Оптимизация сечения железобетонной балки с использованием генетического алгоритма

Abstract

RU: Цель. В строительной отрасли при проектировании элементов конструкции главной задачей является снижение себестоимости конструкции и обеспечении ее прочности. Одним из путей решения этой проблемы является использование эволюционных методов. Цель статьи: исследовать методы, на основе которых проводится проектирование программного продукта для оптимизации параметров поперечного сечения железобетонной балки. Кроме того, автором проводится анализ стратегии для реализации программного продукта и оценивается допустимость применения разработанной методики к проектируемому объекту.

Методика. Основная задача исследования заключается в построении математической модели оптимизации поперечного сечения балок. Автор приводит сравнение возможных методов решения поставленной задачи. В статье дается описание исследования функций генетического алгоритма. Кроме того, описаны функции приспособленности, мутации и формирования нового поколения. Разработанная методика реализована в программном продукте. Результаты. На основе генетического алгоритма разработан метод оптимизации элемента конструкции. Проведены расчеты в созданном программном продукте и выполнено сравнение полученных результатов с результатами расчетов по своду правил. Результаты исследования показали эффективность использования генетического алгоритма для оптимизации параметров поперечного сечения железобетонной балки. При небольшом количестве параметров результат становится известным за небольшое количество времени. Для решения подобной задачи методом полного перебора потребовалось бы на порядок больше времени.

Научная новизна. Поиск оптимального решения из множества возможных решений улучшается при применении эволюционных методов. Генетические алгоритмы являются удачным решением многокритериальных задач. Многие методы, например метод градиентного спуска, останавливаются при достижении локального решения, а генетический алгоритм дает глобальное решение задач без остановки на локальных решениях. Это главное преимущество метода.

Практическая значимость. Рассмотренная в статье эволюционная процедура и ее программная реализация дают возможность осуществлять оптимизацию параметров поперечного сечения железобетонных балок. Приведенные в статье сведения дают общее представление о применении генетического алгоритма в оптимизации параметров поперечного сечения балок.

UK: Мета. В будівельній галузі при проектуванні елементів конструкції головним завданням є зниження собівартості конструкції та забезпечення її міцності. Одним із шляхів вирішення цієї проблеми є використання еволюційних методів. Мета статті: дослідити методи, за допомогою яких проводиться проектування програмного продукту для оптимізації параметрів поперечного перерізу залізобетонної балки. Крім того, автором виконується аналіз стратегії для реалізації програмного продукту і дається оцінка допустимості застосування розробленої методики до об’єкту проектування.

Методика. Основна задача дослідження полягає в побудова математичної моделі для оптимізації параметрів перетину. Автор наводить порівняння можливих методів вирішення поставленої задачі. У статті дається опис дослідження функцій генетичного алгоритму. Також наведені функції пристосованості, мутації і формування нового покоління. Розроблена методика реалізована в програмному продукті. Результати. На основі генетичного алгоритму розроблено метод оптимізації елементу конструкції. Проведено розрахунки в розробленому програмному продукті і виконано порівняння отриманих результатів з результатами розрахунків по зведенню правил. Результати дослідження показали ефективність використання генетичного алгоритму для оптимізації параметрів перетину залізобетонної балки. При невеликій кількості параметрів, результат стає відомим за невелику кількість часу. Для вирішування подібної задачі методом повного перебору потреба часу буде на порядок вище.

Наукова новизна. Пошук оптимального рішення з безлічі можливих рішень поліпшується при застосуванні еволюційних методів. Генетичні алгоритми є вдалим рішенням багатокритеріальних задач. Багато методів, наприклад як метод градієнтного спуску, зупиняються при досягненні локального рішення, а генетичний алгоритм надає глобальне рішення задач без зупинки на локальних рішеннях. Це головне перевага методу.

Практична значимість. Розглянута в статті еволюційна процедура і її програмна реалізація дають можливість здійснювати оптимізацію параметрів перетину залізобетонних балок. Наведені у статті знання дають загальне уявлення про застосування генетичного алгоритму в оптимізації параметрів перерізу балки

EN: Purpose. In the construction industry in the design of structural elements of the main task is to reduce the cost of construction and ensuring its strength. One solution to this problem is the use of evolutionary methods. The purpose of this article is to explore the methods on the basis of which is the design of software for optimization of cross-section of the reinforced concrete beam. In addition, the author analyzes the strategies for the implementation of the software and evaluated the admissibility of the application of the developed method to the projected object. Methodology. The main objective of the study is to build mathematical optimization model cross-section beams. The author gives a comparison of possible methods of solving the task. The article describes the study of the functions of the genetic algorithm. Also are described fitness function, mutations and formation of a new generation. The developed method is implemented in a software product. Findings. On the basis of genetic algorithm been developed optimization method structural element. The calculations in created software product and compared the results with the results of calculations on a set of rules. The results showed the effectiveness of using genetic algorithm to optimize the parameters of the cross-section of a reinforced concrete beam. With a small number of parameters, the results become known for the small amount of time. To solve such a problem full brute force would take significantly more time. Originality. Search for the best solutions from the set of possible solutions is improved by the application of evolutionary methods. Genetic algorithms are a good solution to the task multicriteria. Many methods, such as method gradient descent, stops when reaching a local solution, and genetic algorithm provides a global solution to the task, not stopping on local solutions. This is the main advantage of the method. Practical value. Considered in the article evolutionary process and its software implementation provide an opportunity to carry out the optimization the parameters of the cross section of reinforced concrete beams. In article gives an overview of information on the use of genetic algorithm to optimize the parameters a cross-section of the beams