CC BY
1
Модели прототипы требуется для:
- эффективной сегментации рынка сбыта путем демонстрации заказчикам потребительских образцов разрабатываемого изделия;
- использования в рекламных компаниях;
- более качественной отработки дизайнерами эстетически совершенных внешних форм и функциональных свойств изделия (эргономики и др.);
- внесения необходимых коррективов конструкторами еще до запуска изделий в производство.
Таким образом, уже на стадии прототипирования имеется возможность оценить эстетические и функциональные свойства продукта. При необходимости возможно постоянное обновление дизайна изделия, внесение изменений в конструкцию, постоянная модернизация самого изделия.
На физической модели можно проводить различные тесты еще до того, как будет готов окончательный вариант, осуществлять проверку параметров формы изделия, собираемости и функциональности создаваемого продукта.
Прототип удобен в прикладных задачах, требующих оценки формы деталей и проверки, характеристик опытного образца (макета). На рис.3 представлен алгоритм иерархической последовательности реализации процесса машинной дизайн - технологии прототипирования, где уровень I представляет проектную стадию, уровень II - процесс реализации процедуры машинного дизайна (с учетом возможности орнаментального дизайна проектируемого изделия, если это предусмотрено требованиями технического задания); уровень Шотражает фазу создания твердотельной модели изделия.
Таким образом, в общемслучае при автоматизированной дизайнерской проработке необходимо различать следующие аспекты:
- машинный конструктивно - компоновочный дизайн изделия в целом и компьютерное моделирование его декора;
- выбор технологии мехатронного воспроизведения прототипа;
- экспертную оценку прототипа и доработку проекта;
- тиражирование.
Пример реализации данной методологии дан в применении на дизайн - проекте монгольских юрт [9].
Библиография
1. Аюшеева А.О., Челпанов И.Б., Никифоров Б.С., Интегрированные производственные системы. -Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. - 60с.
2. Челпанов И.Б., Никифоров С.О., Кочева Т.В., Никифоров Б.С. Машинные дизайн технологии быстрого прототипирования // Вестник БГУ. Вып.9: Математика и информатика. - 2010. - С. 283-289.
3. Никифоров С.О., Никифорова О.С., Никифоров Б.С. Машинные дизайн технологии техническое и художественное моделирование при прототипи-ровании и производстве изделий // Автоматизация и современные технологии. - 2012. - №2 5. - С. 14-20.
4. Никифоров С.О., Мандаров Э.Б., Никифоров Б.С., Ганбат Ш. Влияние специфики свойств материалов в мехатронных технологиях производства изделий с орнаментальной обработкой // Фундаментальные проблемы современного материаловедения 2008. №4, т.5. С.112-117.
5. Никифоров С.О., Никифоров О.С., Никифоров Б.С. Об учете морфологии и аксиологических особенностей при машинном дизайнерском проектировании с прототипированием безреверсных мехатронных манипуляционных устройств // Вестник компьютерных и инновационных технологий - 2011 - №9. С. 36-40.
6. Никифоров Б.С., Никифоров С.О., Жалсанова О.С. Машинное дизайнерское проектирование изделий с орнаментальной отделкой // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2010. - №10. - С. 11-21.
7. Никифоров С.О., Жалсанова О.С., Никифоров Б.С. Компьютерные и мехатронные технологии машинного орнаментирования изделий // Вестник компьютерных и информационных технологий. -2009. - № 2. - С. 9-18.
8. Никифоров С.О., Мандаров Э.Б., Никифоров Б.С. Мехатронные устройства машинного орнаментирования изделий. - Улан-Удэ: Изд-во СО РАН. 2002 -153 с.
9. Никифоров С.О., Михайлов В.Н., Никифоров Б.С. Особенности дизайна монгольских юрт (гэр): генезис, типология, каркасно - модульные технологии и их трансформации // Вестник БНЦ СО РАН. 2014 - №1. - С. 88-99.
МЕТОДОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ДИСКРЕТНО-НЕПРЕРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ СОБЫТИЙНО-ИМИТАЦИОННОГО МУЛЬТИАГЕНТНОГО ПОДХОДА
Добрынин Владимир Николаевич
Канд. техн. наук, проф. Института системного анализа и управления ГОУ ВПО «Международный Университет природы, общества и человека «Дубна», г. Дубна,
Эндерев Владимир Алексеевич директор ООО «Центропроект», г. Белгород, Миловидова Анна Александровна Аспирант, ГОУ ВПО Международный университет природы, общества и человека «Дубна»
Институт системного анализа и управления, г. Дубна,
Принципы управления качеством дискретно-непрерывных технологических процессов являются основой для построения широкого класса комплексных событийно-имитационных моделей и систем управления качеством ТП. При этом, включение в систему управления агентов, как локальных взаимодействующих подсистем управления, обеспечивает качественную коррекцию протекания технологического процесса в заданной области пространства показателей эффективности. В статье авторами раскрывается содержание высказанных гипотез.
Определим понятийный базис, необходимый для изложения содержания статьи. Под технологическим процессом будем понимать упорядоченную последовательность работ людей и механизмов (систем) направленных на преобразование исходного материала (энергии, знаний, информации) в конечный продукт с заранее заданными качествами (свойствами). В нашем изложении главным свойством упорядоченности является протекание работ в определённом временном регламенте, т.е. отношение между любой парой работ может определяться как: раньше, позже, одновременно. Под непрерывным технологическим процессом понимается такой процесс, в котором для любой пары работ, находящихся в отношении раньше или позже, всегда найдётся работа между этими работами. В противном случае процесс может быть назван дискретным. Когда речь идёт о дискретно-непрерывном технологическом процессе всегда можно выделить группы дискретных и непрерывных работ.
Приведём пример. Доставка руды с карьера на фабрику представляет собой дискретный процесс. Более того, если рассматривать грузовой поезд как совокупность грузовых вагонов (думпкаров), тогда разгрузка грузового поезда на фабрике осуществляется дискретно и состоит из следующих операций (для любого думпкара): позиционирование думпкара относительно входного бункера, разгрузка думпкара. Преобразование руды на фабрике «дробление-обогащение» представляет собой непрерывный процесс. Для дискретно-непрерывных процессов имеется возможность преобразования в адекватные дискретные процессы, следующим образом. Руда с карьера доставляется порциями на фабрику грузовыми поездами. Длительность доставки руды и разгрузка поезда определена регламентами. Объём поставляемой руды поездом также определён. Свойства поставляемой руды, с заданными разбросами, известны. Изменение значений свойств поставляемой руды может колебаться от поезда к поезду. Выделенные свойства руды существенно влияют на переменные состояния технологического процесса (такие как, размеры щелей дробилок, скоростей питателей, наполненности рудой бункеров, грансостава и т.д.). Таким образом, влияние значений свойств руды на технологический процесс определяет возможность рассмотрения дискретно-непрерывного движения руды как дискретного (в пространстве свойств руды) с длительностью дискретизации равной длительности доставки и разгрузки руды, при этом, значения свойств руды на этом интервале постоянны. Обобщая сказанное, сформулируем первый принцип.
Принцип №1. Для преобразования дискретно-непрерывного технологического процесса в дискретный процесс необходимо:
а) определить перечень переменных, характеризующих состояние технологического процесса;
b) определить перечень свойств исходного материала, влияющий на состояние технологического процесса;
c) определить функциональную зависимость переменных состояния ТП от свойств исходного материала;
ф определить длительность дискретизации в пределах которого значения свойств исходного материала неизменны.
Согласно этому принципу технологический процесс представляется следующим образом: в интервалах длительностей дискретизации переменные состояния ТП неизменны, а на концах интервалов возможны изменения переменных состояния. Перейдем к рассмотрению следующего принципа. Определим систему показателей, характеризующих качество технологического процесса. Когда речь идёт о показателе качества ТП подразумевается некоторая вычислимая переменная, зависящая от состояния ТП и характеризующая ТП на определённом интервале времени. Формально такую переменную называют функционалом.
Принцип №2. Для получения функциональной зависимости показателей от переменных состояния ТП необходимо:
a) определить систему показателей (как функционалы от переменных состояния ТП), характеризующих качество техпроцесса и качество промежуточного и конечного продуктов;
b) определить функциональную зависимость показателей от состояния ТП.
Из принципов .№1 и №2 следует, что показатели качества являются зависимыми от свойств исходного сырья и переменных состояния ТП. Определим понятие эффективности. Под эффективностью ТП будем понимать систему показателей, на значения которых наложены определённые условия.
Принцип №3. Для определения эффективности ТП необходимо: зафиксировать эффективность ТП как систему показателей с условиями, определить способ вычисления эффективности. В соответствии с принципом №3 создаются условия оценки качества протекания ТП во времени и возможность управления технологическим процессом. Данный принцип может быть назван как принцип оценки качества и управляемости ТП.
Принцип №4. Рассмотрим понятие управление качеством ТП. В нашем представлении объектом управления является дискретный процесс преобразования исходного материала с заданными свойствами в конечный продукт. Сам технологический процесс характеризуется переменными состояния, изменяющимися дискретно во времени. Определена система показателей, как функционалов от состояния ТП. Определена эффективность ТП, характеризуемая системой показателей с наложенными на них условиями. Суть управления состоит в поддержки на заданном интервале времени состояния ТП таким образом, чтобы текущие показатели качества удовлетворяли заданным условиям. Если считать, что ТП достиг определённой эффективности, и возникло требование повышения эффективности относительно достигнутой, в таком случае говорят о задаче оптимального управления в гуманитарном смысле. В первом случае говорят о задаче стабилизации в пространстве показателей.
Принцип №5. Структурно-функциональной организации системы управления ТП. Для построения системы управления решения задачи стабилизации или оптимального управления необходимо:
a) определить условия, накладываемые на систему показателей или значения достигнутых показателей;
b) определить метрику сравнения текущих показателей с требуемыми;
c) определить интервалы измерения текущих показателей;
d) определить систему переменных характеризующих состояние ТП;
e) определить систему измерения текущих переменных состояния ТП;
: определить интервалы измерения переменных состояния;
g) сформировать блок измерения текущего состояния ТП;
И) сформировать блок сравнения текущих показателей с эффективными;
1) сформировать блок выявления причин возможных нежелательных отклонений в значениях текущих показателей от требуемых;
сформировать блок ранжирования причин отклонений текущих значений показателей;
к) сформировать блок поиска управляющих решений, устраняющих нежелательные причины;
1) сформировать блок оценки предлагаемых решений;
т) сформировать блок выбора управленческих решений;
п) разработать план мероприятий реализации управленческих решений;
о) распределить план между исполнительными органами;
р) осуществлять контроль исполнения плана реализации управленческих решений. Согласно принципу №4 обеспечивается возможность реализации общей системы управления качеством ТП.
Принцип №6. Структурно-функциональная декомпозиция системы управления ТП на подсистемы включает:
- управление стабильной работы (в рамках заданных регламентов) технологической схемы дробления и обогащения;
- управление качеством ТП в пространстве показателей или задача стабилизации.
Когда речь идёт о подсистеме управления, обеспечивающей стабильность протекания ТП в заданных регламентах, имеется в виду система АСУ ТП.
Задачи стабилизации и надёжности функционирования АСУ ТП являются неизменными. Это обстоятельство позволяет создавать регламенты (организационные, управленческие, функциональные, процессные) АСУ ТП. Неизменным для этого уровня являются известные качественные особенности месторождения и руды, поступающей на фабрику за определённый период времени. При таком подходе всегда имеются потери эффективности функционирования ТП. Снижение этих потерь осуществляется на комбинатах за счёт специалистов технологов (с большим практическим опытом и развитыми органами ощущений). В определённых точках ТП органолептиче-
скими методами (зрение, слух, обоняние, осязание) технологи косвенно измеряют качество исходного и промежуточного сырья, оценивают возможность изменения качества и, в конечном итоге, принимают решение о необходимости изменения управляющих переменных технологического процесса (тем самым изменяя режимы работы ТП). Таким образом, на фоне стабильной и надёжной работы ТП (за счёт АСУ) осуществляется качественное управление (задача коррекции). Следует отметить, управление качеством ТП и его автоматизация традиционно осуществляется (поэтапно для разных единиц оборудования) на уровне АСУ, что по нашему мнению неверно. Контур качественного управления, с учётом включения агентов, в настоящее время ни структурно, ни функционально, ни организационно не разработан. Это связано в первую очередь с отсутствием информации о функциональной деятельности агентов (что они делают частично отражено в должностных инструкциях, а как они измеряют, оценивают, принимают решения можно только догадываться и строить различные агентные модели).
Согласно сказанному предложенный принцип позволяет зафиксировать:
- автоматизированную систему управления АСУ решающую задачи надежности и стабильности функционирования ТП,
- систему управления качеством ТП (как надстройку над АСУ ТП), решающую задачу коррекции функционирования ТП в пространстве качества исходной и промежуточной руды.
Система управления качеством ТП частично осуществляется соответствующими регламентами работ (должностные инструкции, правила взаимодействия различных подразделений). Однако сегодня говорить об автоматизации этого уровня в большинстве случаев не приходится.
Принцип №7. Мультиагентность. Каждый из сотрудников (агент) может решать частную задачу и при этом у него есть представления о вкладе результата решения задачи в общую. Кроме того у агента есть представления о деятельности других агентов (что они должны делать известно, но как они выполняют свои функции агенту неизвестно, или известно с определённым уровнем неопределённости). Несмотря на разнообразие отношений, суть коллективной деятельности состоит в эффективном (время-ресурсы-качество) достижении общей цели (решения общей проблемы или задачи).
Рассмотрим пример. Управление качеством техпроцесса связано с изменчивостью свойств поступающей руды на фабрику: крепость (твёрдая, средней твёрдости, мягкая), крупность (мелкая, средняя, крупная), влажность (очень влажная, влажная, средней влажности, сухая), и т.д. Как правило, техпроцесс настроен на определённые осреднённые свойства руда для определённой группы вертушек. Однако изменчивость свойств руды может происходить не планово. Это приводит к различного рода потерям: неэффективная работа оборудования, время работы ТП, потеря качества переработки руды. Для сглаживания потерь предусмотрено регулярное осуществление специалистами контроля изменчивости свойств руды на линии ТП в определённых точках. В этих точках специалист (по косвенным признакам) осуществляет измерение некоторых свойств текущей и частично обработанной руды оценивает возможное изменение свойств руды, осуществляет
выбор решения (в случае изменения свойств руды) принимает решение и передаёт принятое решение органу принимающее окончательное решение. Вышесказанное представляется как гипотезы о деятельности агента. Известно лишь, что в каждой точке контроля он органолептическим методом осуществляет измерения. Неизвестно качество выполненных измерений, конечные эффекты принятых решений специалистом. Поскольку таких специалистов несколько и их профессиональный опыт различен и мера ответственности высокая в результате имеем мультиа-гентную организацию специалистов, с разным уровнем опыта и профессионализма, решающую одну проблему (задачу) - повышение эффективности ТП за счёт своевременного изменения режимов работы ТП в зависимости от свойств руды. Принцип мультиагентности обеспечивает возможность разработки системы управления качеством (для решения задачи коррекции ТП) на фоне функционирования ТП в плановом режиме.
Принцип №8. Событийно-имитационный подход к построению модели ТП. В отличие от других видов моделей (например, математических, процессных, логических и т.д.) имитационная модель характеризуется следующими особенностями:
1. Имитационная модель отражает структурные особенности исследуемого объекта.
2. Имитационная модель отражает процессы, происходящие в объекте исследования по принципу: «вход-процесс-выход».
3. Процессы представляются функциями и / или правилами, и / или экспериментальными таблицами, связывающими входы с выходами.
4. Целостность имитационной модели представляется системой ограничений на входы, выходы, процессы и связи (отношения).
5. Отношения между компонентами представляются ограничениями на связи между входами и выходами.
6. Динамика изменения состояния имитационной модели, характеризуется выходными переменными модели, зависящими от времени.
Все процессы, происходящие в объекте исследования, рассматриваются как события, характеризуемые временной протяженностью и определённой завершённостью. Рассмотренный принцип событийно-имитационной модели, через его особенности, обеспечивает возможность анализа объекта исследования, как в области принятых ограничений, так и в области параметров.
Рассмотренная совокупность принципов является методологической основой, для создания широкого класса компьютерных систем управления качеством дискретно-непрерывных технологических процессов на основе имитационно-событийного мультиагентного подхода.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ УДАРНОГО ВЗАИМОДЕИСТВИЯ ПРИ ЗАХВАТЕ МЕТАЛЛА ВАЛКАМИ ТРУБОПРОКАТНОГО СТАНА
Натриашвили Тамаз Мамиевич
Докт. техн. наук, директор института механики машин, г. Тбилиси
Мебония Слава Арсеньевич Докт. техн. наук, зав. отдела, института механики машин, г. Тбилиси
Мшвилдадзе Придон Киязович
Акад.докт., гл.инж. института механики машин, г. Тбилиси
Ударные нагрузки в трубопрокатных станах обусловлены характером про-цесса прокатки на его начальной стадии, а именно захватом движущейся с оп-ределен-ной скоростью трубы-заготовки валками стана. При этом различают первичный захват металла , когда она вступает во взаимодействие с валками и вторичный захват, когда
труба-заготовка сталкивается с неподвижной оправкой установленной с помощью стержня в очаге деформации стана [1, с.42].
На рис.1 дана схема вторичного захвата трубной заготовки валками автоматического стана трубопрокатной установки.
Рис.1.Схема процесса вторичного захвата металла валками автоматстана
