CC BY
50
УДК 621.391
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИНТЕЗА ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ В УСЛОВИЯХ НЕЧЕТКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ АСТПП
Лавлинский Валерий Викторович к.т.н., доцент
Воронежская государственная лесотехническая академия, Воронеж, Россия
Обручникова Екатерина Евгеньевна аспирант
Сербулов Юрий Стефанович д.т.н., профессор
Воронежский институт высоких технологий, Воронеж, Россия
В статье рассматривается один из подходов информационного обеспечения синтеза виртуальной реальности в условиях нечеткого представления контролируемых параметров. Особенностью подхода является возможность разработки объектов виртуальной реальности на основе правил логического вывода с использованием алгоритма Мамда-ни
Ключевые слова: ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА, СИНТЕЗ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ, УСЛОВИЯ НЕЧЕТКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
UDC 621.391
DATAWARE OF THE SYNTHESES OF VIRTUAL REALITY IN CONDITION OF THE ILL-DEFINED PRESENTATION CONTROLLED PARAMETER WHEN DESIGNING INFORMATION OBJECT FOR AUTOMATIC SYSTEMS OF TECHNOLOGICAL PREPARATION OF PRODUCTION
Lavlinskiy Valeriy Viktorovich Cand.Tech.Sci., assistant professor Voronezh State Academy of Forestry and Technologies
Obruchnikova Ekaterina Evgenjevna postgraduate student
Serbulov Yuriy Stefanjvich,
Dr.Tech.Sci., professor
Voronezh institute of high technologies, Voronezh, Russia
In the article, we considered one of the approaches of the dataware of the syntheses to virtual reality in condition of the ill-defined presentation controlled parameters. Particularity of the approach is a possibility of processing of object of virtual reality on the base of the rules of the inference with use of the algorithm of Mamdani
Keywords: DATAWARE, DESIGNING, AUTOMATION OF SYSTEMS OF TECHNOLOGICAL PREPARATION OF PRODUCTION, SYNTHESES OF VIRTUAL REALITY, CONDITION OF THE ILL-DEFINED PRESENTATION VALUES
В настоящее время при формировании автоматизированных систем управления технологическими процессам используется метод проведения эксперимента по изготовлению какого-либо изделия. Так в работе [1] предложена параметрическая схема такого подхода. Однако, имеющиеся современные компьютерные технологии позволяют расширить процесс проектирования информационных объектов автоматизации для систем технологической подготовки производства (АСТПП).
Один из методов проектирования информационных объектов автоматизации для систем технологической подготовки производства основан на синтезе виртуальной реальности. Ввиду этого, предлагается следующий метод формирования виртуальной реальности, с использованием объектноориентированного подхода для программирования свойств отдельных информационных объектов автоматизации для систем технологической подготовки производства в виде компонентов, учитывающих условия нечеткого представления контролируемых параметров на примере хлебопекарного производства.
В данной статье предлагается следующий метод, который заключается в следующем: исходя из того, что в работе [1] имеется описание формального метода и процедур в хлебопекарном производстве и представленного на рис. 1, формируется сам технологический процесс хлебопекарного производства, представленный на рис.2 [2].
Далее каждый отдельный этап технологического процесса формируется в виде компонента (например, компонент «мука»), представленного на рис. 3.
Сначала формируется внешний вид полностью заполненного «мукой» компонента (рис.4) в среде 3DMAX, а затем он сохраняется в виде VRML кода (файл muka_0.vrl) и передается в SIMULINK среды MATLAB с использованием Virtual Reality Toolbox компонента VR Sink.
Г. С !
I I
/,11 I I
, I 116
/ !2?
НА РАССТОЙКУ
ненты теста
'Гг
priu. дЛ ■■■
L-.4 -b.-- b.iSi
Рис. 2. Технологический процесс хлебопекарного производства Для этого файл muka_0.vrl загружается в главное окно (main) V-Realm Builder 2.0 и формируется фрейм начального и конечного состояния компонента «мука».
ГХ „ х
7
П 1^3
Рис. 3. Формирование компонента «мука» в виде графического объ-
екта
2
Рис.4. Внешний вид полностью заполненного «мукой» компонента
Рис.5,а - Формирование фрейма начального и конечного состояния компонента «мука» в V-Realm Builder 2.0 (вид компонента полностью заполненного мукой)
Рис.5,б - Формирование фрейма начального и конечного состояния компонента «мука» в V-Realm Builder 2.0 (вид компонента с частично используемой мукой).
ф File Edit View Nodes Libraries Manipulators Mode Window Help _____________________ E0[*
1-Ій a Мл? I j]______________________________________________________________
ПГ al»l»lttl BIT _JJ_| r#*l _J Гш fflio o п и
ZoomOut_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Translation і X: -8.0865 Yi -36.5332 Z: -172.4039 PICK Speed: 5 ' 12:32 PM
Рис.5,в - Формирование фрейма начального и конечного состояния компонента «мука» в V-Realm Builder 2.0 (вид компонента с полностью используемой мукой).
Исходя из того, что сила муки характеризует реологические свойства теста, такие как упругость, пластичность, эластичность, вязкость, которые в каждом отдельном случае выполнения технологического процесса могут варьироваться.
Основываясь на работу [1] один из основных показателей «силы муки» - качество клейковины. Оно характеризуется уровнями «силы» клейковины, ее цветом, растяжимостью и эластичностью. Так при производстве изделий из муки с «сильной» и «очень сильной» клейковиной применяют такие приемы, которые направлены на увеличение набухания клейковины и интенсификацию кислотонакопления: время замеса - увеличить; время брожения - увеличить; температуру теста - увеличить; режимы расстойки - увеличить; режимы выпечки не оказывают значительного влияния.
При выработке изделий из «слабой» и «очень слабой» муки, необходимо применять приемы, способствующие торможению ферментных процессов и все указанные ранее режимы уменьшить.
В связи с этим, в работе [1] принимается изменение режимов технологического процесса в виде уровней с лингвистическим описанием действий: «увеличить», «норма», «уменьшить». Тем не менее, данный метод имеет недостаток, который позволяет управлять изменениями режимов технологического процесса только лишь в ходе самого процесса, и исключает возможность автоматизации систем технологической подготовки производства для проектируемых объектов.
Рассматриваемое в данной статье информационное обеспечение синтеза виртуальной реальности при проектировании информационных объектов АСТПП основано на создании и использовании компонентов виртуальной реальности, отражающих связи и параметры, контролируемые и учитываемые уже в процессе проектирования такого рода объектов [2-4]. Это позволяет более гибко и с наименьшими производственными затратами при автоматизации систем технологической подготовки производства достигать поставленной цели в виде конечной продукции с требуемыми параметрами её оценки.
Поэтому информационное обеспечение синтеза виртуальной реальности при проектировании компонент АСТПП должны отражать отдельные свойства используемых компонентов для каждого процесса в отдельности и соответствовать реальным системам технологической подготовки в их физической реализации. Для построения такого рода процессов каждый компонент системы технологической подготовки производства по отдельности должен иметь набор свойств, присущих данному компоненту изделия. Взаимодействие собранных компонентов технологического процесса и будет определять его поведение, что в целом позволит разработать так называемую виртуальную реальность, используемую при проектировании
С этой целью на языке VRML описываются свойства компонента (на примере «мука» рис.6) и используется аппарат нечеткой логики Fuzzy Logic с алгоритмом Мамдани (рис.7).
Parameters: VR Sink
.ЦЭЦЗи!
VR Sink
VWites Simulink values to virtual world node fields. Fields to be written are marked by checkboxes in the tree view. Every marked field corresponds to an input port of the block.
World properties Source file
VRML Tree
W Show node types W Show field types
|d: Vnuka_0.wri View
Output
W Open VRML Viewer automatically I- Allow viewing from the Internet Description:
Block properties Sample time (-1 for inherit):
► ROOT
El- ► groupOl (Transform)
X addChildren (MFNode)
X removeChildren (MFNode) center (SFVec3f)
PI rotation (SFRotation)
0 scale (SFVec3f)
0 scaleOrientation (SFRotation) 0 translation (SFVec3f)
0
0 bboxSize (SFVec3f)
E) ► children (MFNcde)
► Cylinder03 (Transform)
► Cylinder02 (Transform)
► ConeOI (Transform)
£)• ► CylinderOI (Transform)
B- ► AniGroup-1-TIMER (TimeSensor)
<l : rn .................... '
Help
Рис.6. Описание свойств компонента «мука» в виде дерева для языка УЯМЬ среды МАТЪАВ
Рис.7. Аппарат нечеткой логики Fuzzy Logic с алгоритмом Мамдани
Таким образом, первым шагом реализации метода виртуальной реальности заключается в определении свойств каждого компонента в отдельности в виде функций принадлежности, используемых в Fuzzy Logic.
Каждый отдельный создаваемый компонент с использованием кода описывает характеристики и поведение определенного элемента АСТПП, которое предлагается оценивать различными для него уровнями. Под уровнем «увеличить» («уменьшить»), также как и в работе [1] предлагается понимать некоторое увеличение (уменьшение) того или иного технологического режима в рамках, не выходящих за пределы, которые определены требованиями технологии.
Из описанных свойств компонентов предлагается формировать объекты, а затем управлять этими объектами, давая указания к выполнению тех или иных действий, формируя виртуальную реальность. Таким образом, действия, выполняемые объектами, будут отражать поведение процессов при автоматизации систем технологической подготовки производства для условий нечеткого представления контролируемых параметров в ходе выполнения этих процессов.
Например, имея определенные свойства муки, можно оценивать силу клейковины. Её предлагается оценивать с помощью функций принадлежности определяющих лингвистическую переменную «клейковина»: mf1 -«слабая», mf2 - «сильная», mf3 - «очень сильная». Эти функции определяют входные переменные для input1, которые представлены на рис.8.
Входная величина input2 характеризует лингвистическую переменную «время замеса» и представлена на рис.9 в виде функций принадлежности: mf1 - «малое», mf2 - «нормальное», mf3 - «большое».
Входная величина input3 характеризует лингвистическую переменную «процесс брожения» и представлена на рис.10 в виде функций принадлежности: mf1 - «быстрый», mf2 - «нормальный», mf3 - «медленный»,
что соответствует в работе [1] показателю «время брожения»: «малое», «среднее», «большое».
Рис.8. Вид функций принадлежности для входной переменной «сила
муки»
Рис.9. Входная величина іир^2, характеризующая лингвистическую переменную «время замеса»
Входная величина іир^4 характеризует лингвистическую переменную «температурный режим» и представлена на рис.11 в виде функций принадлежности: шА - «плавный», mf2 - «нормальный», тВ - «резкий»,
что соответствует в работе [1] показателю «температура теста»: «низкая», «средняя», «высокая».
Я Membership Function Editor provertca parametrovl iQ ^ |и!^иГ
File Edit View
FIS Variables Membership function plots P*0* P°ints: I iiT
Current Variable Name input3 Type input Range |(01) Current Membership Function (click on MF to select) Name |mf1 тУРе I pimf Params | [-0 000215 0 157 0 231 0 6257]
Display Range | [0 1 ] Help I Close
Selected variable "input3"
Рис.10. Входная величина input3, характеризующая лингвистическую переменную «процесс брожения»
Я Membership Function Editor; proverka parametrovl [ сэ | GU
File Edit View
FIS Variables Membership function plots P|ot P°ints: I TeT
Current Variable Name input4 Type input Range |[01) Current Membership Function (click on MF to select) Name |mf1 ТУР® | pimf
Paranis | [0.00772 0.343 0.396 0.4775]
Display Range | [01 ] Help | Close
Selected variable "input4"
Рис.11. Входная величина три14, характеризующая лингвистическую переменную «температурный режим»
Выходная величина оИриЙ определяет «качество готовой продукции»: «неготовая продукция», «идеальная продукция», «передержанная продукция» и представлена на рис. 12.
Так результаты получения «идеальной готовой продукции» представлены на рис.13.
Рис.12. Выходная величина о^риИ
Рис.13. Результаты получения «идеальной готовой продукции»
Таким образом, результаты соответствуют реальным параметрам технологического процесса, а предлагаемое информационное обеспечение синтеза виртуальной реальности в условиях нечеткого представления контролируемых параметров при проектировании информационных объектов АСТПП может быть разработано в виде компонентов в среде ЗШЦЪШК математического пакета МЛТЬЛВ на языке УЯМЬ или с использованием объектно-ориентированного языка программирования CodeGear 2009.
Литература
1. Ерютина Е.П. Автоматизация производства хлебобулочных изделий в условиях нечеткого представления контролируемых параметров / Е.П.Ерютина. Орел:ОГТУ, 2000. - 173с.
2. Лавлинский В.В. Метод моделирования проектируемых объектов автоматизации для систем технологической подготовки производства на основе синтеза виртуальной реальности в условиях нечеткого представления контролируемых параметров / В.В. Лавлинский, Е.Е.Обручникова, Ю.С.Сербулов // Инженерная физика: М.:НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ, 2010, №3. - С.34-36.
3. Лавлинский В.В. Основные средства анимации при формировании виртуальной реальности в среде МЛТЬЛВ / В.В. Лавлинский, Е.Е.Обручникова // Моделирование систем и информационные технологии. Межвуз. Сб.науч. тр. - Вып. 7. - Воронеж: Научная книга, 2010. - С.211-215.
4. Лавлинский В. В. Методы проектирования информационных объектов автоматизации для систем технологической подготовки производства на основе синтеза виртуальной реальности в условиях нечеткого представления контролируемых параметров / В.В. Лавлинский, Е.Е.Обручникова, Ю.С.Сербулов // Вестник Воронежского Государственного Технического Университета. 2011. Т.7. №7. С.8-11
