CC BY
102
УДК 621.391
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
В статье рассматриваются основные методы проектирования информационных объектов автоматизации для систем технологической подготовки производства на основе синтеза виртуальной реальности в условиях нечеткого представления контролируемых параметров. Особенностью метода является возможность разработки объектов на основе правил логического вывода с использованием алгоритма Мамдани
Ключевые слова: проектирование, автоматизация систем технологической подготовки производства, синтез виртуальной реальности, условия нечеткого представления параметров
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.
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
Лавлинский Валерий Викторович - ВИВТ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8(473) 2-20-56-50 Обручникова Екатерина Евгеньевна - ВИВТ, аспирант, тел. 8(473) 2-20-56-50
Сербулов Юрий Стефанович - ВИВТ, д-р техн. наук, профессор, тел. 8(473) 2-20-56-08
компонента (например, компонент «мука»), представленного на рис. 3.
г. с Г
JL u 1
- - ■ -j- » —It — fl»
L .i » j
Рис. 1. Схема преобразования компонентов муки в компоненты теста при замесе
т
П>ут.
I fHBBjftatete:
Рис. 2. Технологический процесс хлебопекарного производства
Рис. 3. Формирование компонента «мука» в виде графического объекта
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.
(!
Рис. 4. Внешний вид полностью заполненного «мукой» компонента
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».
в)
Рис. 5. Формирование фрейма начального и конечного состояния компонента «мука» в V-Realm Builder 2.0 (а - вид компонента полностью заполненного мукой; б - вид компонента с частично используемой мукой; в - 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 уровня-
ми «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.
Рассматриваемый в данной статье метод проектирования информационных объектов для автоматизации систем технологической подготовки производства (АСТПП) основан на синтезе виртуальной реальности в условиях нечеткого представления контролируемых параметров, которые необходимо учитывать уже в процессе проектирования таких объектов. Это позволит 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 проектируемые компоненты 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 УИМЬ описываются свойства компонента (на примере «мука» рис. 6) и используется аппарат не-
четкой логики Fuzzy Logic с алгоритмом Мамдани (рис.7).
нпПМт* Cvtry ««r»*d Ш) с сгтскотй » «п Г&Л port с* Гж ИОС»
J
J.
J
Рис. 6. Описание свойств компонента «мука» в виде дерева для языка УИМЬ среды МЛТЬЛБ
Рис. 7. Аппарат нечеткой логики Fuzzy Logic с алгоритмом Мамдани
Кажд ы й 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 клейкови-
ны. Её предлагается оценивать с помощью функций принадлежности определяющих лингвистическую переменную «клейковина»: mf1 - «слабая», mf2 - «сильная», mf3 -«очень сильная». Эти функции определяют входные переменные для input 1, которые представлены на рис.8.
Рис. 8. Вид функций принадлежности для входной переменной «сила муки»
Входная величина трШ;2 характеризует лингвистическую переменную «время замеса» и представлена на рис.9 в виде функций принадлежности: шП - «малое», ш£2 -«нормальное», шВ - «большое».
Рис. 9. Входная величина трШ;2, характеризующая лингвистическую переменную «время замеса»
Входная величина трШ;3 характеризует лингвистическую переменную «процесс брожения» и представлена на рис.10 в виде функций принадлежности: шП - «быстрый», ш£2 - «нормальный», шВ - «медленный», что соответствует в работе [1] показателю «время брожения»: «малое», «среднее», «большое».
Входная величина трШ;4 характеризует лингвистическую переменную «температурный режим» и представлена на рис.11 в виде функций принадлежности: шП -
«плавный», шВ - «нормальный», шВ -
«резкий», что соответствует в работе [1] показателю «температура теста»: «низкая», «средняя», «высокая».
Рис. 10. Входная величина трШ;3, характеризующая лингвистическую переменную «процесс брожения»
Рис. 11. Входная величина трШ;4, характеризующая лингвистическую переменную «температурный режим»
Выходная величина оШриИ определяет «качество готовой продукции»: «неготовая продукция», «идеальная продукция», «передержанная продукция» и представлена на рис. 12.
Рис. 12. Выходная величина оШриИ
Так результаты получения «идеальной готовой продукции» представлены на рис. 13.
Рис. 13. Результаты получения «идеальной готовой продукции»
Таким образом, результаты соответствуют реальным параметрам технологического процесса, а предлагаемый подход может быть реализован при создании виртуальной реальности в среде МЛТЬЛБ на языке УиМь.
Литература 1. Ерютина Е.П. Автоматизация производства хлебобулочных изделий в условиях нечеткого представления контролируемых параметров / Е.П.Ерютина. Орел:ОГТУ, 2000. - 173с.
Воронежский институт высоких технологий
METHODS OF THE DESIGNING INFORMATION OBJECT TO AUTOMATIONS FOR SYSTEMS OF TECHNOLOGICAL PREPARATION PRODUCTION ON BASE OF THE SYNTHESES TO VIRTUAL REALITY IN CONDITION OF THE ILL-DEFINED PRESENTATION CONTROLLED PARAMETER
V.V. Lavlinskiy, E.E. Obruchnikova, Yu.S. Serbulov
In article are considered main methods of the designing information object to automations for systems of technological preparation production on base of the syntheses to virtual reality in condition of the ill-defined presentation controlled parameter. The Particularity of the method is a possibility of the development object on base of the rules of the inference with use the algorithm Mamdani
Key words: designing, automation of the systems of technological preparation production, syntheses to virtual reality, condition of the ill-defined presentation values
