CC BY
47
MODELLING OF BRIGHTNESS DISTRIBUTION WITHIN VIDEO FLOW OF SET OF LANDSCAPE IMAGES
B.V. Kostrov, N.N. Grinchenko, K.I. Bayukov
The possibility of creating a data model of the video stream, Fort-meremove in the process of shooting the surface of the Earth with the typical landscape bed. The model adequacy is determined on the basis of a reconstruction image by replacing the brightness ofpixels on the brightness of the source, generated by a normal distribution and the Cauchy distribution with parameters defined on the basis of RAS-predeleny of brightness of pixels in the series of images.
Key words: image transfer, image reconstruction, standardized distribution.
Kostrov Boris Vasileevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Ryazan, Ryazan State Radio-Engineering University,
Grinchenko Natalia Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, grinchenko [email protected], Russia, Ryazan, Ryazan State Radio-Engineering University,
Bayukov Kirill Igorevich, student, [email protected], Russia, Ryazan, Ryazan State Radio-Engineering University
УДК 621.9
ОСНОВЫ ТЕОРИИ САПР МЕХАНИЧЕСКИХ ДИСКОВЫХ БУНКЕРНЫХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Е.В. Давыдова, И.Б. Давыдов, С.С. Колобаев, И.И. Чекмасова
Рассматриваются теоретические основы создания САПР механических дисковых бункерных загрузочных устройств, которые используются в структуре систем автоматической загрузки технологических машин-автоматов и автоматических линий для изготовления и сборки многоэлементных изделий массовых производств в пищевой промышленности.
Ключевые слова: проектирование, бункерное загрузочное устройство, система автоматической загрузки, автоматизация пищевых производств.
Различные виды штучных предметов пищевой промышленности должны подаваться для сборки, упаковки и т.п. в упорядоченном положении, с заданным темпом и требуемой производительностью. В большинстве случаев предметы поступают на предприятие «навалом», неориентиро-
ванными или теряют ориентацию в процессе производства. Выполнение указанной задачи обеспечивают системы автоматической загрузки (САЗ), основным элементом которых является бункерное загрузочное устройство (БЗУ), которое приводит к упорядоченному положению неориентированные и поступающие «навалом» предметы.
Жесткая конкуренция среди производителей товаров широкого потребления требует регулярного увеличения ассортимента товаров, изменения их внешнего вида. Вместе с этим изменяются форма и размеры штучных предметов, из которых эти товары производят. Поэтому современное сборочное, упаковочное и др. оборудование может регулироваться для широкого спектра типоразмеров и форм собираемых компонентов и выполнять свои основные функции без каких-либо производственных потерь. Исключение составляет лишь БЗУ, которое ввиду изменений внешнего вида компонентов использоваться с той же эффективностью уже не может.
В пищевой промышленности для подачи в упаковочное оборудование разнообразных штучных продуктов (карамели, прессованного сахара, бульонных кубиков и др.) широко используют САЗ на базе центробежных БЗУ (рис. 1).
Продукты по лотку 1 поступают в бункер 2 БЗУ и оказываются на поверхности вращающегося диска 4. Под воздействием центробежной силы продукты располагаются по окружности диска и по спиралевидному лотку 3 направляются к приемнику 7. Отсекатель 5 сбрасывает второй ряд продуктов, обеспечивая поступление в приемник только одного ряда продуктов. Из приемника продукты направляются в лоток-накопитель 8, снабженный датчиками 9, 10, которые осуществляют контроль наличия или отсутствия продуктов в лотке-накопителе. При переполнении лотка-накопителя 8 по сигналу датчика 9 включается управляемый сбрасыватель 6, который сбрасывает продукты со спиралевидного лотка 3 обратно в бункер 2. Когда в лотке-накопителе освобождается место для продуктов, то срабатывает датчик 10, по сигналу которого закрывается сбрасыватель 6, и поступление продуктов в лоток-накопитель возобновляется. Из лотка-накопителя продукты передаются в упаковочный автомат в соответствии с темпом его работы и требуемой производительностью [1].
Для подачи укупорочных элементов в линии розлива жидких пищевых продуктов используют САЗ на базе вертикальных БЗУ (рис. 2). Укупорочные элементы 3 загружаются в бункер вертикального БЗУ 1, в котором осуществляется их автоматическое ориентирование, и затем выдаются в накопитель 2, из которого механизмом поштучной выдачи 5 передаются в рабочие органы 4 транспортного устройства [2].
Таким образом, основным элементом САЗ является БЗУ, в которое предметы подаются навалом, а из БЗУ выдаются в упорядоченном (ориентированном) положении. В основе работы БЗУ стоит вероятностный принцип: штучный предмет может быть захвачен из «навала» или не захвачен,
сориентирован в требуемое положение или не сориентирован. Уникальность БЗУ заключается в том, оно будет надежно работать лишь для предмета со строго определенной формой и размерами. При даже незначительном изменении формы или размеров более чем на 5 % штучного предмета данное БЗУ не будет работать с высокой степенью надёжности и эффективности и будет наблюдаться резкое падение производительности и надежности устройства, например, из БЗУ начинают выдаваться неориентированные изделия.
12 3 4 5 6 7 8 9 Ю
Рис. 1. САЗ для бульонных кубиков: 1 - лоток подачи; 2 - бункер; 3 - спиралевидный лоток; 4 - вращающейся диск; 5 - отсекатель; 6 - сбрасыватель; 7- приемник; 8 - лоток-накопитель; 9> 10 - датчики контроля наличия или отсутствия продуктов в лотке-накопителе
5
Рис. 2. САЗ для укупорочных элементов: 1 - БЗУ; 2 - накопительно-передающее устройство; 3 -укупорочные элементы; 4 - транспортное устройство; 5 - механизм поштучной выдачи; 6 - транспортно-несущее устройство
80
Процесс расчета и проектирования БЗУ для каждого конкретного изделия очень трудоемкая задача, отнимающая много сил и времени. Это обусловлено сложностью построения аналитических моделей процессов захвата, ориентирования изделий и производительности БЗУ, учитывающих влияние геометрических и физико-механических параметров загружаемых изделий на конструктивные и кинематические параметры БЗУ, сопровождающихся огромным объемом вычислительных операций [3, 4].
Автоматизация проектирования технических объектов - это систематическое применение средств вычислительной техники, моделей и алгоритмов при принятии проектных решений на основе математического моделирования. САПР освобождают разработчика от выполнения трудоемких, рутинных операций и оставляют ему творческие аспекты проектной деятельности и функции управления процессом проектирования.
В современном отечественном производстве, где практически во всех отраслях промышленности применяют САПР элементов и конструкций технологических машин, до сих пор не существует САПР для создания новых конструкций БЗУ, позволяющей в зависимости от параметров загружаемых изделий и требуемой производительности технологической машины получить конструкторскую документацию на БЗУ.
В то же время за рубежом в США известны компании, которые уже на протяжении многих лет успешно занимаются разработкой таких САПР. Так, в Салфордском университете Великобритании («Universiti of Salford») под руководством G. Boothroyd были развернуты работы по технологии автоматизированной сборки и исследованию различных видов БЗУ, результатом которых стал программный модуль проектирования БЗУ для широкого спектра изделий машиностроения.
Поэтому актуальной задачей по автоматизации процесса проектирования конструкций БЗУ для штучных изделий является создание САПР и в нашей стране, которая будет полезна не только организациям, проектирующим и конструирующим БЗУ для широкого класса загружаемых изделий, но и предприятиям, производящим товары широкого потребления (состоящие из штучных компонентов) в пищевой, а также и в других отраслях промышленности. Она позволит автоматически и мгновенно создавать конструкторскую документацию механических БЗУ для любого типа штучных изделий, автоматизируя процесс расчета и проектирования конструкций БЗУ, тем самым значительно снижая затраты ручного труда.
САПР механических БЗУ должна содержать некоторые функциональные подсистемы, которые реализуют определенный фрагмент или этап проектирования БЗУ и подразделяются на проектирующие и обслуживающие. Проектирующие подсистемы выполняют конкретные проектные операции (расчет параметров БЗУ, моделирование процессов захвата,
ориентирования изделий в БЗУ, моделирование производительности БЗУ), а обслуживающие - поддерживают работоспособность проектирующих подсистем и обеспечивают их взаимосвязь.
Структурное единство каждой из подсистем САПР обеспечивается с помощью системных компонентов САПР, которые представляют собой совокупность методического, математического, лингвистического, технического, программного, информационного, организационного обеспечений, а также эргономического и правового обеспечений.
Методическое обеспечение (описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов) включает в себя теорию процессов, происходящих в проектируемых объектах, методы анализа, синтеза систем и их составных частей, различные методики проектирования.
Процесс функционирования механических БЗУ изучался многими отечественными учеными еще в 30-х годах XX века. Значительный вклад в данной области внесли В.Ф. Прейс, который впервые ввёл понятия о вероятности захвата штучных изделий захватывающими органами и коэффициенте выдачи; разработал основы теории захвата, ориентирования и выдачи штучных изделий в практически всех типажах БЗУ, методику экспериментального исследования БЗУ и даны основные формулы для расчета их теоретической и фактической производительности, и М.В. Медвидь, в работах которого впервые были разработаны математические методы для аналитического описания процессов захвата и ориентирования штучных изделий в БЗУ, в том числе коэффициента выдачи БЗУ на основе положений теории вероятности. В конце 50-х - начале 60-х годов с защитой докторских диссертаций Н.И. Камышным, В.Ф. Прейсом, М.В. Медвидем окончательно формируются научные направления в области теории функционирования БЗУ.
Опираясь на работы В.Ф. Прейса и М.В. Медвидя, авторами была разработана методика проектирования БЗУ, позволяющая рассчитывать и выбирать конструктивные и кинематические параметры БЗУ в зависимости от параметров загружаемых изделий и производительности технологической машины [5, 6].
Математическое обеспечение (объединяет математические методы, модели и алгоритмы, используемые для решения задач автоматизированного проектирования) представляет собой математические методы, построенные на них математические модели, и формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.
Основной характеристикой БЗУ является его производительность, которая зависит от параметров загружаемых изделий и параметров БЗУ.
На базе аналитических моделей производительности БЗУ В.Ф. Прейса, базирующихся на постулатах классической механики и описывающих плоское движение твердого тела уравнениями Лагранжа II рода, и М.В. Медвидя, вероятностный подход которого позволяет учесть случайный характер процесса захвата и воздействия на движущееся изделие со стороны других изделий в детерминированной математической модели, при исследовании производительности БЗУ предложен комплексный подход к построению математических моделей [7, 8, 9].
Таким образом, аналитические модели на основе классической механики использованы для оценки граничных значений геометрических и кинематических параметров БЗУ, обеспечивающих благоприятные условия для захвата и ориентирования изделий, а аналитические модели на основе теории вероятностей в совокупности с эмпирическими моделями -для описания производительности БЗУ. Предложенная модель производительности БЗУ отражает процесс захвата единичного изделия из «навала» с учётом влияния на движущееся изделие других изделия и ориентирования, при котором будет обеспечена высокая надежность процесса, исключающая выдачу из БЗУ неориентированных изделий.
На основе предложенной модели были разработаны аналитические модели производительности различных конструкций механических дисковых для изделий формы тел вращения БЗУ. Для усовершенствованного БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором были разработаны аналитические модели захвата и ориентирования изделий с неявно выраженной асимметрией по торцам, производительности БЗУ [4, 7]. Для известных конструкций БЗУ: вертикального БЗУ для изделий в форме колпачка [8], БЗУ с радиальными профильными гнездами [10] и БЗУ с тангенциальными профильными гнездами [11] для изделий с явно выраженной асимметрией по торцам были разработаны аналитические модели захвата и производительности. В последние годы велись работы по разработке аналитических моделей захвата, ориентирования и производительности зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором для изделий с неявно выраженной асимметрией по торцам [5, 9]. Адекватность и корректность разработанных моделей подтверждена результатами экспериментальных исследований, что позволяет брать полученные модели за основу при моделировании процесса функционирования других конструкций БЗУ.
Лингвистическое обеспечение (совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога «проектировщик - ЭВМ» и обмена данными между техническими средствами САПР) включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания. Существует огромное количество разнообразных языков программирования: ассемблероподоб-
83
ных, алгоритмических, объектно-ориентированных, языков искусственного интеллекта и др. При выборе языка программирования БЗУ необходимо учесть точность передачи задания пользователя и лаконичность записи (эффективность), возможность описания всех объектов проектирования, а также всех действий, имеющих отношение к цели проектирования конкретной САПР (полнота). Каждое предложение, которое сформулировано в терминах данного языка с использованием правил (синтаксиса) данного языка должно иметь естественную семантическую интерпретацию, то есть смысл (непротиворечивость). Имеет место обеспечение возможности дополнения языка в соответствии с развитием предметной области (расширяемость) и обеспечение простоты изучения и использования языков проектировщиками - не программистами, то есть языки должны быть близки к естественному (выразительность и проблемная ориентация).
Наличие и использование высокопроизводительного технического обеспечения, представляющего собой совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства), в настоящее время не представляет никаких трудностей. Современная компьютерная техника позволяет в кротчайшее время выполнять расчеты любой сложности и представлять результаты вычислений в любой форме.
Программное обеспечение подразделяется на общесистемное и прикладное. Прикладное программное обеспечение реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур и включает пакеты прикладных программ, предназначенные для обслуживания определенных этапов проектирования или решения групп однотипных задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР). Общесистемное программное обеспечение предназначено для управления компонентами технического обеспечения и обеспечения функционирования прикладных программ (например, операционная система).
Microsoft Visual Basic — средство разработки программного обеспечения, разрабатываемое корпорацией Microsoft и включающее язык программирования и среду разработки. Язык Visual Basic унаследовал дух, стиль и отчасти синтаксис своего предка — языка Basic и сочетает в себе процедуры и элементы объектно-ориентированных и компонентно-ориентированных языков программирования. Среда разработки языка включает инструменты для визуального конструирования пользовательского интерфейса. Visual Basic считается хорошим средством быстрой разработки прототипов программы, для разработки приложений баз данных и вообще для компонентного способа создания программ, работающих под управлением операционных систем семейства Microsoft Windows.
Информационное обеспечение (совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования) состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть данного обеспечения САПР — базы данных, представляющих собой совокупность хранимых операционных данных, используемых прикладными системами.
Организационное обеспечение (совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, организационную структуру объекта и системы автоматизации, деятельность в условиях функционирования системы, форму представления результатов проектирования) представляет собой штатные расписания, должностные инструкции, правила эксплуатации, приказы и т.п.
Эргономическое обеспечение объединяет взаимосвязанные требования, направленные на согласование психологических, психофизиологических, антропометрических характеристик и возможностей человека с техническими характеристиками средств автоматизации и параметрами рабочей среды на рабочем месте.
Правовое обеспечение состоит из правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании САПР, и юридический статус результатов её функционирования.
Из всех рассмотренных компонентов САПР механических БЗУ изделий машиностроения на сегодня нами разработаны методическое и математическое обеспечение; имеется в наличии и современное техническое обеспечение, и средство для разработки программного обеспечения САПР Visual Basic; не представляет собой больших сложностей и разработка организационного, эргономического и правового обеспечений.
Поэтому основными направлениями на пути к решению поставленной задачи является создание и разработка программного и информационного обеспечения САПР. Только при наличии всех рассмотренных компонентов, будет обеспечено структурное единство проектирующих и обслуживающих подсистем САПР механических БЗУ изделий машиностроения.
Список литературы
1. Давыдова Е.В., Давыдов И.Б., Прейс В.В. Бункерные загрузочные устройства центробежного типа для автоматической загрузки прессованных штучных пищевых продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Вып. 1. С.103 - 111.
2. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Автоматизация загрузки укупорочных элементов в автоматические роторные машины для розлива жидких пищевых продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Вып. 1. С. 91 - 102.
3. Астраханцев А.Г., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Динамика процесса ориентирования изделия в гравитационном ориентаторе с L-образным захватом роторного ориентирующего устройства // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ. 2009. Вып. 1. С. 18 - 27.
4. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель процесса ориентирования деталей с неявно выраженной асимметрией торцов // Сборка в машиностроении, приборостроении. М.: Машиностроение, 2009. №9. С. 33 - 37.
5. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Теоретические основы проектирования дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Сборка в машиностроении, приборостроении. М.: Машиностроение, 2013. № 7. С. 8 - 14.
6. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Теоретические основы проектирования механических дисковых бункерных загрузочных устройств // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 7. С. 10 - 20.
7. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности бункерного загрузочного устройства с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором // Сборка в машиностроении, приборостроении. М.: Машиностроение, 2009. № 11. С. 23 - 30.
8. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель и методика расчёта производительности вертикального бункерного загрузочного устройства // Сборка в машиностроении, приборостроении. М.: Машиностроение, 2010. № 9. С. 27 - 31.
9. Голубенко В.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. Вып. 6. Ч. 2. С. 104 - 113.
10. Бурцев Д.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности дискового бункерного загрузочного устройства с радиальными профильными гнездами // Сборка в машиностроении, приборостроении. М.: Машиностроение, 2014. №9. С. 33 - 36.
11. Давыдова Е.В., Прейс В.В., Провоторова К.Н. Математическая модель производительности дискового бункерного загрузочного устройства с тангенциальными профильными гнездами // Сборка в машиностроении, приборостроении. М.: Машиностроение, 2014. № 10. С. 7 - 10.
Давыдова Елена Викторовна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Давыдов Иван Борисович, инженер, ivan. davidov@,unilever. com, Россия, Тула, ОАО «Юнилевер Русь»,
Колобаев Степан Сергеевич, бакалавр, магистрант, yyya. sssa@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чекмасова Ирина Игоревна, бакалавр, магистрант, Chrkmasova. 94@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THEORY CAD MECHANICAL ROTARY HOPPER IN THE FOOD INDUSTRY
E.V. Davidova, I.B. Davidov, S.S. Kolobaev, I.I. Chekmasova
The theoretical basis for the creation of CAD mechanical disc hopper, which are used in the structure of the automatic feeding process automatic machines and automatic lines for the manufacture and assembly of multi-products of mass production in the food industry.
Key words: design, hopper, the system will automatically feed the automation offood production.
Davidova Elena Viktorovnа, candidate of technical sciences, docent, elen-davidova@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Davidov Ivan Borisovich, engineer, ivan.davidov@,unilever.com, Russia, Tula, OAO "Unilever Rus",
Kolobaev Stepan Sergeevich, bachelors, masters, yyya. sssaamail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chekmasova Irina Igorevna, bachelors, masters, Chrkmasova. 94@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.932
АВТОМАТИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОТЛАДКИ АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
И.С. Дудко, А.И. Ефимов, А.А. Логинов, О.А. Ломтева, Е.Р. Муратов
Рассматриваются возможности и принцип работы программного стенда, предназначенного для исследования, отладки, оптимизации и сравнительного анализа программных модулей и структур, реализующих различные алгоритмы обработки данных (в частности, алгоритмы обработки изображений).
Ключевые слова: алгоритмы обработки изображений, библиотеки функций, конвейер, схема конвейера, функциональный блок, экспериментальные исследования.
Современные алгоритмы обработки изображений - это конвейеры, состоящие из последовательности более мелких (простых) алгоритмов. Новый алгоритм, как правило, является некоторым изменением ступеней
