеспечения конкурентоспособности нового изделия и постановки его на производство.

Задачи исследования:

1.изучение методики разработки директивных технологических процессов;

2.многокритериальная оптимизация директивного технологического процесса изготовления деталей камер сгорания авиационного двигателя с помощью искусственной нейронной сети Элмана для инновационного проектирования.

428

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

1.Теоретическая часть

Комплекты документации директивных технологических процессов имеют другое назначение, чем документация перспективных ресурсосберегающих технологических процессов – они в рамках инновационных проектов призваны обеспечивать создание и постановку на производство новых конкурентоспособных изделий или техники новых поколений.

Впроцессе проектирования директивных технологических процессов1 технолог имеет две основные возможности: либо рецептурно улучшать технологический процесс путем выбора того или иного варианта операций, методов обработки или сборки, средств технологического оснащения, либо использовать методы системотехнического проектирования на основе математического моделирования и оптимизации проектно-технологических решений, руководствуясь различными критериями.

Для обеспечения конкурентоспособности новых изделий на этапах и стадиях НИОКР и опытно-технологических работ необходимо рассматривать соотношение двух групп критериев:

качества изделия, показателями которого являются параметры технического уровня, величины трудоемкости и

цены изделия, показателями которой являются параметры затрат, капиталовложений и рисков инвестиционных проектов.

Врамках данного исследования предложено рассматривать

вкачестве главных критериев оптимизации директивных технологических процессов:

наивысшие значения параметров технического уровня новых изделий, которые обеспечивают директивные технологические процессы, а также

наименьшую трудоемкость обработки или сборки,

минимальные затраты и

наименьший риск (в первую очередь от брака при внедрении новой технологии).

1 Рекуррентные сети и методы оптимизации проектных технологических процессов в АСТПП машиностроительных производств / Селиванов С. Г., Поезжалова С. Н., Бородкина О. А., Кузнецова К. С. // Вестник УГАТУ. 2011. Т.15, №5(45).

429

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

Для осуществления многокритериальной оптимизации директивных технологических процессов по описанным выше критериям используется программная среда Matlab и пакет Neural Network. Для поставленной задачи применяется гибридная сеть в виде рекуррентной сети Элмана с элементами нечеткой логики. Разработанный программный продукт содержит две основные части для определения оптимального директивного технологического процесса.

Первая часть критериев определяется по параметрам технического уровня изделия, которые можно представить в виде 3 лингвистических переменных, учитывающих влияние новой (директивной) технологии на улучшение главных параметров технического уровня изделия:

a)технологии, которые не влияют на технический уровень изделия, например, на величину тяги двигателя, ресурса, надежности и т.п.,

b)технологии, оказывающие слабое влияние на технический уровень изделия, и

c)технологии, которые оказывают сильное влияние на технический уровень изделия.

Принятый в исследовании способ определения названных

критериев оптимизации предполагает использование методов нечеткой логики, которые широко применяют в теории искусственного интеллекта. Максимальные значения таких параметров качества изделия позволяют определить приоритет технологий его изготовления при выборе способов или методов обработки (сборки) для обеспечения конкурентоспособности, в данном случае, авиационного двигателя.

Вторая часть критериев программного продукта содержит численные оценки, что позволяет использовать для многокритериальной оптимизации искусственные нейронные сети. В данном случае предложено использовать нейронную сеть Элмана, которая характеризуется частичной рекуррентностью в форме обратной связи между скрытым и входным слоем, реали-

зуемой с помощью единичных

элементов

запаздывания.

Обобщенная структура

этой сети представлена на

рис. 1. Каждый

скрытый нейрон имеет

свой аналог в кон-

текстном слое,

образующем совместно

с внешними входами

430