Лекция 1. Основные положения и задачи дисциплины «Основы оптимизации транспортной техники» Сведения о преподавателе и контактная информация Грузин Владимир Васильевич, профессор, д.т.н., профессор кафедры СДМ. Кафедра СДМ находится в 1-ом корпусе КарГТУ (г. Караганда, Б.Мира, 56), аудитория 232, заведующий кафедрой - аудитория 227-а, контактный телефон 56-59-32, доб. 2040 2 Трудоемкость дисциплины Дисциплина «Основы оптимизации транспортной техники» относится к циклу дисциплин по выбору и включает в себя 3 кредита (135 часов): • всего аудиторных – 90 часов, в том числе: • • • • лекции -30 часов; практические занятия – 15 часов; СРМП – 45 часов; самостоятельная работа студента – 45 часов. 3 Общая характеристика дисциплины Применение методологии проведения исследований, численных методов и алгоритмов оптимального проектирования и планирования производственных процессов позволяют принимать обоснованные решения при решении инженерных и организационноуправленческих задач. Учеными, исследователями и инженерно-техническими работниками был разработан целый ряд высокоэффективных алгоритмов, позволяющих найти оптимальные варианты конструкций различных техникотехнологических систем с помощью программноаппаратных средств. 4 Успешное решение оптимизационных задач зависит от квалификации и опыта лиц, принимающих те или иные решения, их осведомленности о методах оптимизации и умении выбирать наиболее эффективный метод поиска оптимального решения конкретной задачи с учетом ее особенностей. Цель дисциплины состоит в том, чтобы дать студентам в будущей их профессиональной деятельности необходимые теоретические знания и практические навыки по основам принятия оптимальных (рациональных) решений с помощью компьютерных систем прикладных задач, связанных: – с эффективным использованием транспортной техники как инженера-механика; – при проектировании и поиске технических параметров различных технико-технологических систем. 5 Задачи дисциплины. В изучаемой дисциплине рассматриваются два больших класса задач оптимального проектирования технических решений: – методы оптимизации, которые позволяют выбрать наилучший вариант конструкции из всех возможных вариантов; – задачи, связанные оптимизацией использования техники по назначению. Студенты должны: - иметь представление о возможностях использования теории оптимизации при решении практических задач связанных как с проектированием технических объектов, так и с эффективным их использованием; - уметь формулировать задачи оптимизации; - обосновывать выбор целевой функции и ограничений для сформулированной задачи; - уметь выбирать методы поиска экстремума целевых функций с учетом их вида и на их основе разрабатывать алгоритмы решения задач оптимизации. 6 Рекомендуемая литература для изучения дисциплины • • • • • • Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. - М.: Наука, 1981, - 488 с. Юдин Д.Б., Юдин А.Д. Число и мысль. Вып.8 (Математики измеряют сложность. - М.: Знание, 1985.192 с. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К.. Оптимизация в технике. - М.: "МИР", 1986, - 349 c., т. 1, 2. Абраменков Д.Э., Абраменков Э.А., Грузин В.В. Методология научного творчества. Учебник. – Караганда: Болашак-Баспа, 2007. – 338с Грузин В.В. Основы системного анализа. Учебное пособие. - Караганда, Болашак-Баспа, 2007. – 160с. Сухарев А.Г., Тимохов А.В., В.В. Курс методов оптимизации М: Наука, 1986.-328 с. 7 Рекомендуемая литература для изучения дисциплины • • • • • • Абакаров А. Ш., Сушков Ю. А. Статистическое исследование одного алгоритма глобальной оптимизации. — Труды ФОРА, 2004. Акулич И. Л. Математическое программирование в примерах и задачах: Учеб. пособие для студентов эконом. пец. вузов. — М.: Высшая школа, 1986. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. Пер. с англ. — М.: Мир, 1985. Гирсанов И. В. Лекции по математической теории экстремальных задач. — М.; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003. — 118 с. Жиглявский А. А., Жилинкас А. Г. Методы поиска глобального экстремума. — М.: Наука, Физматлит, 1991. Карманов В. Г. Математическое программирование. — Изд-во физ.-мат. литературы, 2004. 8 Рекомендуемая литература для изучения дисциплины • Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования М: Радио и связь, 1984.-248 с. • Э.Хог, Я.Арора. Прикладное оптимальное проектирование: Механические системы и конструкции: Пер. с англ.- М.: Мир 1983.- 478 с. • Применение математических методов ЭВМ. Вычислительные методы проектирования оптимальных конструкций/ А.Н. Останин, В.А. Гугля, Н.Н. Гурский и др.; Под. общей ред. А.Н. Останина.- Мн. Выш. шк., 1983.- 279 с. • Щуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ -М.: Мир, 1982.-235 с. • Юркевич Е.В. Введение в теорию информационных систем. – М.: Издательский дом «Технологии», 2004. – 164с. 9 Рекомендуемая литература для изучения дисциплины • Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: - М.: Высш. школа, 1980. - 311 с. • Кудрявцев Е.М. Исследование операций в задачах, алгоритмах и программах.- М: Радио и связь, 1984.- 184 с. • Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах.- М.: Высш. шк., 1986.- 319 с. • Р.Беллман, С.Дрейфус. Прикладные задачи динамического программирования: Пер. с англ.- М.: Наука, 1965.- 460 с. • Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. - М.: Радио исвязь, 1988.- 128 с. • Банди Б. Основы линейного программирования. - М.: Радио и связь, 1989.-176 с. 10 Дайте понятиям однозначное толкование, и Вы облегчите взаимопонимание. Р. Декарт 11 Термины и понятия Аспект - угол зрения, под которым рассматривается объект (предмет) исследования. База данных - поименованная, целостная, единая система данных, организованная по определенным правилам, которые предусматривают общие принципы описания, хранения и обработки данных. Гипотеза - научное предположение, выдвигаемое для объяснения какихлибо явлений. Готовность информации - возможность доступа к информации с использованием соответствующих информационных технологий всегда, когда в ней возникает необходимость. Задача технологии как науки – выявление физических, химических, механических и других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов. Знания (о предметной области) - вся совокупность полезной информации и процедур, которые можно к ней применить, чтобы произвести новую информацию о предметной области. Идея - определяющее положение в системе взглядов, теорий и т.п. 12 Информационная технология - система научных и инженерных знаний, а также методов и средств, которая используется для создания, сбора, передачи, хранения и обработки информации в предметной области. Категория - форма логического мышления, в которой раскрываются внутренние, существенные стороны и отношения исследуемых предметов. Качественный анализ – совокупность методов идентификации элементов. Важнейшие характеристики методов качества анализа: – специфичность, т.е. возможность обнаружения искомого элемента в присутствии примесей; – чувствительность – минимально определяемой количество идентифицируемого объекта. Количественный анализ – совокупность методов количественного определения содержания элементов и функциональных групп в анализируемом объекте. Количество (философская категория), выражающая внешнюю определенность объекта: его величину, число, объем, степень развития свойств и т.д.; изменение количественной определенности объекта, достигнув определенной меры, ведет к изменению качества. Концепция - система взглядов на что-либо, основная мысль, когда определяются цели и задачи исследования и указываются пути его видения. Метод: способ достижения какой-либо цели, решения конкретной задачи; совокупность приемов или операций практического или теоретического освоения (познания) действительности. 13 Метод исследования - способ применения старого знания для получения нового значения. Является орудием получения научных фактов. Методология - учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности. Методология научного познания - учение о принципах, формах и способах научно-исследовательской деятельности. Научное исследование - целенаправленное познание, результаты которого выступают в виде системы понятий, законов и теорий. Объект исследования - процесс или явление, порождающее проблемную ситуацию и избранное для изучения. Оптимизация (математика) — нахождения экстремума (минимума или максимума) целевой функции в некоторой области конечномерного векторного пространства. Предмет исследования - все то, что находится в границах объекта исследования в определенном аспекте рассмотрения. Признак (элемента системы) - необходимое, существенное, неотъемлемое свойство элемента системы. Принцип - основное, исходное положение какой-либо теории, учения, науки. Проблема - крупное обобщенное множество сформулированных научных вопросов, которые охватывают область будущих исследований. 14 Сведения – зарегистрированные сигналы. Данные (в предметной области) - представление сведений в формализованном виде, удобном для пересылки, сбора, хранения и обработки. Информация - любой вид конкретных сведений о предметах, фактах и понятиях предметной области, готовых для принятия решения. Информация: • обзорная - вторичная информация, содержащаяся в обзорах научных документов; • релевантная - информация, заключенная в описании прототипа научной задачи; • реферативная - вторичная информация, содержащаяся в первичных научных документах; • сигнальная - вторичная информация различной степени свертывания, выполняющая функцию предварительного оповещения; • справочная вторичная информация, представляющая собой систематизированные краткие сведения в какой-либо области знаний. Система – целое, составленное из частей множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенность, целостность, единство. Система - множество взаимосвязанных элементов, каждый из которых связан прямо или косвенно с каждым другим элементом, а два любые подмножества этого множества не могут быть независимыми не нарушая целостность, единство системы. 15