Введение к работе
Актуальность проблемы
Большая часть технологических процессов химических, нефтехимических, фармацевтических, пищевых, парфюмерных, лакокрасочных, клинико-диагностичесие и других производств характеризуется наличием операций, для выполнения которых необходима реализация автоматической подачи в объект управления устанавливаемых технологическим регламентом доз или расходов жидких компонентов. При этом при проектировании, а в последующем, и программировании оборудования, необходимо учитывать разнообразие физико-химических свойств дозируемых составов, обеспечивать достаточно высокую точность и широкие диапазоны дозирования.
Среди производств, указанных выше, связанных с задачами автоматизации процессов дозирования жидкостей, клинико-диагностические производства занимают особое место. Это обусловлено тем, что в последнее время в России получают развития частные клинико-диагностические лаборатории, а так же производства диагностических наборов реагентов, в которых дозирование проб и реактивов - обязательный этап аналитического и технологического процессов соответственно. И от того, на сколько точно дозируется требуемый объем, напрямую зависит точность получаемого результата лабораторного исследования. Таким образом, ввиду образования целого ряда предприятий малого и среднего бизнеса, занимающихся производством диагностических систем и клинико-диагностическими исследованиями, становится чрезвычайно актуальной проблема создания и эксплуатации высокоточного, недорого, надежного и компактного фасовочного оборудования, учитывающего специфические условия малых производств.
В отличие от крупносерийных и массовых производств такое оборудование должно быть приспособлено к работе с большой номенклатурой дозируемых составов и иметь возможность оперативной переналадки на разные типы продукции и объемы. Основным классом используемого автоматического оборудования дозирования являются системы дозирования без контроля величины дозы на основе положительного вытеснения объема дозы из сменных наконечников.
Строго говоря, использование роботизированных пипетирующих станций высвобождает только руки человека, так как робот не подвержен усталости и влиянию внешних факторов при монотонной и повторяющейся работе, которой является дозирование. Алгоритм движения руки робота жестко задан и не подвержен изменениям. Рука последовательно подходит к строго определенным ячейкам на рабочем столе робота и производит дозирование. Однако, при всей универсальности роботизированных пипетирующих станций (пипетирующих роботов) и четкости выполнения заложенных алгоритмов движения руки робота, параметры самого процесса дозирования (скорость аспирации, скорость дозирования, задержка между операциями) по-прежнему являются проблемой, решаемой человеком, исходя из его опыта и субъективных представления о свойствах дозируемого
реагента. Таким образом, задача интеллектуализации управления параметрами движения пипетирующего робота, обеспечивающими дозирование, является актуальной.
Основными параметрами, оказывающими влияния на точность дозирования, являются объем дозы, скорость забора жидкости (скорость аспирации), скорость сброса жидкости (скорость дозирования), а так же временная пауза (задержка) после этапов аспирации и дозирования. Однако, сами представленные параметры, строго говоря, имеют неопределенность определения из-за перекрестного влияния на них и друг на друга таких внешних характеристик как вязкость дозируемого реактива, температура окружающей среды, реактива, форма наконечника и т.д. Аналитический учет всей структуры взаимовлияний практически нереализуем в рамках современных производственных условий, таким образом, встает задача реализации интеллектуального управления параметрами дозирования. Одним из возможных путей решения данной задачи является использование аппарата нечеткой логики, которая получила большое распространения в последние двадцать лет в сфере управления технологическими процессами и приборами.
Целью работы является повышение эффективности процесса дозирования путем интеллектуализации выбора параметров дозирования.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Проанализировать устройство и принципы работы
роботизированных систем дозирования. Провести классификацию систем
автоматического дозирования. Проанализировать детерминированные и
случайные факторы, влияющие на производительность и точность систем
роботизированного дозирования.
Разработать базу знаний процесса задания параметров дозирования.
Создать виртуальный нечеткий контроллер на основе нечеткого логического вывода для осуществления процесса дозирования.
Произвести интеграцию виртуального нечеткого контроллера с системой управления роботизированной пипетирующей станцией и произвести полунатурное моделироване работы системы.
Оценить технологическую эффективность предложенной системы выбора параметров дозирования применительно к роботизированной пипетирующей станции EVO Freedom 75, Тесап.
Научная новизна работы заключается:
В разработке технологических аспектов интеллектуализации процесса дозирования.
В разработке системы нечеткого логического вывода по выбору параметров дозирования и создании виртуального нечеткого контроллера.
В моделировании системы нечеткого вывода в Matlab.
В интеграции виртуального нечеткого контроллера с системой управления роботизированной пипетирующей станции.
Практическая ценность работы заключается в создании интеллектуальной системы выбора параметров дозирования для роботизированной пипетирующей станции (подтвержденное актом внедрения в производственный процесс) и разработке модели системы управления движением исполнительного элемента пипетирующего робота на основе нечеткого логического вывода.
Публикации
Основное содержание диссертации изложено в 5 печатных работах, одна из которых в реферируемом журнале, входящем в перечень изданий, рекомендованных ВАК.
Апробация
Результаты работы доложены на 1-ой и 3-ей республиканских интернет-конференциях с международным участием «Мехатроника. Робтотехника. Автоматизация» 2007, 2010г. А так же на конференции молодых ученых Будапештского университета техники и экономики 2007г.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка используемой литературы, включающего 114 наименований, и 2-х приложений. Работа изложена на 119 страницах печатного текста, содержит 34 рисунка, 4 таблицы и приложения.
