Вдосконалення генетичного алгоритму автоматизованого призначення допусків на параметри елементів радіоелектронних пристроїв

Abstract

Дисертацію присвячено подальшому розвитку методичного та алгоритмічного забезпечення синтезу описів технічних об’єктів у системах автоматизації проектувальних робіт радіоелектронних пристроїв, зокрема призначення допусків на параметри елементів. Вдосконалено: генетичний алгоритм призначення допусків на параметри елементів радіоелектронних пристроїв з обмеженнями на немонотонні, багатопараметричні вихідні функції, який базується на поєднанні генетичного алгоритму з методом функції чутливості; модель розпаралелення генетичного алгоритму призначення допусків для локальної комп’ютерної мережі. Розроблено програмну систему автоматизованого призначення допусків радіоелектронних пристроїв. Основні результати роботи впроваджені на промислових підприємствах та використовуються для проектування радіоелектронних пристроїв, їх використано також у навчальному процесі та при проведенні науково-дослідних робіт. Диссертация посвящена дальнейшему развитию методического и алгоритмического обеспечения синтеза описаний технических объектов в системах автоматизации проектировочных работ, в частности назначения допусков на параметры элементов радиоэлектронных устройств. Усовершенствовано: генетический алгоритм назначения допусков на параметры элементов радиоэлектронных устройств с ограничениями на немонотонные, многопараметрические выходные функции, который базируется на объединении генетического алгоритма с методом функции чувствительности; модель распараллеливания генетического алгоритма назначения допусков для локальной компьютерной сети. Разработано программную систему автоматизированного назначения допусков радиоэлектронных устройств. Основные результаты работы внедрены на промышленных предприятиях, используются в учебном процессе и при проведении научно-исследовательских работ. The thesis is devoted to further improvement in methodical and algorithmical support of tolerance parametrical assignment on technical (electronic) devices during computer-aided design, and especially in radioelectronic devices with constraints on multiparameter, computationally hard nonmonotonous and polyextremal output functions with or without known analytical form of derivative tolerance allocation. New special embryology is provided to work out multiparameter tolerance synthesis problems for discrete and continues symmetrical and asymmetrical tolerance domains. Tolerance analysis was modified for genetic algorithm and is based on multivariant and sensitive tolerance analysis in conjunction with testing on intersection with known regions of operational uncapabilities of previously found genomes, thus time consumption was decreased. Method of coefficients was connected with genetic algorithm to decrease number of generated unsatisfactory decisions, thus decreasing possibility of evolution failures because of no variations in population, a new procedure of fitness evaluation was introduced in genetic algorithm because of strong constraints on tolerances; parameters of evolution were considered for time decreasing and stability improvement. Paralleling approaches of genetic algorithm computation for local computer network and cluster were studied to further decrease time of calculation. A new model of parallel genetic tolerance assignment algorithm was introduced for computer network, which is based on island model genetic algorithm, but use time-based synchronization with parallel migration and fitness calculation, thus taking into account varying time of fitness estimation for tolerance synthesis. For parallel cluster hardware (clusters of Glushkov Institute of Cybernetics NAS Ukraine were used) environment parallel genetic algorithm was studied and modified. Introduced algorithms and models can be used for computer aided asymmetrical and symmetrical tolerance assignment on parameters of radio-electronic devices (on antenna example), with given range of possible values of discrete tolerances or continuous tolerances, for minimizing price or maximizing target quality functions, maximizing tolerance domain volume. Based on developed methods the special software named GTOL for tolerance allocation on elements’ parameters of electronic devices (especially for vibrator antenna and SPICE modelled electrical circuits) was developed. The software works on single processor and multiprocessor computers and computer networks. The software can be used for real tasks and works with CAD systems (NEC, SPICE). The developed software gives much wider tolerance region then known analogues. The main scientific results of the work and developed program system were used by State Enterprise “Scientific and Production Complex “Iskra”” (Zaporizhzhya, Ukraine) for developing new and improving existed radio-electronic and antenna devices of radiolocation systems, for educational process of Zaporizhzhya National Technical University and for government-supported scientific research.