CC BY
8Упорядоченная последовательность при решении задачи минимизации глубины диагностирования в предположении, что каждый раз выбираются точки, обладающие максимальной значимостью, будет иметь вид (3, 10, 13, 15)/2; 5/4;7/14; 12/120, здесь числитель содержит точки контроля, а знаменатель - значение функции значимости. Решением задачи (2) будет множество Z = {5,7,12}, при этом глубина диагностирования имеет значение 25/17.
Список литературы
1. ГОСТ 23563-74. Техническая диагностика, контролепригодность объектов диагностирования. Правила обеспечения.
2. Гаркавенко С.И., Сагунов В.И. О диагностике неисправностей в непрерывных объектах. // Автоматика и телемеханика. - 1976. - № 9. - С. 177-187.
Нижегородский государственный технический университет.
603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24, e-mail: bazhanov@nntu.sci-nnov.ru
SYNTHESES TESTABILITY OBJECTS ON BASE RANKED SETS
/. /. Titov, V. S. Nechaev, J. S. Bazhanov
Considering the method of the decision of the problems of the syntheses testability object, presented by structured scheme or earl of the causal relationships. The decision is realized by entering the limited number checking points. As estimations object testability is used factor of diagnosis depth. The analysis of the influence to powers of the classes equivalent defect on importance of the diagnosis depth The offered estimation to value of the point of the checking on ensemble of the classes to equivalence, is organized sequencing point checking on degree of value, is considered algorithm of the decision of the problem with its use.
УДК 536.2: 532.72
ПОСТРОЕНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ МАССООБМЕНА
В. И. Гордеев
В статье приведен пример использования аппарата теории графов для построения имитационной модели системы массообмена. Данная модель используется в тренажере выполнения грузовых и балластных операций на танкере «SES—CBS». Актуальность данной работы вызвана тем, к настоящему времени нет методики создания имитационных моделей.
Научно-исследовательской группой разработки судовых энергетических тренажеров в 2002-2004 гг. создан «Тренажер выполнения грузовых и технологических операций SES-CBS». Тренажер моделирует работу специальных систем танкера и их взаимодействие с корпусом судна, береговыми объектами и окружающей средой. Он построен по модульному принципу. Тренажер состоит из математического ядра, набора мнемосхем (графическое ядро), логико-математического модули аварийно-предупредительной сигнализации и автоматики. Математическое ядро тренажера представляет собой совокупность имитационных моделей, взаимодействующих между собой и мнемосхемами поста управления грузовыми операциями.
При построении имитационных моделей была разработана методика, формализующая процесс их создания. В данной статье показано использование методики на примере создания имитационной модели системы массообмена в грузовых танках. Цель статьи создание и апробация методики работы на мало формализованных участках.
Методика представляет собой технологическую цепочку этапов, которые обладают различной степенью формализации. Этапы, которые содержат трудоемкую ручную работу, формализованы полностью. Работа с полностью формализованными этапами происходит с применением инструментов методики (программ), которые после ввода исходных данных заданного формата предоставляют для следующих этапов расчетные данные. Этапы, которые требуют творческого подхода, и применения инженерных знаний обладают малой степенью формализации. Поэтому в данной статье основное внимание уделено мало формализованным участкам.
Основными этапами построения имитационной модели являются:
- постановка задачи;
- обработка исходной документации и конструирование собственной системы;
- кодирование;
- формирование начальных условий;
- проверка адекватности поведения модели и ее тестирование;
- документирование.
Наиболее трудоемкими и ответственными этапами являются кодирование и составление документации. Этап кодирования полностью формализован, поэтому подробно на нем останавливаться не будем. Рассмотрим более подробно этапы методики, обладающие малой степенью формализации.
Постановка задачи
Разобьем этот этап на три части:
1. определение цели создания имитационной модели системы;
2. определение объема моделирования;
3. формирование объема входных и выходных данных, определение граничных условий.
Цель создания имитационной модели
Необходимо создать имитационную модель массообменных процессов в грузовых танках, которую можно использовать в составе тренажера. Модель должна описывать как количественные, так и качественные характеристики процессов массоперсноса жидкости и газа.
Объем моделирования
Исходя из целей создания имитационной модели, определимся, что и в каком объеме мы будем моделировать. В нашей системе мы будем моделировать процессы переноса жидкости и газа между грузовыми танками и между грузовыми танками и окружающей средой. При этом мы будем моделировать все возможные пути массопе-реноса жидкости и газа. Зная, какие процессы мы будем моделировать и, в каком объеме, определимся с входными, выходными данными и граничными условиями.
Формирование объема входных и выходных данных, определение граничных условий
Входными данными для моделируемой системы будут являться параметры груза (его сорт и паспортные характеристики), параметры атмосферы грузовых танков (температура газа и его состав, давление газов), параметры состояния грузового танка (уровень заполнения грузовых танков) и окружающей среды, значения управляющих коэффициентов элементов системы.
Выходными данными по системе массообмена будут значения расходов и напоров жидкости и газа в узлах системы, параметры груза и параметры состояния грузовых танков в следующий момент времени.
Под граничными условиями мы будем понимать влияние внешних факторов: работу системы инертных газов и насосной установки грузовой системы, работа балластной системы и многое другое.
Обработка исходной документации и конструирование собственной системы
В результате обработки исходной информации по системам танкера (схемы и документация по системам судна-прототипа, нормативных документов, технического задания и справочной информации) [ 1 ] были выявлены системы, принимающие участие в процессе массообмена или оказывающие на него влияние. На основе этих данных составлена схема системы массообмена в грузовых танках (рис. 1). Как видно из рисунка система массообмена состоит из грузовой системы, системы инертных газов и газоотводной системы. Все элементы на схеме необходимо обозначить и пронумеровать. Нумерацию назначаем таким образом, чтобы по левому борту элементы имели нечетные номера, а по правому борту - четные номера.
Принимая во внимание поставленные задачи, упростим систему. Для этого выполним отделение системы инертных газов и насосной части грузовой системы и заменим их граничными условиями. Отделение можно выполнить по клапанам или по цистернам. Разделение схемы по клапанам вызовет усложнение системы, т. к. в этом случае необходимо будет добавлять элементы, имитирующие источники расхода. При разделении схемы по цистернам этого не происходит. В результате мы получаем схему системы массообмена в грузовых танках (рис. 2).
Разработав схему системы мы окончательно определяем состав системы. Покажем его в табличном виде, где отобразим: класс объекта, к которому относится каждый элемент, обозначение элементов на схеме, наименование элементов в библиотеке типов и технические характеристики элементов системы.
Таблица
Состав системы
Класс объекта Наименование в библиотеке типов Обозначение на схеме Технические характеристики
Грузовой танк TTankC ГТ1 Lx В х Т
Коффердам TTankC К L х В х Т
Клапан запорный TValveA Кз1 d
Клапан дыхательный TValveCompensating Кд1 d
Клапан регулируемый TValveFC Kpl d
Трубопровод TPipeA Т1 D, L
Рис. 2. Система массообмена: ГТ1-ГТ8 - грузовые танки; К - коффердам; Кз1-Кз9 - клапаны запорные; Кд1-Кд9 - клапаны дыхательные; Кр!-Кр9 - клапаны регулируемые; Т1-Т8 - трубопроводы.
Кодирование
Этот этап формализован и выполняется в программном комплексе «Graph Editor» [разработан A.B. Троицким]. Исходными данными для работы с программой является схема системы. На разработанной схеме системы расставим узлы, отделяющие элементы друг от друга и пронумеруем их. При нумерации узлов необходимо руководствоваться тем же принципом, что и при введении обозначений и нумерации элементов системы на схеме. Расставив и пронумеровав узлы, мы выявляем элементарные двухполюсники и многополюсники. Определим, к какому классу, имеющемуся в библиотеке объектов, относится каждый элемент системы. Распределив элементы системы по классам объектов, приступим к построению графа системы массообмена в грузовых танках. Для этого соединим узлы ребрами. Ребра показывают потоки течения жидких и газообразных сред. С помощью стрелок покажем положительное направле-
ние движения сред [2]. Убрав после этого схему системы, мы получим граф системы массообмена, изображение которого представлено на рис. 3.
В результате работы программы мы получаем матрицу инцидентности системы массообмена и матрицу коэффициентов системы линейных уравнений для системы массообмена, решение которой дает изменение напора и расход на каждом элементе системы. Исходя из полученных данных, мы создаем базу данных по моделируемой системе и разрабатываем мнемосхему мониторинга и управления. Основным условием, которым необходимо руководствоваться при создании мнемосхемы является обеспечение удобства работы с ней и ее информативность.
■Ж'
(о)
Т1
Т йь--Т7--Т5-»'А>--тэ-»/'О
7 1\ К
а?! а« й'. 1, V. \ I \
>\ * - ч ад & Ъ ® >з>
п'г5 "V пб
X - I ГГ7 ♦ - Г6"1 п! 2-Т5 3 т££>13« ГТ1_1 Л
7 у К пх.
< = > ® 'V Т Л
крю «роэ крое «рот
(к> 1 1 Д.
т »о <">
>оуп'-3 "41 р*
пе < / Г
\ ГТ6. ГТ4 4
^ й 4 @ & Л
I/ I / т / '[ /
V Ь7" ]/ 17
-те----Т4-•<*« :•-та--
Рис. 3. Граф системы массообмена
Формирование начальных условий
Для выполнения тестирования и обеспечения возможности работы имитационной модели системы в начальный момент времени необходимо задать начальные условия. Они показывают состояние элементов системы во время начала работы тренажера. Под параметрами системы подразумеваются:
- параметры груза и атмосферы в грузовых танках;
- параметры состояния грузовых танков;
- состояние клапанов, клинкетных задвижек, дыхательных клапанов и других элементов системы, препятствующих перемещению жидкой и газообразной среды.
ш Начальные условия могут отображать состояние изучаемого объекта (системы) в различных, в том числе и экстремальных ситуациях.
Проверка адекватности поведения модели и ее тестирование
На основе качественного соответствия модели и реальной системы мы предлагаем считать эту модель адекватной.
Проверку адекватности имитационной модели проводим следующим образом:
1. Проверяем функциональность модели. Проводится проверка наличия реакций элементов имитационной модели системы на управляющие воздействия. Проверяем работу органов управления, т.е. при открытии клапана он должен открыться, а при закрытии закрыться.
2. Проверим качественный уровень адекватности модели. Здесь мы проверяем корректность изменения значений топологических переменных в зависимости от воздействий окружающей среды. Т.е. проверяем наличие переноса жидкости и газа между грузовыми танками в зависимости от воздействий граничных условий (работа системы инертных газов, грузовой системы, балластной системы).
3. Проверяем количественный уровень адекватности модели. Выполняем проверку того, насколько точно реагирует модель на воздействия внешней среды.
Проверку количественного уровня адекватности модели выполняем при проведении технологических операций: погрузка/выгрузка танкера, инертизация грузовых танков, изменение положения корпуса судна помощью грузовой или балластной системы танкера. При выполнении этих операций отслеживается точность значений величин массопереноса жидкости и газа между грузовыми танками и между грузовыми танками и окружающей средой.
Обязательность данного этапа является следствием приближенного характера моделирования, обусловленного схематизацией, огрублением процессов, протекающих в реальном объекте, а также возможностью принятия неточных или ошибочных решений при построении модели. В том случае, если модель оказывается неадекватной, следует повторить всю описанную процедуру, начиная с этапа постановки задачи.
Документирование
Важным этапом при построении имитационной модели является документирование работы. Документирование выполняется одновременно с работой по созданию модели. В состав документации по моделируемой системе входит:
1. техническое задание на разработку имитационной модели;
2. перечень данных, отображающий входные и выходные данные;
3. документацию на систему-прототип (если таковая имеется) и разработанная схема системы с обоснованием усложнения или упрощения системы;
4. описание работы системы с описанием моделируемых физических процессов;
5. граф системы, матрица инцидентности системы и матрица коэффициентов системы уравнений;
6. код модели, выполненный в каком-либо языке программирования;
7. описание начальных условий;
8. результаты проверки адекватности с перечислением неисправностей, указанием способа устранения и поправок в документации.
Результатом работы по данной методике является модель системы массообмена, пригодная для использования, как в составе тренажера, так и в других обучающих программных продуктах.
Работа рекомендована к печати научным руководителем профессором, д. т. н. Поповым Н. Ф.
Список литературы
1. Справочник по серийным речным судам, - т. 6. -М.: Транспорт, 1976. - 207 с.
* 2. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера. - Киев: Техника, 1977. - 770 с.
Волжская государственная академия водного транспорта. 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
BUILDING SIMULATION MODEL OF MASS EXCHANGE SYSTEM
V. I. Gordeev
In article was cited an instance use the device graph theory for building of the simulation model of a system mass exchange. Given model is used in simulator of the execution cargo and ballast operation on tanker "SES-CBS". Urgency given work is caused that hitherto there is no method's of the creation the simulation models.
УДК 519.673
ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ С11АРНЕ01Т0К ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ СУДОВЫХ СИСТЕМ
А. В. Троицкий
В статье изложена методика применения программы GraphEditor при построении имитационных моделей сложных технических систем, приведено пояснение выполняемых при этом операций Описанная методика реализуется в работе по созданию собственных тренажерных программ и компьютерных лабораторных стендов Научно-исследовательской группы разработки судовых энергетических тренажеров (ИИГРСЭТ).
В современных условиях наука и техника находятся в таком состоянии, когда инженерные расчеты становятся все более трудоемкими. Процесс усложнения расчетов наблюдается в связи с тем, что исследователями постоянно принимаются попытки осмысления все более сложных реальных систем и явлений (чаще всего, посредством представления их характерных особенностей в виде систем уравнений). Параллельно, заказчиками предъявляются требования к увеличению конкурентоспособности выпускаемой продукции и, соответственно, к уменьшению сроков выполнения проектных работ. Все это располагает к появлению инструментов, способствующих повышению производительности труда при решении поставленных проектных или исследовательских задач. Такими инструментами могут быть компьютерные программы, существенно уменьшающие затраты времени инженера на выполнение тех или иных рутинных операций.
Одним из примеров трудоемких инженерных расчетов является процесс имитационного моделирования сложных технических систем [1-2]. Сложность вызвана необходимостью построения систем уравнений, описывающих взаимодействие всех элементов моделируемой системы между собой. Количество этих уравнений прямо пропорционально количеству элементов в системе, что накладывает определенные трудности на процесс построения. Это заставило искать способы автоматизации построения таких моделей. Основой для автоматизации служит аппарат теории графов, который позволяет формализовать получение матриц коэффициентов топологических уравнений. Так как количество элементов может достигать нескольких сотен, построение моделей таких систем без использования вьгчцелительной техники становится практически невозможным. Облегчить труд инженера позволяет специально разработанная программа СгарЬЕс1ког.
