Введение к работе
Актуальность темы исследования. Повышение сложности процессов автоматизации в машиностроительном производстве ведет к росту требований, предъявляемых к системам управления технологических объектов и процессов. Соответственно растет количество факторов, которые требуется учесть в процессе их проектирования.
Лазерная обработка широко используется на машиностроительных предприятиях, таких как ОАО «КАМАЗ», поскольку является универсальной и используется для различных видов обработки: резки, пробивки отверстий, сварки, закалки, маркировки и т.д.
Автоматизация проектирования систем автоматического управления лазерными технологическими комплексами требует учета определенных факторов, влияющих на выбор элементов и системы управления в целом. На сегодняшний день отсутствуют методики, позволяющие в автоматическом режиме решать все задачи, возникающие на различных этапах проектирования. К таким задачам относится формирование структурной схемы системы управления и процедура выбора элементов, поскольку данный процесс можно рассматривать как творческую работу, когда проектировщик, используя накопленный опыт и интуицию, формирует новую систему управления с требуемыми характеристиками. В этом случае большое значение приобретают личные качества проектировщика, его способность принимать верные решения в сложной информационной обстановке.
Для сокращения сроков разработки новых проектов на рынке представлено множество программных продуктов, позволяющих автоматизировать различные этапы проектирования. Анализ программного обеспечения показал, что этап формирования структурной схемы и выбор элементов системы управления проводится в диалоговом режиме. Проектировщику приходится анализировать различные варианты системы управления. На выбор конкретного варианта оказывает влияние множество факторов, и задачей проектировщика является выбор такого варианта, который удовлетворял бы всем требованиям к системе управления. Появление ошибок на данном этапе приведет к наибольшим затратам времени и средств на их устранение.
На сегодняшний день множество фирм предлагают свои услуги по разработке систем управления технологическим оборудованием. В большинстве случаев их подход к построению систем автоматического управления (САУ) заключается в адаптации наработанных ранее решений к конкретному оборудованию. Данный подход позволяет значительно сократить объем работы, связанной с разработкой конструкторской документации, сокращается количество элементов, требуемых при создании и ремонте систем управления. Использование типовых элементов позволяет реализовать программы, предназначенные для формирования различных типов документации: спецификаций, схем соединений и т.д. Анализ показал, что большинство фирм постепенно приходят к использованию вышеуказанного подхода, поскольку в условиях серийного выпуска он позволяет сократить затраты времени и средств на разработку новых систем управления.
Использование ранее разработанных вариантов систем управления в качестве основы для построения новых требует наличия архива, в котором хранится информация о таких проектах, а также правила по которым эти варианты могут быть выбраны и адаптированы. Использование базы прецедентов (БП) позволяет разработать систему, которая на основе разработанных правил и алгоритмов позволяет в автоматическом режиме проводить формирование структурной схемы и выбирать ее элементы с характеристиками, необходимыми для получения требуемых свойств разрабатываемой системы управления.
Степень разработанности исследуемой проблемы. Работа базируется на методах проектирования систем управления технологическим оборудованием, рассмотренных в работах Мартинова Г.М, Сосонкина В.Л, Онищенко Г.Б, Э. Л. Тихомирова, В. В. Васильева, Б. Г. Коровина, В. А. Яковлева. Работы Адгамова Р.И., Бесекерского В.А., Пинского Ф.И., Давтяна P.M., Черняка Б.Я. посвящены разработке математического описания сложных объектов, в том числе и систем автоматического управления. Существенный вклад в изучение вопросов воздействия лазерного излучения внесли работы Григорьянца А.Г., Сафронова А.Н., Абельсиитова Г.А., Звездина В.В.Заморского В.В., Сабирова И.С., Валиахметова Р.Р.; по системам поддержки принятия решений - Поспелова Д.А., Вагина В.Н., Саати Т., Попова Э.В. и др.; по системам автоматизированного проектирования работы Маслова А.А., Лопоты В.А.
Объект исследования: система автоматического управления лазерным технологическим комплексом.
Предмет исследований составляют: алгоритмы и методы построения в автоматическом режиме системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом (ЛТК).
Цели и задачи исследования. Целью является повышение эффективности решения задач автоматизированного проектирования системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом на основе формирования базы прецедентов.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Исследовать существующие типы систем автоматического управления лазерным технологическим комплексом. Определить структурные элементы и их основные характеристики. Проанализировать подходы к построению и модернизации системы управления лазерным технологическим комплексом. Провести анализ существующих программных продуктов, предназначенных для построения средств автоматизации.
-
Разработать методику формализованного описания элементов системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом.
-
Разработать методику формирования альтернативных вариантов системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом, основанную на вариативной модели иерархического представления процесса автоматизированного проектирования по комплексному критерию оценки.
-
Разработать комплексный критерий оценки системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом.
-
Разработать математическую модель контура управления.
-
Разработать алгоритмы и программное обеспечение с использованием разработанной методики проектирования системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом.
-
Апробировать разработанную автоматизированную систему проектирования на основе базы прецедентов на примере построения системы управления лазерным технологическим комплексом Хебр-1А.
В процессе диссертационного исследования получены следующие результаты, содержащие элементы научной новизны:
-
Разработана модель базы прецедентов на основе структуры прецедента элементов и САУ, правил поиска прецедентов, реализованных для решения задач автоматизированного проектирования системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом.
-
Разработана методика формализованного описания элементов системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом на основе их функциональных признаков с учетом интеграции в элементе нескольких функций.
-
Разработана методика формирования альтернативных вариантов системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом, основанная на вариативной модели иерархического представления процесса автоматизированного проектирования по комплексному критерию оценки.
-
Разработан комплексный критерий выбора системы автоматического управления, основанный на использовании метода экспертной оценки (метода анализа иерархий). Данный комплексный критерий учитывает особенности управления лазерным технологическим комплексом, в том числе выход температуры в зоне лазерной обработки за заранее заданный диапазон.
Практическая значимость полученных результатов:
Разработаны алгоритмы и программное обеспечение на их основе, реализующее методику построения структурной схемы системы управления и по заданным пользователем приоритетам осуществляющее выбор требуемого решения из альтернативных вариантов.
Разработан алгоритм управления лазерным технологическим комплексом, в котором учитываются инциденты, связанные с отклонением температуры от заданного диапазона.
Разработана математическая модель системы управления температурой, позволяющая проверить устойчивость альтернативных вариантов на этапе проектирования.
Реализация и внедрение результатов исследований осуществлено на ООО «Кондиционер» при модернизации системы управления лазерным технологическим комплексом Хебр-1А. Основные положения диссертации используются в учебном процессе Камской государственной инженерно-экономической академии.
Основные методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методики теории управления для исследования системы автоматического управления. Экспериментальные исследования проводились на ЛТК "Хебр-1А" с использованием методов металлографического анализа образцов. Использовалась теория системного анализа, методы теории управления для исследования систем автоматического управления, а также метод иерархического анализа.
Апробация работы. Основные результаты и отдельные разделы диссертации докладывались и обсуждались на VII Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (с участием иностранных ученых) (Красноярск, 2006г.); на всероссийской научно-технической конференции “Наука - производство - технологии - экология” (Вятский государственный университет, 2006г.); на III Международной научно-технической конференции “Современные проблемы машиностроения” (Томский политехнический университет, 2006г.); на научно-практической конференции “Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения” (Южно-Российский государственный технический университет, 2007г.); на научно-практической конференции “Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании” (Научно-исследовательский проектно-конструкторский институт морского флота Украины, 2007г.); на научно-практической конференции “Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике” (Южно-Российский государственный технический университет, 2007г.); на VIII Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (Новосибирск, 2007г.); на научных семинарах в Камской государственной инженерно-экономической академии (2004-2009гг).
Публикации. Содержащиеся в диссертации материалы нашли отражение в 11 научных трудах, в том числе 2 статьях в рецензируемом научном журнале, определенном ВАК РФ (КШП-ОМД, №12, 2007г. и КШП-ОМД , №7, 2009г)
Структура и объём диссертации: Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок, 31 таблицу, список литературы включает 101 наименование.
Похожие диссертации на Формирование базы прецедентов для задач автоматизированного проектирования системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом
