Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблем и разработка их решений при проектировании автоматизированных систем испытаний двигателей внутреннего сгорания на современном этапе 11
1.1. Виды испытаний ДВС и испытательных работ 11
1.2. Задачи автоматизации испытаний 12
1.3. Состояние работ по созданию и внедрению АСИ ДВС 16
1.4. Структура разработанной и внедренной АСИ ДВС 26
1.5. Проблемы проектирования математического и программного обеспечений АСИ ДВС и пути их решения 28
ГЛАВА 2. Формализованное описание технологического процесса автоматизированных испытаний ДВС 34
2.1. Разработка методики формализованного описания технологического процесса автоматизированных испытаний ДВС 34
2.2. Формализованное описание технологического базиса автоматизированных испытаний ДВС 37
2.3. Формализованное описание общих целей и задач автоматизированных испытаний ДВС 43
2.4. Отображение элементов формализованного описания в процессе проектирования АСИ ДВС 52
ГЛАВА 3. Разработка алгоритмической структуры и банка унифицированных алгоритмов АС и ДВС 57
3.1. Разработка принципов проектирования и унификации алгоритмов АСИ ДВС 57
3.2. Разработка управляющих алгоритмов АСИ ДВС 62
3.2.1. Обоснование принципов и режимов функционирования АСИ ДВС 63
3.2.2. Построение алгоритмов управления технологией испытания ДВС 66
3.3. Разработка принципов ведения автоматизированной
технологии испытаний ДВС 77
3.4. Разработка функциональных алгоритмов АСИ ДВС. 81
ГЛАВА 4. Разработка системы автоматизированной подготовки и настройки программного обеспечения асидвс 95
4.1. Разработка методов многоуровневой подготовки и настройки алгоритмов АСИ ДВС 95
4.2. Построение модели базы данных АСИ ДВС 102
4.3. Входной технологический язык системы автоматизированной настройки программного комплекса АСИ ДВС 111
Заключение 118
Список литературы
- Состояние работ по созданию и внедрению АСИ ДВС
- Формализованное описание технологического базиса автоматизированных испытаний ДВС
- Обоснование принципов и режимов функционирования АСИ ДВС
- Построение модели базы данных АСИ ДВС
Введение к работе
Срок создания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) зачастую составляет от 5 до 10 лет, включая время, необходимое на экспериментальную доводку двигателя. При этом сам процесс доводки продолжается на протяжении всего периода серийного выпуска изделия вплоть до снятия его с производства [78].
Наиболее перспективным способом повышения качества, сокращения сроков разработки, доводки и подготовки серийного выпуска ДВС является автоматизация процессов начиная от проектирования отдельных узлов и всего двигателя в целом с помощью систем автоматизированного проектирования ДВС (САПР ДВС) до автоматизации экспериментальных исследований и испытаний двигателя на базе автоматизированных систем испытаний (АСИ) ДВС [89].
-. Эксперименты на двигателях внутреннего сгорания достаточно трудоемки и длительны (около 80% общего объема работ по созданию двигателя приходится на экспериментальные работы). Сложны и трудоемки обработка и анализ результатов исследований и испытаний ДВС.
чПрименение многофункциональных автоматизированных систем испытаний двигателей внутреннего сгорания, как показывает мировой опыт, позволяет сократить в 5-Ю раз расходы на проведение и обработку результатов испытаний двигателей.
Поэтому решению проблем создания, внедрения и эксплуатации автоматизированных систем исследований и испытаний различных типов двигателей уделяется большое внимание российскими и зарубежными учеными и предприятиями двигателестроения [2].
Большинство отечественных систем автоматизации испытаний ДВС разрабатывались по индивидуальным заказам, и каждая из этих АСИ практически являлась уникальной системой [17].
Как показала практика, широкое внедрение АСИ ДВС в масштабах отрасли для различных классов и типов современных двигателей внутреннего сгорания, а также видов их испытаний невозможно без решения проблемы создания унифицированного математического и программного обеспечений и средств автоматизированной подготовки и настройки алгоритмов технологии. Эти трудности и проблемы усугубляются также требованиями резкого расши-
рения выполняемых системой функций и необходимостью постоянной коррекции алгоритмов в связи с достаточно частыми изменениями технологии (в особенности, при проведении исследовательских и доводочных испытаний ДВС и его узлов) [18].
Решение этой проблемы возможно на основе последних достижений в области системного анализа, формализации и алгоритмизации технологии испытаний двигателей. Благодаря работам Адгамова Р.И., Берхеева М.М., Дмитриева СВ., Заляева И.А., Кожевникова Ю.В., Красных В.Л., Моисеева B.C., Хайруллина А.Х. и др. в области автоматизированных систем испытаний заложен фундамент организации подобных систем в области двигателестроения. В этих исследованиях разработаны математические методы оценки и уточнения характеристик двигателей; созданы методики рационального выбора структуры АСИ и аналитического проектирования автоматизированного технологического процесса испытаний; отдельные алгоритмы, методы испытаний и т.д. [2,3,5,50, 68].
Однако дальнейшее усовершенствование АСИ ДВС, всех видов её обеспечений, расширение функциональных возможностей и повышение эффективности их эксплуатации связано с появлением новых возможностей средств управления, контроля, обработки хранения, отображения и передачи информации [76],
В связи с этим, в настоящее время требуется выход на новый качественный уровень АСИ ДВС, обеспечивающий повышение достоверности правильного диагностирования технического состояния двигателя, который может быть обеспечен только за счет унификации и стандартизации математического, программного, информационного обеспечений и единства концептуальных основ построения АСИ ДВС, опирающихся на различные аспекты ее интеграции и интеллектуализации [76].
Цель работы. Научное обоснование и разработка унифицированного математического и программного обеспечений АСИ ДВС и системы автоматизированной подготовки и настройки программного комплекса. Задачи исследований:
1. Теоретически обосновать возможность формализованного описания автоматизированных технологических процессов испытаний ДВС с целью создания алгоритмической структуры АСИ ДВС, настраиваемой на любые виды
испытаний в независимости от комплекса технических средств (КТС) и типов двигателей внутреннего сгорания.
На основе формализованного описания технологии испытаний разработать алгоритмическую структуру АСИ ДВС и банк унифицированных управляющих и функциональных алгоритмов системы.
Теоретически обосновать и разработать режимы организации общего функционирования АСИ ДВС для реализации исследовательских, доводочных и типовых испытаний двигателей внутреннего сгорания и сокращения при их проведении временных, материальных и энергетических затрат.
Разработать систему автоматизированной подготовки и настройки программного комплекса АСИ ДВС на различные виды технологий испытаний, типы и модификаций двигателей.
На защиту выносятся:
методика формализованного описания технологии автоматизированных испытаний ДВС q выделением и систематизацией множеств однородных по степени детализации, сложности и методам реализации элементов многоуровневой структуризации технологии;
методика проектирования открытой алгоритмической структуры и организации общего функционирования АСИ ДВС, настраиваемой на различные виды технологии испытаний, типы двигателей;
методика автоматизированной подготовки и настройки программного обеспечения АСИ ДВС, с учетом требований, позволяющих включать эту систему в САПР более высокого уровня, а именно в САПР АСИ ДВС.
Научная новизна:
Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что формализованное описание автоматизированных технологических процессов испытаний ДВС должно осуществляться на основе отображения иерархических уровней структуризации технологии в виде двух относительно независимых множеств ее компонентов. К первому множеству отнесены элементы, инвариантные к средствам и методам реализации и характеризующие общие цели и планы испытаний. Второе множество содержит элементы, характеризующие определенные действия, совершаемые программно-аппаратными средствами АСИ и испытателями по реализации конкретных физических процессов.
Впервые на основе формализованного описания обоснована открытая алгоритмическая структура АСИ ДВС с разделением организации автоматизированной технологии испытаний через унифицированные управляющие алгоритмы и алгоритмы функциональных модулей.
Впервые обоснована целесообразность организации общего функционирования АСИ ДВС в базовых интегрированных режимах: «Автоматический», «Диалоговый», «Распознавание» и «Следящий», обеспечивающих проведение исследовательских, доводочных и типовых испытаний и эффективное использование ресурсов дорогостоящего стендового оборудования.
Впервые обоснована методика автоматизированной подготовки и настройки программного комплекса АСИ ДВС на различные виды испытаний, типы двигателей, с учетом требований, позволяющих включать эту систему в САПР более высокого уровня, а именно в САПР АСИ ДВС.
Практическая ценность:
Разработанные унифицированное математическое и программное обеспечение внедрены в комплексе с АСИ ДВС на испытательных станциях АО «Завод двигателей» (ЗД) и Научно-технического центра (НТЦ) ОАО КАМАЗ.
Создана открытая алгоритмическая структура АСИ ДВС с разделением организации автоматизированной технологии испытаний через унифицированные управляющие и функциональные алгоритмы. Данная алгоритмическая структура АСИ ДВС позволяет постоянно совершенствовать систему с появлением новых возможностей средств управления, регулирования, контроля, обработки, хранения, отображения, передачи информации, а также интегрирования в систему модульных средств других разработчиков предметной области.
Создан банк унифицированных алгоритмических модулей АСИ ДВС в количестве 42 единиц, в частности, управления, регулирования, измерений на установившихся и переходных режимах работы ДВС, аварийного контроля и т.д., которые позволяют организовать любые испытания различных типов и модификаций двигателей.
Разработаны вектора настройки, которые включают в себя 421 характеристику параметрического описания обобщенной технологии, ДВС и КТС.
Разработаны базовые интегрированные режимы общего функционирования АСИ ДВС «Автоматический», «Диалоговый», «Распознавание», «Следящий», обеспечивающие проведение исследовательских, доводочных и типовых испытаний двигателей внутреннего сгорания и эффективное использование ресурсов дорогостоящего стендового оборудования.
Разработана система автоматизированной подготовки и настройки программного обеспечения АСИ ДВС на различные виды испытаний, типы двигателей, с учетом требований, позволяющих включать эту систему в САПР более высокого уровня, а именно в САПР АСИ ДВС.
7. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедрах «Двигатели внутреннего сгорания» и «Автоматизация и информационные технологии» Камского политехнического института (г. Набережные Челны).
Реализация результатов. Результаты исследований внедрены в комплексе с АСИ ДВС на испытательных станциях АО ЗД и НТЦ ОАО КАМАЗ, используются в учебном процессе в Камском политехническом институте (г. Набережные Челны) на кафедрах «Двигатели внутреннего сгорания», «Автоматизация и информационные технологии». Диссертация выполнена в специализированной лаборатории научно-исследовательского сектора Камского политехнического института и на испытательных станциях АО ЗД и НТЦ ОАО КАМАЗ в период с 1991 по 1995 г.г. на основе работ по проектированию, испытанию и внедрению АСИ ДВС на испытательных станциях АО ЗД и НТЦ ОАО КАМАЗ, АО«ЕлАЗ» (г. Елабуга), госбюджетных и хоздоговорных работ, научно-исследовательских разработок. Грантов Российской Федерации 1992, 1993, 1994 Г.Г., Грантов Республики Татарстан 1998 и 1999 г.г., проведенных под руководством Д.Т.Н., профессора Хайруллина А.Х.
Апробация работы. Результаты работ представлены в монографии «Математическое обеспечение автоматизированных систем исследований и испытаний двигателей внутреннего сгорания» (издательство «Машиностроение» г.Москва, 1995 год), в сборнике научных трудов КамПИ (г.Набережные Челны, 1994 год), на Международной научно-технической конференции «Механика машиностроения-95» (г. Набережные Челны), на Региональном конкурсе «Молодые дарования-95» (Диплом I степени), на международной научно-технической конференции «Модель-проект-95» (г. Казань), на Республиканском конкурсе «Лобачевский-97» (г. Казань).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе, 1 монография (изд-во Машиностроение, г. Москва) и 7 статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 151 странице, включает 25 рисунков.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе изложены предпосылки и необходимость решений поставленных задач; проведен анализ исследований в области применения автоматизированных систем при испытаниях ДВС, достижений при проектировании технологий автоматизированных испытаний, формирования архитектур АСИ ДВС. Проведен анализ современных концептуальных направлений разви-
тия информационно-измерительного, программного обеспечений предметной области. Определены основные проблемы и пути их решения при разработке и унификации математического и программного обеспечений АСИ ДВС.
В работе представлена структура АСИ ДВС, в которой реализован разработанный автором пакет унифицированных алгоритмов. Данная система была внедрена на испытательных станциях АО ЗД и НТЦ ОАО КАМАЗ
Во второй главе произведена разработка методики формализованного описания и алгоритмизации технологии автоматизированных испытаний ДВС,
С целью систематизации и формирования состава типовых задач испытаний ДВС проведен пооперационный анализ различных технологических процессов. На основе этого анализа обобщено и выделено множество типовых операций, отличающихся по своим функциональным назначениям, по способам их реализации на технических средствах, степени важности и т.д. Формализованное описание технологии, предопределяющее в конечном итоге алгоритмическую структуру АСИ ДВС, выполнено на основе представления процессов испытаний как некоторой реализации многочисленных вариантов этих операций в различной логической последовательности,
В результате получено формализованное описание автоматизированного технологического процесса испытаний ДВС на основе отображения уровней структуризации технологии в виде двух относительно независимых множеств ее компонентов. К первому множеству отнесены элементы, инвариантные к средствам и методам реализации и характеризующие общие цели и планы испытаний. Алгоритмы этих элементов технологии в дальнейшем спроектированы как управляющие алгоритмы АСИ ДВС. Алгоритмы второго множества, содержащие элементы, характеризующие определенные действия, совершаемые программно-аппаратными средствами АСИ и испытателями по реализации конкретных физических процессов, разработаны как функциональные модули АСИ ДВС.
Третья глава посвящена разработке на основе формализованного описания алгоритмической структуры АСИ ДВС, банка унифицированных управляющих и функциональных алгоритмов и режимов общего функционирования системы.
На основе формализованного описания и алгоритмизации автоматизированной технологии испытаний двигателей внутреннего сгорания предложена алгоритмическая структура АСИ ДВС, на базе которого создан проблемно-ориентированный программный комплекс, настраиваемый в независимости от видов испытаний, типов ДВС и изменений комплекса технических средств (од-
повременно данная алгоритмическая структура позволяет использование модульных средств других разработчиков предметной области).
Теоретически обоснованы режимы организации общего функционирования АСИ ДВС («Автоматический», «Диалоговый», «Распознавание», «Следящий») для реализации исследовательских, доводочных и типовых испытаний ДВС и сокращения при их проведении временных, материальных и энергетических затрат.
В главе четыре проведена разработка системы автоматизированной подготовки и настройки программного обеспечения АСИ ДВС,
С методической точки зрения система автоматизированной подготовки и настройки алгоритмов испытаний разработана на основе формализации технологии испытаний ДВС и разработанных унифицированных функциональных и управляющих алгоритмов как генерирование некоторого элемента технологии по заданному его функциональному назначению. При этом генерирование осуществлена из допустимого набора компонентов многоуровнедой технологии и векторов вариантных параметров, правил их сборки, а также вектора параметров технологического объекта управления. Кроме того, в качестве одного из основных правил принято назначение и использование при генерации идентификаторов конкретных реализаций компонентов технологии.
Представлены варианты выбора и подготовки необходимого алгоритма при работе с автоматизированной системой подготовки и настройки программного обеспечения АСИ ДВС, а также разработанные основные блоки системы.
Диссертант выражает огромную благодарность за руководство работой заслуженному деятелю науки и техники Республики Татарстан, доктору технических наук, профессору Асфандияру Халиулловичу Хайруллину, а также Мо-чалову Игорю Леонидовичу за помощь при подготовке программного обеспечения АСИ ДВС и разработке методов повышения производительности автоматизированной системы.
Состояние работ по созданию и внедрению АСИ ДВС
Проектированием и внедрением автоматизированных систем исследований и испытаний двигателей занимаются ряд отечественных и зарубежных предприятий и фирм. Эти системы отличаются структурой, применяемой измерительной и вычислительной техникой, а также своими функциональными возможностями.
В Советском Союзе большинство систем автоматизации испытаний разрабатывалось по индивидуальным заказам и каждая из таких АСИ практи чески являлась уникальной системой [55]. В 80-е и в начале 90-х годов в СССР и в дальнейшем в России автоматизация технологических процессов испытаний ДВС на предприятиях машиностроения проводилась в основном на базе типо вых серийно выпускаемых измерительно-вычислительных комплексов (ИВК). \ Современное состояние информационно-измерительного обеспечения стендового комплекса технических средств на период с 1991г. характеризуется следующими концептуальными моментами.
Производительность АСИ зависит, в основном, от производительности устройства связи с объектом, которое рассматривается как комплекс программ-ных и аппаратных средств для организации мультиплексного обмена информа-цией между управляющим вычислительным комплексом и объектом. В частности, широкое распространение получили стандартизованные модули, осуществляющие нормирование и (или) линеаризацию входных сигналов с датчиков, усиление сигналов для исполнительных устройств, которые в зарубежной литературе называются Data Acquisition Modules (DAM). Унификация датчиков и модулей стала возможной благодаря использованию открытого интерфейсного протокола обмена, который включает нескольких типов специальных сетевых протоколов и имеет собирательное название FieldBus. Например, протоколы обмена информации DeviceNet; Arcnet; Opt; Mux; протокол 12C, включенного в 1996-97г.г. платформах IBM-PC совместимых машин (компании IBM, Compag, HP, Aser и др.). На основе этого протокола датчики, измерительные преобразователи, исполнительные механизмы и управляющая ЭВМ интегрируются в распределенную АСИ, получающую в последние годы все большее распространение. За эти годы произошел переход вычислительно-управляющей аппаратуры на IBM-PC совместимую базу (IBM-PC - совместимые контролеры; системные ШИны ISA, PCI; интерфейсные платы с шиной ISA, PCI), формирование класса «индустриальных компьютеров». По этому пути идут компании Octagon Systems, Ampro, Aqvantech, Radisys, Pep и др. [1,6,25,27,28].
В то же время произошло формирование нового класса измерительных устройств- интеллектуальных датчиков, имеющих возможность обработки сигналов первичных преобразователей информации, самокорректировки и самонастройки, например, изделия компании Grayhill. Таким образом, благодаря тому, что потребности рынка измерительных преобразователей в значительной степени удовлетворяются имеющимся ассортиментом такого рода устройств, проблема выбора технических средств, соответствующих запросам проектировщика АСИ, в настоящее время практически отсутствует.
Разработчики модульных средств обычно унифицируют и программные средства, что вызвано к стремлению расширения рынка сбыта при сокращении номенклатуры программных и аппаратных средств автоматизации. Известны модульные.средства семейства PC-LabCard (Lab, Industrial and Engenering I/O Cards for IBM (PC/AT)) фирмы S.P.E/C/ LTD (U/K/), ориентированные на использование компьютеров IBM для лабораторного и промышленного применения в качестве систем сбора и обработки данных, которые поддерживаются настраиваемыми на пользователя программными средствами PC-LabDAS для регистрации данных, диспетчерского управления, управления и контроля изделия; LabTECH NOTEBOOK- для анализа данных в реальном времени и др.
Попытка охватить все многообразие реальных задач измерений находит свое отражение в технологии виртуальных приборов (Virtual Instruments), под которыми понимается компьютер, оснащенный набором модульных програмных и аппаратных средств, адаптированных к условиям решаемых задач. Примером таких систем являестя Lab VIEW- разработка фирмы National Semiconductors.
Системы SCADA занимают промежуточное положение между простыми системами, реализующими MMI (Man-Machine Interface-человеко-машинный интерфейс) при работе с оператором, и большими производственными системами MES (Manufacturing Execution System- системы диспетчерского управления производством), осуществляющими оптимизацию управления производством в целом, включая планирование запасов комплектующих, со ставление расписания технологических процессов. Системы типа SCADA позволяют в сжатые сроки разработать программное обеспечение для основного уровня управления в иерархической структуре автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП), на котором осуществляется сбор и обработка информации, поступающей от датчиков и контролеров, и вырабатываются команды управления технологическими объектами. На их основе можно строить распределенные АСУТП с большим количеством связанных между собой операторских мест, с каждого из которых осуществляется контроль за технологическим процессом испытаний.
Примерами SCADA-систем являются зарубежные разработки Genesis (Iconics), Fix (Intellution), InTouch (Wonderware) и отечественная TraceMode (Adastra Research Group). В состав типовой SCADA-системы входят: база данных параметров и диалоговый редактор базы данных; графические редакторы статистичерких и динамических преобразователей; графические редакторы символов (библиотеки готовых пиктограмм); средства сбора и отображения данных предыстории по любому параметру базы данных; генератор отсчетов; средства отображения событий реального времени (мнемосхемы, сводки событий и тревог, звуковая и речевая сигнализация).
Основные концептуальные моменты развития программного обеспечения АСИ ДВе заключается в следующем: - ужесточение требований к обеспечению работы оборудования в «реальном масштабе времени», перераспределение объема программных ресурсов между измерительно-информационными устройствами и вычислительно-управляющим ядром систем: максимум математической обработки измерительных и информационных сигналов перекладывается на контроллеры нижнего уровня и интеллектуальные датчики. - использование на основном уровне управления программных SCADA -систем, базирующихся на DOS, WINDOWS ОС, специализированных ОС для диспетчеризации и управления ТП типа QNX фирмы Software Systems Ltd; а также Delphi и delphi - подобных пакетов;
Формализованное описание технологического базиса автоматизированных испытаний ДВС
Пооперационный анализ технологии испытаний двигателей показывает, что могут быть выделены систематически повторяющиеся, однородные по способу осуществления и обособленные в структурно-временном отношении действия испытателей и программно-технических средств (например, сбор аналоговых значений кодов некоторой группы параметров на заданном переходном режиме, аппроксимация нагрузочной характеристики, вычисление физических значений параметров по градуировачным характеристикам, вывод текста имен и значений параметров ДВС на экран дисплея и т.д.). Эти действия или совокупность этих действий, представляющие самый нижний уровень в иерархической структуре будем называть элементарными технологическими операциями и обозначать символом е,(/ = 1,2, ...). Каждая операция сможет иметь, в свою очередь, от одного до нескольких вариантов реализации для компоновки различных режимов работы двигателя, операций испытаний и т.д. Таким образом, символ et І-Й элементарной операции (ЭО) можно представить функцией вида: #=Фе, а), (2.1) где а =(а ь а 2, ) - векторный параметр, который задает один из вариантов реализации операции е,-. Параметры а i, а 2,... могут быть названы параметрами настройки операции е,- на конкретную реализацию, причем область определения вектора а задается множеством Q. Оператор Фе/ в первой части выражения (1.1) будем называть именем элементарной операции а его состояние соответствующее конкретным значениям ос - реализацией или значением ЭО.
Компоненты вектора а , в свою очередь, также могут характеризоваться своими именами и их значениями. Множество всех элементарных технологических операций е{ со всеми возможными реализациями etj каждой назовем пространством ЭО и обозначим через Е={(еи, еа, ...)}"/, (2.2) где ei]f ei2, ... - конкретные реализации операции е-,.
Таким образом, выделение элементарных технологических операций, присвоение им имен (или кодов), установление их зависимостей от определяющих параметров, присвоение им имен и назначение областей возможных реализаций последних, построение пространства Е и ",- = {ЄЦ , еі2, ,.) можно считать первым этапом формализованного описания технологии испытаний две.
На этом шестом базовом уровне описание технологии можно характеризовать совокупностью (Qa » Фе, ), которая указывает множество оозможных реализаций вектора настройки а , а также функцию Е = Фе(С1а) (2.3) формирования множества Е реализаций вектора е = (еи е2 , ...) элементарных операций. Здесь Ф ( Qe ) обозначает множество значений векторного оператора Фе(йеі) = (Фе,(а),Ф 2(а), ...) (2.4) соответствующее значениям а е Q .
Дальнейший анализ технологии испытаний двигателей показывает, что элементарные технологические операции могут укрупняться в типовые функциональные технологические операции или технологические модули (ТМ), которые образуют следующий вышестоящий уровень технологии. В процессе структуризации в качестве ТМ принимаем некоторую совокупность элементарных операций, которая обеспечивает однократную реализацию определенной, четко ограниченной операции (например, индикацию группы измеренных и расчетных параметров, а также характеристик двигателя на экране дисплея; вывод и печать результатов испытаний двигателя и режим; полный цикл слежения и контроля всех предаварийных и аварийных ситуаций; один цикл контроля регулируемых параметров - температуры охлаждающей жидкости, топлива, масла с дальнейшей их доводкой в случае необходимости и т.д.)
Обозначим г-ю функциональную технологическую операцию символом тг, а множество конкретных реализаций вектора т = (mh т 2, тп ...) через М={(тг1,тг2,...)}р1 (2.5) и назовем пространством технологических модулей испытания. Множество возможных конкретных реализаций модуля т будем обозначать М Т = ( mrl, mr2, ...).
Технологический модуль характеризуется своим именем, и параметрической зависимостью от элементарных технологических операций, т.е. m r(r = 1, 2,...) следует считать функцией вида тг=Фтг(е&) (2.6)
Здесь 8 - векторный параметр, задающий конкретный вариант реализации модуля /;/ г через некоторую совокупность элементарных операций е-, , т.е. параметр настройки 8 модуля т г задает варианты реализации элементарных операций для выполнения модуля т Т. Кроме того, через вектор є зздается также функция Ф "V правила отработки всех ЭО.
В зависимости от характера формирования модуля m т, выражение (2.6) может иметь различный функциональный характер. В частности, ему может соответствовать сетевой граф с узлами mrl,mr2,..., или иатрица амежности иежду mrU mr2, ..., или некоторая дисдиплина диспетчетизации и итносительными приоритетами и т.д. Кроме того, при выполнении технологии должна быть предусмотрена на всех уровнях возможность реализации последующих операций в зависимости от результатов выполнения предыдущих. Например, векторным параметром 8 должна быть задана, в случае необходимости, информация об изменении последовательности выполнения элементарных операций mrUmr2, .. по результатам выполнения предыдущих операций. В простейшем случае Ф mr представляет собой последовательность выполнения элементарных операций заданного состава.
Обоснование принципов и режимов функционирования АСИ ДВС
Реализация автоматизированных технологических процессов всевозможных исследовательских, доводочных и типовых испытаний различных классов и модификаций двигателей внутреннего сгорания и их узлов и агрегатов требует организации соответствующих режимов функционирования АСИ ДВС, построения развитой системы управляющих алгоритмов и выбора оптимальных дисциплин диспетчеризации [31 34].
Режимы функционирования АСИ ДВС и управляющие алгоритмы определяют принципы взаимодействия пользователей с программным обеспечением в ходе испытаний и отражают общие цели системы испытаний. Функция диспетчирования необходима для координирования работой функциональных модулей тг измерения, аварийного контроля, управления стендовым оборудованием, индикации с учетом их приоритетов.
Предварительно рассмотрим основные особенности организации исследовательских, доводочных и типовых испытаний ДВС, с точки зрения влияния их на выбор и организацию соответствующих режимов функционирования АСИ ДВе и управляющих алгоритмов.
Целью исследовательских испытаний является оценка новых идей, концепций и технических характеристик, положенных в основу макетов и опытных образцов проектируемого изделия, а также последовательное улучшение проектных решений до требуемых уровней качества. Исследовательские испытания завершают процесс создания опытных образцов ДВС и его узлов и проходят в условиях относительно частой смены объектов и программ испытаний. Поэтому здесь является необходимым применение типовых программно-аппаратурных модулей испытательного оборудования, а также средств автоматического формирования перед экспериментом конкретных алгоритмов и организации управляющими алгоритмами эффективного диалогового взаимодействия экспериментаторов с программным обеспечением АСИ [39].
Доводочные испытания преследуют цель окончательной доводки всех характеристик двигателя и режимов функционирования его систем и узлов до уровня, определяемого техническим заданием. Доводка двигателя заканчивается государственными испытаниями, которые дают окончательную оценку двигателю и готовности его к серийному производству. В процессе доводочных и государственных испытаний изделий режимы функционирования АСИ и ее основных компонентов должны обеспечить реализацию достаточно большого многообразия технологий от испытаний с произвольной последовательностью режимов и операций.
Целью типовых испытаний является определение основных параметров двигателя и установление соответствия их техническим условиям, приработка и проверка качества изготовления и сборки деталей, проверка надежности ДВе иего характеристик при длительной работе. Здесь важной задачей АСИ ДВе кроме задач измерения и обработки параметров на установившихся и переходных режимах является оценка разброса параметров двигателей (контроль состояния серийного производства) и его влияние на надежность и работоспособность двигателя.
На основе анализа операций технологического процесса, целей и особенностей исследовательских, доводочных и типовых испытаний двигателей и его узлов предлагается с использованием введенных принципов многоуровневой структуризации технологии организация функционирования АСИ ДВС в режимах "Диалоговый", "Распознавание", "Советующий", "Автоматический".
Режим "Диалоговый" предназначен для организации автоматизиро ванных испытаний (в основном, исследовательских и доводочных) двигателей, когда необходимо обеспечить в диалоговом режиме просмотр имеющихся в системе и выбор необходимых алгоритмов технологических режимов испыта ний ДВС - Ф",, блоков - Фьк, комплексов - технологии - Ф в темпе испы тания двигателя. При этом управляющие алгоритмы, ответственные за под держку режимов функционирования АСИ, обеспечивают после выполнения любого выбранного ранее элемента технологии (режима, блока, комплекса, технологии) возврат к выбору в диалоговом режиме очередного элемента тех нологии и варианта его реализации. Например пусть процесс исследования ха рактеристик двигателя или его узла состоит из трех этапов.
Построение модели базы данных АСИ ДВС
Система управления базами данных (СУБД) представляет собой совокупность языковых и программных средств для создания и введения БД многими пользователями. Пользователями БД в системе автоматизированного синтеза алгоритмов являются операторы, ведущие испытания, и технологи, сопровождающие данные о технологиях испытаний. Взаимодействие пользователей с БД осуществляется через комплекс вспомогательных программ, каждая из которых содержит описание необходимой ей части БД на языке описания данных (ЯОД) и описания способов доступа к данным (запросов) на языке манипулирования данными (ЯМД). Эти языковые средства поддерживаются СУБД [22,45,57].
Как показал анализ особенностей организации автоматизированных испытаний двигателей внутреннего сгорания, построение БД для решения задачи автоматизированной подготовки и настройки алгоритмов технологии должно производиться с учетом следующих требований. В БД должна быть отображена и соответствующим образом организована вся та информация, которая необходима для описания любых разновидностей режимов работы различных типов и модификаций двигателей, а также видов и операций испытаний с использованием унифицированных управляющих и функциональных алгоритмов.
С целью построения системы автоматизированной подготовки и настройки алгоритмов, а также решения задачи по динамической настройке унифицированных алгоритмов на текущие операции и режимы работы двигателя предлагается осуществлять отображения результатов структуризации технологии в базе данных на основе следующих принципов.
Составные элементы структуризации технологии в виде комплексов kg, блоков Ьк, режимов р, модулей тп должны быть отображены в БД, как показано на рис. 4.3 , информацией в виде: идентификаторов данного элемента Э и вариантов его реализации, схемой композиции состава С и траектории технологии, представленной элементом Э .
Следует отметить, что включение в состав множества атрибутов БД только элементарных свойств объектов предметной области (в нашем случае параметров, определяющих состав и траекторию элемента технологии) не обеспечивает решения центральной задачи - задачи автоматизированной под готоВки и настройки алгоритмов технологии, так как варианты операций испытаний зависят также от вариантов реализаций элементов структуризации технологии. Поэтому предлагается ввести в состав множества атрибутов также идентификаторы вариантов реализации элементов, которые совместно со схемой композиции будут определять межуровневые структурные и информационные связи алгоритмов испытаний различных уровней (см. рис. 4.3).
Элементарные операции et технологического базиса, в отличии от функциональных модулей тг структуризации технологии должны быть определены в БД идентификатором операции, стандартизованными данными в виде векторов а вариантных параметров и идентификаторами вариантов реализации данной операции в,-.
С методологической точки зрения наиболее трудной проблемой является создание инфологической модели предметной области, т. е. технологии испытаний двигателей внутреннего сгорания. Проектирование инфологической модели требует формализации первоначальных представлений технологии испытаний и включает в себя выделение объектов и атрибутов с созданием их обобщенных характеристик, анализ запросов к БД и установления структурных связей между объектами [29,47,63,66,73,74,75,77].
В качестве объектов инфологической модели БД приняты имена элементов kq , bk, р,, тг, Єї многоуровневой структуризации технологии, приведенной в главе 2. В качестве атрибутов - наименований элементарных единиц информации, значения которых хранятся в некотором поле, - приняты компоненты элементов технологии и правила их отработки, задаваемые через вектора к, Р, 71, ц, а, а также идентификаторы вариантов их реализации. На рис. 4.4 приведена схема построения инфологической и логической моделей, согласно которой могут быть созданы отношения базы данных.
Здесь показаны внешние (инфологические) и логические модели элементов технологии: комплексов, режимов, функциональных модулей и элементарных операций. Формализованное представление предметной области при этом базируется на введенных выше принципах многоуровневой структуризации технологии, т.е. комплексы являются простым набором блоков, блоки - набором режимов и т.д. При этом многоуровневое структурированное представление технологии испытаний позволяет отношения между алгоритмами Ф , Ф , Ф , Ф , Фт , Фе (а ) и их векторами представить в виде двумерных таблиц и организовать их на логическом уровне в централизованную БД с реляционной структурой.
Реляционные системы управления базой данных поддерживают модель данных, представляющую БД в виде совокупности отнощений, описывающих предметную область - технологию испытаний двигателей (см. рис. 4.4).
В табл. 4.1 приведены некоторые итоговые результаты формирования атрибутов и схем некоторых отнощений Е \ базовых операций измерения и обработки. Кардинальное число, определяющее число кортежей отношения Е\ характеризует область реализации унифицированного алгоритма Фе, {а), а степень отношения - размерность вектора а.
