Анимационное представление автоматизированных производственных систем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 519.876.5 В. А. Полетаев, В. В. Зиновьев, А. Н. Стародубов

АНИМАЦИОННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ (АПС)

Анимация АПС - это отображение динамики работы оборудования на компьютерной мнемосхеме технологического процесса, формируемое имитационной моделью процесса. Анимация АПС предоставляет пользователю ряд возможностей:

- проверить адекватность модели объекту в деталях и в целом;

- выявить трудноуловимые ошибки имитационного моделирования;

- доказать заказчику правильность работы имитационной модели;

- просмотреть различные ситуации для непрограммирующего пользователя.

Наиболее распространен комплекс специализированного языка имитации GPSS\H и языка компьютерной анимации PROOF Animation [30]. Для создания анимационных моделей автоматизированных производственных систем предлагается использовать язык компьютерной анимации Proof Animation.

Рroof Аnimation это векторно-основанная, управляемая из файла система анимации. Она состоит из:

- CAD - подобной возможности рисунка для создания графических элементов;

- набора команд анимации и способности обрабатывать сгенерированные программой последовательности этих команд;

- набора команд управления графическими

элементами и способности ручного редактирования последовательности этих команд.

Простые инструкции языка Proof Animation сводятся к заданию времени и конечных точек перемещения объектов, имитирующих детали и оборудование АПС.

Мнемосхема автоматизированного производства представляет собой комбинацию графических элементов - статических и динамических. Статические элементы не изменяются во время анимации. Их конструируют с помощью линий, дуг, прямоугольников, окружностей. Возможны выбор цвета, ширины и типа линии; просмотр размеров и ориентации объекта; изображение кривой любой формы. На статический фон можно добавить текст с выбором цвета, шрифта и размера. Части экрана могут копироваться либо передвигаться.

При моделировании технологий примерами статических элементов могут быть контуры цеха, рельсовый путь, таблицы, текстовые надписи и т.д., а динамических - транспортные средства, станки, промышленные роботы, надписи, выводящие статистические данные работы системы на экран компьютера.

Динамические элементы - это графические объекты, которые могут передвигаться по экрану. Над объектами можно выполнять следующие операции: создавать, уничтожать, помещать в коор-

Рис. 1. Статические элементы анимации

Информационные технологии

103

динатную сетку, изменять цвет и форму, перемещать от одной точки к другой, изменять скорость перемещения, вращать и т.д.

Создадим анимацию АПС на основе крана-штабелера. Для построения модели войдем в Proof Animation путем загрузки файла spa.exe. Выберем в верхнем меню пункт Mode, а в нем режим Draw Mode. С помощью набора команд Proof Animation нарисуем статические элементы (рис. 1): станки, основания манипуляторов, склады заготовок и готовой продукции, склад для крана-штабелёра, рольганги, необходимый текст.

В режиме Class Mode выберем опцию «New class» и нарисуем динамические объекты - заготовку (под именем SAG), манипулятор (MAN) и кран-штабелёр (STABEL).

Сохраним файл разметки как MODAPS.lay и выйдем из Proof Animation.

В имитационной модели вставим необходимые блоки. Запустим файл GPSS.exe. В результате создастся файл трассировки с тем же именем, но имеющий расширение *.atf. Фрагмент этого файла приведен ниже:

TIME 0.0 CREATE SAG 1 PLACE 1 AT 85 29 MOVE R 3 85 31 TIME 13.1 MOVE R 3 27 31 TIME 13.1

PLACE 1 AT 24 36.6 ROTATE M1 TO -90 TIME 42.4

END

Запустим анимацию, выбрав файл spa.exe и

нажав клавишу <Enter>, при этом файл управления графическими объектами и сам файл графических объектов должны быть в одной траектории. Выведем на экран анимационную модель технологии путем входа с помощью мыши в пункт “File” верхнего горизонтального меню, подпункт “Open Layout&Trace”. В появившемся вертикальном меню выберем пункт MODAPS путем нажатия на нем клавиши мыши. В режиме "RUN" командой "Go" запустим программу на выполнение.

На рис. 2. представлен фрагмент анимации АПС на основе крана-штабелера.

На анимационной модели движущимся объектом является заготовка, манипуляторы и кран-штабелёр. Они появляются с началом моделирования. Кран-штабелёр перемещает заготовку к очередному рабочему месту, перекладывает её на рольганг. Далее манипулятор устанавливает её на станок, а после обработки - снимает с него и кладёт обратно на рольганг. Затем кран-штабелёр снова перемещает её к следующему рабочему месту. После обработки заготовки складируются на складе готовой продукции, а количество сделанных червяков увеличивается на единицу.

Движение заготовки в Proof Animation можно реализовать с помощью оператора MOVE (неуправляемое движение) или PATH (управляемое движение). В рассматриваемой АПС, где заготовка движется по прямолинейной траектории от точки к точке, проще использовать оператор MOVE, так как нарисовать все возможные перемещения крана-штабелёра в режиме PATH на анимации очень сложно и не рационально. К тому же это усложняет имитационную модель ненужными блоками.

Во время просмотра анимации в верхней

Рис. 2. Фрагмент анимации АПС на основе крана-штабелера

строке экрана Proof Animation указываются: текущее время имитации (Time), скорость анимации (Speed), ускорение (Faster) или замедление (Slower) анимации, остановка изображения

(Pause), пуск движущегося изображения (Go), выбор размера, расположения и участка изображения (View), выбор файлов технологических процессов (File), выбор режимов анимации (Mode), запуск движения изображения (Go).

Для того чтобы анимация создавалась имитационной моделью необходимо внедрить команды Proof Animation в модель GPSS/H. Управляющим оператором и блоком, создающим линии файла трассировки, являются оператор PUTPIC и блок BPUTPIC.

Формат:

PUTPIC opt,... , (list)

BPUTPIC opt,... , (list) где opt - опция, а list - список чисел, числовых выражений, переменных, стандартных числовых атрибутов, которые GPSS/H записывает во внешний файл (файл .atf).

Опции, связанные с оператором PUTPIC и блоком BPUTPIC:

FILE=log

LINES=unt

где log - логическое имя внешнего файла, в который будут записываться данные (по умолчанию данные будут выводиться на экран), а unt - число строк отображаемых после блока BPUTPIC.

Для создания GPSS/H-моделью файла управления анимацией, сначала его необходимо связать с логическим именем, которое будет использо-

ваться в GPSS/H-программе. Для такой связи используется специальный оператор FILEDEF. Формат оператора FILEDEF:

LOG FILEDEF 'NAME' где NAME - имя .atf-файла, а LOG - логическое имя файла.

Например,

ATF FILEDEF "MODAPS.ATF"

BPUTPIC FILE=ATF,LINES=3, АС1 TIME *.**

CREATE MAN M1 PLACE Ml AT 25 48

В приведенном примере файл «MODAPS.ATF» будет автоматически создан в текущей директории, связан с логическим именем «ATF» и в него будут записаны три строки, расположенные ниже блока BPUTPIC. При этом вместо звездочек (*.**) запишется значение текущего времени моделирования (значение стандартного числового атрибута АС1). На анимации будет видно, что в текущее значение времени появится объект MAN и поместится в точку с координатами x = 25, у = 48.

Для записи в файл управления команды END используется управляющий оператор PUTPIC: PUTPIC FILE=ATF END

Такая запись обязательна, она используется для завершения анимации и обычно записывается после оператора START.

Рассмотренный подход позволяет повысить эффективность процесса проектирования АПС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кельтон, В. Имитационное моделирование. Классика CS / В. Кельтон, А. Лоу. - 3-е изд. - СПб.: Питер; Киев: Издательская группа БИУ, 2004. - 847 с.

2. Томашевский, В. Имитационное моделирование в среде GPSS: учеб. пособие / В. Томашевский, Е. Жданова. - М.: Бестселлер, 2003. - 312 с.

3. Шрайбер, Т. Моделирование на GPSS: учеб. пособие. - М.: Машиностроение, 1980. - 593 с.

□ Авторы статьи:

Полетаев Вадим Алексеевич

- докт. техн. наук, зав. каф. информационных и автоматизированных производственных систем КузГТУ.

Тел. 8(3842)39-69-44. E-mail: pva@kuzstu.ru

Зиновьев Василий Валентинович

- канд. техн. наук, доцент каф. информационных и автоматизированных производственных систем КузГТУ.Тел. 8(3842)36-82-02 E-mail: z_v_v@pambler.ru

Стародубов Алексей Николаевич

- аспирант каф. информационных и автоматизированных производственных систем КузГТУ. Тел. 8(3842)36-47-21 Email:staraleksei@rambler.ru