Технология Создание интерактивных 3D-моделей производственных процессов и комплексов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

* * *

Благодаря использованию в прогнозировании температуры как основного компонента разработанный метод может имитировать как суточные скачки потребления, так и сезонные.

Применение аппарата искусственных нейронных сетей вместо статистических методов прогнозирования позволило повысить как точность прогнозирования, так и отказоустойчивость программного комплекса.

Список литературы:

1. Gijbels I. Pope Automatic Forecasting via expopential smoothimg / I. Gij-bels, A. Pope, M.P. Wand. - 1997.

2. Rafal W. Modeling and forecasting electricity loads / W. Rafal, A. Misio-rek // European Electricity Market EEM-04. - 2004.

3. Бэйсгруп [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.basegroup.ru.

ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЕ ИНТЕРАКТИВНЫХ ЭБ-МОДЕЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ И КОМПЛЕКСОВ

© Мочалов П.С.*, Мочалов С.П.

Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк

В докладе представлена технология создания интерактивных SD-мо-делей производственных процессов и комплексов с использованием среды разработки Unity 3D.

С целью внедрения новых разработок, обучения персонала, наглядной демонстрации работы оборудования и комплексов представлена технология создания интерактивных приложений, которая применима для любых технологических процессов и комплексов. Созданные по этой технологии программные продукты позволяют рассматривать интерьер и экстерьер зданий и сооружений, внешний вид, внутреннее устройство и работу оборудования, технологических агрегатов и комплексов, наблюдать и управлять различными физико-химическими процессами и технологическими операциями. Пользователю даётся возможность перемещаться в технологическом пространстве и выполнять различные действия от первого лица, что важно с образовательной точки зрения при работе в комплексе, моделировании нештатных и аварийных ситуаций, предоставления возможности исследования процессов путем самостоятельного осуществления различных экспериментов.

* Аспирант кафедры Информационных технологий в металлургии.

Для разработки программного обеспечения использовался инструмент -движок подобный тому, который применяется при создании компьютерных игр. Движок - это центральный программный компонент для создания интерактивных приложений с графикой, обрабатываемой в реальном времени. Он обеспечивает основные программные операции, упрощает разработку приложений и даёт возможность запускать программы на нескольких платформах операционных систем, например, GNU I Linux, Mac OS X и Microsoft Windows.

Поэтому при выборе среды разработки сделан упор на следующие основные характеристики:

- качественное и оптимизированное отображение трёхмерного пространства на различных платформах;

- наличие компонентов, позволяющих реализовывать физическое содержание задач;

- наличие мощного языка программирования;

- обеспечение возможности работы с базами данных;

- обеспечение возможности командной разработки приложений.

Перечисленным характеристикам к среде разработки удовлетворяет

Unity 3D, который является мульти платформенным инструментом для разработки двух- и трёхмерных приложений. Созданные с помощью Unity приложения работают под операционными системами Windows, Mac OS X, Android, Apple iOS, Linux, а также на игровых приставках Wii, PlayStation 3 и XBox 360. Этот инструмент также позволяет создавать интернет-приложения с помощью специального подключаемого модуля к браузеру Unity. Основные преимущества Unity заключаются в наличии следующих инструментов и свойств:

Интегрированный редактор. Все действия производятся через простой в освоении пользовательский интерфейс.

Импорт ресурсов. Unity поддерживает все основные форматы файлов и практически все приложения для создания графики.

Графика. В Unity высоко-оптимизированный графический конвейер как для DirectX, так и для OpenGL.

Тени и свет. Мягкие тени в реальном времени и запеченные карты освещенности.

Ландшафты. Огромные, густо заполненные ландшафты, которые с таким же успехом работают на низкопроизводительных компьютерах.

Шейдеры. Шейдерная система Unity сочетает простоту использования, гибкость и производительность.

Скрипты. Boo (диалект Phyton), javascript и C# на основе .NET с библиотеками и полной качественной документацией.

Работа с сетью. Обеспечение работы в различных локальных и глобальной сети Internet.

Базовое моделирование физических явлений. Встроенный движок Ageia PhysX™ Physics Engine. Поддержка физики твердотельных предметов, шаровых соединений, движения объектов и др.

Технология разработки интерактивного трёхмерного комплекса представлена на рис. 1.

Процесс разработки состоит из следующих основных этапов: Задание входных данных. На данном этапе происходит сбор материалов необходимых для трёхмерного моделирования геометрии зданий, сооружений, оборудования, а так же для моделирования процессов. Такими материалами являются чертежи, эскизы, рисунки, видео записи и фотографии и другие материалы. Собираются данные необходимое для создания математических моделей, по которым будут рассчитываться процессы. Совместно с работниками предприятия обсуждаются виды и сценарии нештатных и аварийных ситуаций, особенности поведения персонала и т.д.

3D моделирование. На основе собранных материалов моделируются виртуальные трёхмерные геометрические объекты, а так же создаются текстуры, для придания реалистичности поверхностям объектов [1].

Математическое моделирование. Изучение протекающих физико-химических процессов, разработка математической модели, исследование и подбор настроечных коэффициентов. Тестирование и исследование модели на контрольных примерах и реальных условиях [2].

Разработка приложения в Unity. Данный этап состоит из частей: Создание компонентов. В системе создаётся минимальный набор обязательных компонентов - проект и сцена, а так же направленный источник света (Direction light) и контроллер от первого лица [3]. Контроллер представляет собой геометрический компонент простой формы с камерой и набором скриптов, описывающих перемещение и обрабатывающих события клавиатуры и мыши. Все остальные объекты условно разделяются на категории: статические (стены, крыша, балки, корпус оборудования, лестницы и т.д.), интерактивные и / или анимированные (взаимодействующие с пользователем и движущиеся и / или трансформирующиеся объекты) и явления рассчитываемые математической моделью (процесс сжигания водоугольного топлива в вихревой печи). Согласно описанным категориям для объектов (импортированная геометрия) создаются анимации и системы частиц [4].

Программирование скриптов. Подключается необходимый набор стандартных библиотек, а так же дополнительные - «CSharpMessenger». На языке C# реализуются скрипты связанные с пользователем (UserStats, UserLogic, UserBar), описывающие реакцию на действия пользователя курсором (Mouse), логику компонентов (ComponentLogic), расчет математических моделей процессов (BurnerProcessSolver). Последний скрипт рассчитывает параметры процесса и управляет элементами визуализации технических средств, а так же компонентами иллюстрирующими физические явления самого процесса [5].

Входные данные

Статистические данные, графики, описание процессов

Чертежи и рисунки, видео и фото материалы

30 моделирование

Autodesk 3ds Max Моделирование геометрии (сетки) и создание материалов Adobe Photoshop Создание текстур

i +

Экспорт в FBX т Экспорт в JPEG

Математическое моделирование

Математические пакеты ПО Разработка, исследование и тестирование моделей

Создание компонентов

Создание проекта и сцены

Создание систем частиц (Particle System)

Создание анимации элемента

Создание контроллера от первого лица (FPS controller)

Создание источников света: направленный и местный (Direction, spot}

Разработка приложения в С/пНуЗО

Импортирование 30 моделей и текстур

Явления, отображаемые системой частиц Настройка системы

Конфигурирование компонентов

Настройка материалов, назначание коллайдеров (если требуется)

Контроллер от первого лица Назначение скриптов: изегВаг, изегЬодю,

иБег31а15

Источники света Настройка неба, теней и др.параметров

Интерактивные и/или анимированые компоненты Настройка анимации Назначение скриптов: Сотропеп11_од1с, МОИ

Статические компоненты Назначение скриптов: ComponentLogic

Явления, рассчитываемые математической моделью Использование геометрии (если необходимо) Использование систем частиц (если необходимо} Назначение скриптов: ВигпегРгосе553о1уег

Скриптинг

Подключение стандартных библиотек Unity, а так же библиотеки «CSharpMessenger»

Создание скриптов; UserStats.es; UserBarxs; UserLogic.cs; Mouse.cs; BurnerProcessSolver.cs; ComponentLogic.es.

Компиляция

Приложение для Windows

Готовое приложение

Приложение для Мае

Приложение для \Л/ЕВ

Рис. 1. Структура технологии разработки

Конфигурирование компонентов. Производится соответствующая настройка компонентов и их параметров. Назначение скриптов. Установка связей и т.п.

Конечная настройка и компиляция. На данном этапе настраиваются параметры качества изображения, выбирается компилятор под определённую операционную систему и компилируется готовое приложение [6].

Список литературы:

1. Келли Мэрдок. 3ds Max 2012. Библия пользователя. Диалектика. -Вильямс, 2012. - 1294 с. - ISBN 978-5-8459-1768-3, 978-1-118-02220-7.

2. Федоткин И.М. Математическое моделирование технологических процессов. - Либроком, 2011. - 416 с. - ISBN 978-5-397-01905-7.

3. Sue Blackman. Beginning 3D Game Development with Unity: All-in-one, multi-platform game development. - Apress, 2011 - 992 c. - ISBN 1430234229.

4. Ryan Henson Creighton. Unity 3D Game Development by Example. - Packt Publishing, 2010. - 384 c. - ISBN 1849690545.

5. Volodymyr Gerasimov, Devon Kraczla. Unity 3.x Scripting. - Packt Publishing, 2012. - 292 c. - ASIN: B008AWTYSY.

6. Will Goldstone. Unity 3.x Game Development Essentials. - Packt Publishing, 2011. - 488 c. - ISBN 1849691444.

УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ (APC) НЕФТЕХИМИЧЕСКИМ ПРОИЗВОДСТВОМ НА ОСНОВЕ МНОГОУРОВНЕВОЙ НЕЙРОСЕТЕВОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

© Слетнёв М.С.*, Веревкин А.П.4

Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа

В настоящей статье предложена интеграция интеллектуальной системы поддержки принятия решений (DSS) для оперативного управления нефтехимическим предприятием с APC-решением диагностики измерительных каналов. Описана методика построения нейросетевых моделей для верификации значений измеряемых параметров с учетом характера физико-химических свойств технологического процесса.

Предложена методология построения систем DSS с учетом потребности в верификации данных.

* Кафедра Автоматизации технологических процессов и производств. Научный руководитель: Буренин В. А., профессор кафедры Вычислительной техники и инженерной кибернетики, доктор технических наук.

* Кафедра Автоматизации технологических процессов и производств.