Моделирование технологического процесса. Автоматизация и моделирование технологического процесса Моделирование существующей системы автоматизации технологического процесса

В настоящее время, в условиях рыночных отношений, первоочередными, принципиальными задачами в сфере производства АПК являются интенсификация действующих производственных процессов, повышение качества про­дукции, экономия материалов и энергии и, в конечном итоге, повышение энер­гоэффективности технологических систем. Выявление резервов производства или конкретного процесса, как правило, связано с его анализом на основе совре­менных методов исследования и современных технических средств (в ча­стно­сти с использованием пакета программ МАТСАD). При этом, особое вни­мание уделяется моделям технологических процессов и способам их построе­ния.

Моделирование технологических процессов

При решении ряда задач, связанных с проектированием, подготовкой и функционированием технологических процессов а АПК прибегают к их моде­лированию, т. е. к изучению отдельных сторон, характеристик, свойств ТП не на реальном объекте, а на его модели. Под моделью понимают такую мысленно представленную или материально реализованную систему, которая, отображая объект исследования, способна воспроизводить с той или иной точностью его функции и замещать его на определенном этапе исследования.

Таким об­разом, модель - это некоторая система, сохраняющая суще­ственные свойства оригинала и допускающая исследование определенных свойств по­следнего физическими или математическими методами. Иными словами, модель - это отображение, описание технологического объекта (про­цесса или оборудования) с помощью некоторого языка, разработанное для дос­тижения определенной цели. К настоящему времени разработана общая теория модели­рования сложных систем, которая указывает на возможность использо­вания различных видов моделей для описания технических и технологических объек­тов.

Модель играет активную роль в исследовании ТП: с ее помощью можно с минимальными затратами и в сжатые сроки определять различные характеристики ТП, такие как затраты энергии, расход сырья и выход готового продукта, показатели качества этого продукта, количество отходов, бракованных изделий, конструктивные параметры элементов оборудования. Можно наметить и апро­бировать эффективную стратегию управления технологией, произвести проце­дуру оптимизации и т. д.

Целесообразность моделирования ТП определяется двумя основными условиями:

Исследование на модели дешевле, проще, безопаснее, быстрее, чем на объекте-оригинале;

Известно правило пересчета характеристик и параметров модели в соответствующие величины оригинала, т. к. в противном случае моделирование те­ряет смысл.

Цель, поставленная при разработке модели, определяет ее вид, информативность и степень соответствия реальному объекту, т. е. при формулировке цели необходимо тщательно отобрать те существенные свойства, которые в полной мере характеризуют рассматриваемый объект, определить требуемую степень соответствия модели реальному объекту (точность модели). Это позво­ляет в ряде случаев упростить модель, устранить из рассмотрения малозначи­мые, несущественные взаимосвязи между величинами, снизить затраты на мо­делирование.

При описании технологических процессов чаще используются натурное, физическое и математическое моделирование.

Натурное моделирование предполагает проведение экспериментального исследования реального технологического объекта и последующую обработку результатов с применением теории подобия, регрессионного анализа, таблиц соответствия. Это позволяет получить качественные или количественные зависимости, описывающие с той или иной точностью функционирование объекта. Однако эмпирические зависимости, основанные на представлении процесса в виде «черного ящика», хотя и позволяют решить частные технологические за­дачи, обладают существенными недостатками:

Эмпирические зависимости нельзя распространять на весь возможный диапазон изменения параметров режима - они справедливы лишь при тех усло­виях и ограничениях, при которых проводился натурный эксперимент;

Такие зависимости отображают прошлый опыт, поэтому на их основе не всегда возможно выявить и обосновать пути повышения эффективности соответствующих технологий.

В ряде случаев эмпирические зависимости носят качественный характер, т. е. устанавливают лишь характер влияния одних величин на другие, без установления количественных закономерностей.

Физическое моделирование также предполагает проведение эксперимен­тальных исследований с последующей обработкой результатов. Однако такие исследования проводятся не на реальном технологическом объекте, а на специ­альных лабораторных установках, которые сохраняют природу явлений и обла­дают физическим подобием. Таким образом, физическое моделирование осно­вано на подобии процессов одной природы, протекающих в объекте-оригинале и в физической модели, и заключается в следующем:

Устанавливают основные, подлежащие численному определению параметры технологического процесса, характеризующие его качество;

Рассчитывают и изготавливают одну или несколько физических моделей в виде лабораторных или полупроизводственных (опытных, пилотных) установок. Расчет этих установок производят на основе теории подобия, что гаранти­рует возможность переноса результатов на реальный объект;

В результате эксперимента на модели получают численные значения и взаимосвязи выделенных параметров и пересчитывают их для оригинала.

При физическом моделировании удается получить обширную информацию об отдельных процессах, определяющих структуру данной технологии.

Аналоговое моделирование связано с подобием процессов различной при­роды и основано на том факте, что для различных физических явлений сущест­вуют одинаковые закономерности их описания. Аналогичными считаются объ­екты или процессы, описываемые одинаковыми по форме уравнениями. В каче­стве примера можно привести уравнения Фурье (8.2.6) и Фика (8.2.9). Несмотря на различие входящих в них физических величин, все операторы совпадают и следуют в одной и той же последовательности. Следовательно, изучая один процесс, мы получим зависимости, справедливые (с точ­ностью до обозначений) для другого. Для аналогового моделирования исполь­зуют как эксперименталь­ные методы, так и аналоговые вычислительные ма­шины.

Аналитическое моделирование дает наиболее мощный инструмент для их исследования и предполагает получение и исследование различных математи­ческих моделей. Так, структурные модели используются для общего или пред­варительного описания объекта и позволяют выявить и определить его эле­менты, их свойства и взаимосвязи между элементами и свойствами элементов. Обычно для построения структурной модели используют аппарат теории мно­жеств. Классификационные модели позволяют упорядочить исследуемые объ­екты, выделить в них общие признаки и ранжировать по этим признакам. Такие модели необходимы при построении систем автоматизации управления, созда­нии банков данных и разработке систем автоматизированного проектирования, информационно-поисковых систем и в ряде других случаев. Познавательные модели используются для количественного описания закономерностей проте­кания различных процессов или функционирования оборудования. Они уста­навливают взаимосвязи, соотношения между величинами, характеризующими процесс или Лабораторное оборудование.

Познавательная модель описывает, как правило, физико-химический механизм процесса и может не содержать технологические параметры или характе­ристики объекта.

Между частными моделями, описывающими отдельные процессы или иные структурные составляющие изучаемого объекта, существуют взаимосвязи. Учет таких взаимосвязей, т. е. совместное решение уравнений, описывающих отдельные единичные процессы, приводит к построению обобщенной модели метода или способа обработки.

Технологические модели отличаются от познавательных тем, что целью их построения является нахождение количественных взаимосвязей между параметрами режима, условиями функционирования - входами технологической системы и показателями ее технического уровня, т. е. выходами системы. По­строение технологических моделей всегда связано с оценкой уровня качества и повышением эффективности функционирования технологических систем. Обычно технологические модели строятся на основе математических моделей отдельных процессов или на основе обобщенной модели объекта. Однако в ряде случаев полное аналитическое описание объекта невозможно, и при по­строении технологических моделей используют некоторые эмпирические зави­симости. Как правило, технологические модели строят для изучения отдельных сторон функционирования технологической системы, т. е. они носят частный характер.

Для большинства технологических процессов в связи с их сложностью построение единой обобщенной модели, адекватно описывающей все стороны и особенности их протекания, затруднено или невозможно. Поэтому при модели­ровании ТП используют принцип декомпозиции и решения локальных задач, позволяющий выделять и моделировать отдельные стороны, свойства ТП. В ре­зультате такого подхода ТП представляется совокупностью моделей, описы­вающих отдельные закономерности его функционирования и предназначенных для решения определенного круга задач. Такое представление естественно вы­текает из системного анализа, описанного выше. Иерархичность технологии порождает иерархичность моделей (модели ТП, ТО, ТМ), многомерность тех­нологий - разнообразие моделей (модели физико-химических процессов, тех­нологий, оборудования).

Пример. В качестве примера многообразия моделей рассмотрим технологию элек­трохими­ческой размерной обработки (ЭХРО). Модели, используемые при ис­следовании и описании такой технологии, показаны на рис. 8.2.35.

К числу частных познавательных моделей в данном случае относятся сле­дующие:

кинематическая (описание кинематики взаимного перемещения электро­дов);

гидравлическая (описание движения жидкости в узком межэлектродном канале);

электрическая (описание электрического поля в межэлектродном проме­жутке);

тепловая (описание поля температур);

электрохимическая (описание электродных процессов и процессов пере­носа в электро­химической системе);

химическая (описание химических стадий суммарного электродного про­цесса, химиче­ских превращений вещества в растворе).

К технологическим моделям относятся модель формообразования (описание движения границы анода при электрохимическом растворении его поверхно­сти), модель электрода-ин­струмента и ряд других.

Рис. 8.2.35. Виды моделей для описания процессов электрохимической обра­ботки материа­лов

В основе моделирования лежат основные представления теории подобия, в соответствии с которой явления, процессы называются подобными, если данные, полученные при изучении одного из них, можно распространить на дру­гие. Для подобных явлений необходимо постоянство отношений некоторых ве­личин, характеризующих процесс, или сочетаний таких величин, называемых критериями подобия [табл. П1,2,3]. Так, например, при изучении течения жидких сред широко используется критерий Рейнольдса:

,

где v - cкорость потока жидкости, м/с; d - гидравлический диаметр потока, м; ν - кинематическая вязкость среды, м 2 /с. Число Рейнольдса - безразмер­ная величина, от значения которой зависит характер движения жидкости, рас­пределение скоростей течения по сечению канала и другие параметры потока.

Основная (третья) теорема подобия гласит, что для подобия явлений необходимо и достаточно, чтобы их условия однозначности были подобны. Это означает, что должны соблюдаться геометрическое подобие, подобие физических констант, начальных и граничных условий, а критерии подобия, составленные из величин, входящих в условия однозначности, были бы одинаковы. Следова­тельно, все подобные явления отличаются друг от друга только масштабами характерных величин. Таким образом, если явления или процессы подобны, то закономерности, полученные при изучении одних из них, можно переносить на другие, а модельные результаты пересчитать с учетом масштабных факторов.

Суммируя сказанное, можно заключить, что основное требование к модели состоит в ее соответствии моделируемому объекту. Степень соответствия модели тому реальному явлению, которое она описывает, называют адекватностью модели. Доказательство адекватности - один из основных этапов по­строения любой модели. Для количественной оценки адекватности используют понятие «точность модели». Каждая модель должна сопровождаться информа­цией о ее точности для надежного использования результатов моделирования.

Точность детерминированных величин определяется отклонением результата моделирования х* от соответствующей ему реальной величины х, а точ­ность стохастических моделей оценивают вероятностными характеристиками.

Для обеспечения адекватности модели на этапе ее построения рекомендованы следующие правила:

выбирают рациональную последовательность построения модели;

используют итеративный процесс построения модели, т. е. многоэтапную процедуру ее разработки с оценкой промежуточных результатов, анализом их точности и коррекцией модели предыдущего этапа;

уточняют модели на основе имеющихся экспериментальных данных;

уточняют модели на основе получения экспертных оценок, результатов функционирования объекта и прочих дополнительных данных.

Усложнение технологических процессов в АПК, увеличение числа параметров, значимых при построении моделей, ужесточение сроков моделирования, ограничение материальных средств, выделяемых на эти цели, - все эти фак­торы затрудняют, а в некоторых случаях исключают предметное моделирова­ние. Поэтому на первый план выдвигается математическое моделирование ТП с использованием современных компьютерных технологий

Математическим моделированием ТП называют исследование, осуще­ствляемое путем решения системы математических соотношений, описываю­щих ТП, и имеющее три этапа:

составление математического описания процесса или его элемента;

выбор метода решения системы уравнений математического описания и реализация его в виде алгоритма, программы для получения количественных величин или соотношений;

установление адекватности модели оригиналу.

При построении математических моделей реальный процесс упрощается, схе­матизируется, и полученная схема в зависимости от ее сложности описывается тем или иным математическим аппаратом. В конкретном случае математи­че­ское описание представляется в виде системы алгебраических, дифференци­аль­ных, интегральных уравнений или их совокупности.

С точки зрения анализа математической модели целесообразно выделить три ее стороны:

смысловой аспект отражает физическое описание моделируемого объекта;

аналитический аспект представляет собой систему уравнений, описываю­щих происходящие процессы и взаимосвязи между ними;

вычислительный - метод и алгоритм решения, реализованные в виде про­граммы на одном из языков программирования.

В последнее время для исследования сложных систем, в том числе технологи­ческих процессов, все большее применение находит имитационное моделиро­вание, в основе которого лежит машинный эксперимент. Для реализации мате­матической модели строится моделирующий алгоритм, воспроизводя­щий процесс функционирования системы во времени. Путем изменения вход­ных данных получают сведения о состояниях процесса в заданные моменты времени, по которым оценивают характеристики объекта. Таким образом, при имитационном моделировании имеют дело с моделями, по которым нельзя за­ранее рассчитать или предсказать результат.

Пример. Рассмотрим в качестве примера моделирование процесса электрохимической анодной обработки материала, описанного ранее (рис. 8.2.15, б). Эта техноло­гия получила распространение при изготовлении пространственно сложных из­делий в энеретике, таких как лопатки турбин и компрессоров. С технологиче­ской точки зрения необходимо уметь рассчитывать время t, необходимое для снятия слоя металла толщиной z (машинное время обра­ботки), или же величину слоя металла (припуска) zп, снятого за время t. Для получения рас­четных зави­симостей воспользуемся частной моделью плоскопараллельного межэлектрод­ного промежутка (МЭП), смысловой аспект которой ясен из рис. 8.2.36, а. Как видно, элек­трод-инструмент (ЭИ) движется поступательно со скоростью vи, а на поверхности анода (А) формируется эпюр локальных скоростей электрохи­мического растворения vэ, межэлектрод­ный промежуток заполнен электроли­том, а между электродами приложено напряжение U.

Сделаем некоторые допущения, упрощающие модель. Пусть скорость электрохимического растворения одинакова для всех точек анодной поверхности и свойства электролита также одинаковы для всех точек МЭП. Тогда для описа­ния процесса можно воспользоваться законами Ома и Фарадея:

где U - напряжение на электродах; i - плотность тока; а - текущий межэ­лектродный зазор; χ - удельная электропроводность электролита; с - элек­трохимический эквивалент ме­талла; η - выход по току реакции растворения металла; ρ - плотность обрабатываемого металла.

Из расчетной схемы следует, что da/dt = vэ - vи, поскольку растворение по­верхности компенсируется смещением ЭИ в сторону заготовки. Отсюда полу­чаем дифференциальное уравнение, описывающее изменение МЭП во времени:

(8.2.26)

при начальном условии t= 0; a = a0.

Анализ модели значительно упрощается, если принять A = const. Такое до­пущение корректно для многих практически важных задач. Рассмотрим два случая, реализуемые в боль­шинстве схем электрохимического формообразова­ния: vи= 0 (случай неподвижного ЭИ) и vи = const (движение ЭИ с постоянной скоростью). Интегрируя приведенное выше дифферен­циальное уравнение, по­лучаем для первого случая:

(8.2.27)

а для второго:

Преобразуя полученные выражения, можно получить зависимости времени от величины МЭП.

Несмотря на упрощенный характер предложенной модели, она успешно ис­пользуется в технологических расчетах и во многих случаях хорошо описывает экспериментальные данные.

Однако в тех случаях, когда отношение длины межэлектродного за­зора к его ширине
достаточно велико (в реальных процессах k достигает значений 200–1000), свой­ства электролита по длине МЭП сильно изменяются из-за сопутствующего выделения тепла и газа, и сделанные выше допущения неприемлемы.

Необходимо строить модели, в которых учитываются зависимости пара­метров процесса от координаты гидравлического тракта и времени.

Для получения подобных зависимостей широко используется физическое моделирование. На рис. 8.2.36, б приведена физическая модель длинномерного МЭП, позволяющая получать распределения плотности тока, температуры электролита, газосодержания, эффек­тивной электропроводности межэлектрод­ной среды, локальной скорости съема металла и других параметров по длине МЭП прямым экспериментом.

Насос 1 прокачивает электролит через гидравли­ческий тракт, образованный плоскопараллельными электродами 2 и 3, встроен­ными в диэлектрические плиты 4. Величина межэлек­тродного зазора определя­ется толщиной сменной прокладки 5 и изменяется в пределах 0,2-2 мм. Варь­ируемыми параметрами режима электролиза являются: величина зазора, на­пряже­ние на электродах, входное давление электролита, его состав, начальная температура, ско­рость подачи катода на анод, длина МЭП, материал электро­дов. Газовыделение, профиль скоростей течения электролита изучались с по­мощью скоростной киносъемки процесса, для получения распределения ло­кальных плотностей тока по длине МЭП использовался секци­онный анод, рас­пределения давления и температуры фиксировались тензодатчиками давле­ния и термопарами, специальными зондами измерялись электродные потенциалы в различ­ных сечениях МЭП. Изменение съема металла по длине канала фиксиро­валось прямыми из­мерениями.

Анализ показывает наличие соответствия между представленной физиче­ской моделью и оригиналом: соблюдается геометрическое, гидравлическое, электрическое подобие, подобие физических констант, начальных и граничных условий. Поэтому полученные экспе­риментальные данные позволили не только уточнить математическую модель, но и получить технологические результаты, пригодные для непосредственного использования в производ­ственных усло­виях.

Рис. 8.2.36. Схема к построению математической модели (а) и установка для физического моделирования процесса ЭХРО в узком длинномерном зазоре (б)

Таким образом, приведенный пример показывает, что различные виды мо­делей дополняют и уточняют друг друга, давая в совокупности надежные дан­ные для практического ис­пользования. К настоящему времени трудно найти та­кие области, в которых отсутствовал бы развитый аппарат математического моделирования основных процессов.

Автоматизация и моделирование технологического процесса

1 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

Автоматизация – направление развития производства, характеризуемое освобождением человека не только от мускульных усилий для выполнения тех или иных движений, но и от оперативного управления механизмами, выполняющими эти движения. Автоматизация может быть частичной и комплексной.

Комплексная автоматизация характеризуется автоматическим выполнением всех функций для осуществления производственного процесса без непосредственного вмешательства человека в работу оборудования. В обязанности человека входит настройка машины или группы машин, включение и контроль. Автоматизация – это высшая форма механизации, но вместе с этим это новая форма производства, а не простая замена ручного труда механическим.

С развитием автоматизации все более широкое применение находят промышленные роботы (ПР), заменяя человека (или помогая ему) на участках с опасными, вредными для здоровья, тяжелыми или монотонными условиям труда.

Промышленный робот – перепрограммируемый автоматический манипулятор промышленного применения. Характерными признаками ПР являются автоматическое управление; способность к быстрому и относительно легкому перепрограммированию, способность к выполнению трудовых действий.

Особенно важно то, что ПР можно применять для выполнения работ, которые не могут быть механизированы или автоматизированы традиционными средствами. Однако ПР – всего лишь одно из многих возможных средств автоматизации и упрощения производственных процессов. Они создают предпосылки для перехода к качественно новому уровню автоматизации – созданию автоматических производственных систем, работающих с минимальным участием человека.

Одно из основных преимуществ ПР – возможность быстрой переналадки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий. Поэтому применение ПР наиболее эффективно в условиях частой смены объектов производства, а также для автоматизации ручного низкоквалифицированного труда. Не менее важным является и обеспечение быстрой переналадки автоматических линий, а также комплектация и пуск их в сжатые сроки.

Промышленные роботы дают возможность автоматизировать не только основные, но и вспомогательные операции, чем и объясняется постоянно растущий интерес к ним.

Основные предпосылки расширения применения ПР следующие:

повышение качества продукции и объемов ее выпуска при неизменном числе работающих благодаря снижению времени выполнения операций и обеспечению постоянного режима «без усталости», росту коэффициента сменности работы оборудования, интенсификации существующих и стимулированию создания новых высокоскоростных процессов и оборудования;

изменение условий труда работающих путем освобождения от неквалифицированного, монотонного, тяжелого и вредного труда, улучшения условий безопасности, снижения потерь рабочего времени от производственного травматизма и профессионально-технических заболеваний;

экономия рабочей силы и высвобождение трудящихся для решения народнохозяйственных задач.

1.1 Построение и расчет схемы модели «жесткий вывод – отверстие печатной платы»

Существенным фактором в реализации сборочного процесса является обеспечение собираемости электронного модуля. Собираемость зависит в большинстве случаев от точности позиционирования и усилий, необходимых для сборки элементов конструкции модуля, конструктивно-технологических параметров сопрягаемых поверхностей.

В варианте, когда в отверстие платы вводится жесткий вывод, можно выделить следующие характерные виды контакта сопрягаемых элементов:

бесконтактный проход вывода через отверстие;

контакт нулевого вида, когда конец вывода касается образующей фаски отверстия;

контакт первого вида, когда конец вывода касается боковой поверхности отверстия;

контакт второго вида, когда боковая поверхность вывода касается кромки фаски отверстия;

контакт третьего вида, когда конец вывода касается боковой поверхности отверстия, а поверхность вывода – кромки фаски отверстия.

В качестве классификационных признаков выделения видов контактов приняты: изменение нормальной реакции в точке контакта; сила трения; форма упругой линии стержня.

На надежную работу установочной головки значительное влияние оказывают допуски отдельных элементов. В процессах позиционирования и перемещения возникает цепочка допусков, которая в неблагоприятных случаях может привести к ошибке при установке ЭРЭ, приводя к некачественной сборке.

Собираемость изделия зависит, таким образом, от трех факторов:

размерных и точностных параметров сопрягаемых поверхностей компонентов изделия;

размерных и точностных параметров сопрягаемых поверхностей базового элемента изделия;

размерных и точтностных параметров позиционирования исполнительного органа с расположенным в нем компонентом.

Рассмотрим случай контакта нулевого вида, схема которого изображена на рисунке 1.1.

Q

j

Рисунок 1.1 – Расчетная схема контакта нулевого вида.

Исходные данные:

F – сборочное усилие, направленное по ходу головки;

f – коэффициент трения;

Rг – реакция сборочной головки, перпендикулярная ее ходу;

N – нормальная к образующей фаски реакции;

Мг – изгибающий момент относительно сборочной головки;

Не только уменьшаться, например, за счет улучшения культуры производства и использования экологически более совершенного оборудования и технологий, но и увеличиваться, например, при введении новых технологических процессов, таких, как десульфуризация и денитрификация дымовых газов. Сточная вода - это вода, свойства которой изменены в результате бытовых, промышленных, сельскохозяйственных или...

К сложной формообразующей оснастке и инструменту. Еще одна важная задача ТПП - управление процессами ТПП. Автоматизация управления процессами ТПП позволяет обеспечить эффективное комплексное решение всех задач подготовки производства. Работы по технологической подготовке производства выполняются соответствующими подразделениями и службами предприятия. Как правило, наибольший объем работ и общее...

На одном или нескольких рабочих местах, удлинением поточных линий, применением механизированных групповых и типовых процессов. Пропорциональность производственных процессов должна восстанавливаться все время при последовательном их совершенствовании, связанном с повышением уровня механизации и автоматизации. При этом повышение пропорциональности должно достигаться на основе все более высокой...

БИОРЕАКТОРА Лист 90 Доклад. Уважаемые члены государственной экзаменационной комиссии разрешите представить вашему вниманию дипломный проект на тему: «Система автоматизированного управления процесса стерилизации биореактора» Процесс стерилизации биореактора (или ферментера) является важной стадией процесса биосинтеза антибиотика эритромицина. Суть процесса стерилизации состоит в...

Моделирование - это метод исследования сложных систем, основанный на том, что рассматриваемая система заменяется на модель и проводится исследование модели с целью получения информации об изучаемой системе. Под моделью исследуемой системы понимается некоторая другая система, которая ведет себя с точки зрения целей исследования аналогично поведению системы. Обычно модель проще и доступнее для исследования, чем система, что позволяет упростить ее изучение. Среди различных видов моделирования, применяемых для изучения сложных систем, большая роль отводится имитационному моделированию.

Имитационное моделирование является мощным инженерным методом исследования сложных систем, используемых в тех случаях, когда другие методы оказываются малоэффективными. Имитационная модель представляет собой систему, отображающую структуру и функционирование исходного объекта в виде алгоритма, связывающего входные и выходные переменные, принятые в качестве характеристик исследуемого объекта. Имитационные модели реализуются программно с использованием различных языков. Одним из наиболее распространенных языков, специально предназначаемых для построения имитационных моделей, является GPSS.

Система GPSS (General Purpose System Simulator) предназначена для написания имитационных моделей систем с дискретными событиями. Наиболее удобно в системе GPSS описываются модели систем массового обслуживания, для которых характерны относительно простые правила функционирования составляющих их элементов.

В системе GPSS моделируемая система представляется с помощью набора абстрактных элементов, называемых объектами. Каждый объект принадлежит к одному из типов объектов.

Объект каждого типа характеризуется определенным способом поведения и набором атрибутов, определяемыми типом объекта. Например, если рассмотреть работу порта, выполняющего погрузку и разгрузку прибывающих судов, и работу кассира в кинотеатре, выдающего билеты посетителям, то можно заметить большое сходство в их функционировании. В обоих случаях имеются объекты, постоянно присутствующие в системе (порт и кассир), которые обрабатывают поступающие в систему объекты (корабли и посетители кинотеатра). В теории массового обслуживания эти объекты называются приборами и заявками. Когда обработка поступившего объекта заканчивается, он покидает систему. Если в момент поступления заявки прибор обслуживания занят, то заявка становится в очередь, где и ждет до тех пор, пока прибор не освободится. Очередь также можно представлять себе как объект, функционирование которого состоит в хранении других объектов.

Каждый объект может характеризоваться рядом атрибутов, отражающих его свойства. Например, прибор обслуживания имеет некоторую производительность, выражаемую числом заявок, обрабатываемых им в единицу времени. Сама заявка может иметь атрибуты, учитывающие время ее пребывания в системе, время ожидания в очереди и т.д. Характерным атрибутом очереди является ее текущая длина, наблюдая за которой в ходе работы системы (или ее имитационной модели), можно определить ее среднюю длину за время работы (или моделирования). В языке GPSS определены классы объектов, с помощью которых можно задавать приборы обслуживания, потоки заявок, очереди и т.д., а также задавать для них конкретные значения атрибутов.

Динамические объекты, называемые в GPSS транзактами, служат для задания заявок на обслуживание. Транзакты могут порождаться во время моделирования и уничтожаться (покидать систему). Порождение и уничтожение транзактов выполняется специальными объектами (блоками) GENERATE и TERMINATE.

Сообщения (транзакты) - это динамические объекты GPSS/PC. Они создаются в определенных точках модели, продвигаются интерпретатором через блоки, а затем уничтожаются. Сообщения являются аналогами единиц потоков в реальной системе. Сообщения могут представлять собой различные элементы даже в одной системе.

Сообщения движутся от блока к блоку так, как движутся элементы, которые они представляют (программы в примере с ЭВМ).

Каждое продвижение считается событием, которое должно происходить в конкретный момент времени. Интерпретатор GPSS/PC автоматически определяет моменты наступления событий. В тех случаях, когда событие не может произойти, хотя момент его наступления подошел (например, при попытке занять устройство, когда оно уже занято), сообщение прекращает продвижение до снятия блокирующего условия.

После того, как система описана, исходя из операций, которые она выполняет, ее нужно описать на языке GPSS/PC, используя блоки, которые выполняют соответствующие операции в модели.

Пользователь может определить специальные точки в модели, в которых нужно собирать статистику об очередях. Тогда интерпретатор GPSS/PC автоматически будет собирать статистику об очередях (длину очереди, среднее время пребывания в очереди и т.д.). Число задержанных сообщений и продолжительность этих задержек определяется только в этих заданных точках. Интерпретатор также автоматически подсчитывает в этих точках общее число сообщений, поступающих в очередь. Это делается примерно также, как для устройств и памятей. В определенных счетчиках подсчитывается число сообщений, задерживающихся в каждой очереди, так как может представлять интерес число сообщений, прошедших какую-либо точку модели без задержки. Интерпретатор подсчитывает среднее время пребывания сообщения в очереди (для каждой очереди), а также максимальное число сообщений в очереди.

Автоматизация и моделирование технологического процесса

быть экономичным;

иметь малую массу;

обеспечивать простое согласование с нагрузкой.

По виду используемой силовой энергии различают приводы: электрический, пневматический, гидравлический механический, электромеханический, комбинированный.

В пневматических приводах используется энергия сжатого воздуха с давлением около 0,4 МПа, получаемого от цеховой пневмосети, через устройство подготовки воздуха.

1.2.1 Техническое задание на проектирование устройства

На стадии технического задания определяется оптимальное структурно-компоновочное решение и составляются технические требования к оснастке:

наименование и область применения – приспособление для установки ЭРЭ на печатную плату;

основание для разработки – задание на ККП;

цель и назначение оснастки – повысить уровень механизации и автоматизации технологической операции;

источники разработки – использование опыта внедрения средств технологического оснащения в отрасли;

технические требования:

количество ступеней подвижности не менее 5;

наибольшая грузоподъемность, Н 2,2;

статическое усилие в рабочей точке оснащения, Н не более 50;

наработка на отказ, ч, не менее 100;

абсолютная погрешность позиционирования, мм +0,1;

скорость движения с максимальной нагрузкой, м/с: - по свободной траектории не более 1; - по прямолинейной траектории не более 0,5;

Калибровка положения звеньев манипулятора.

На нижнем уровне управления решаются задачи обработки звеньями манипулятора заданных движений, которые формируются на верхнем уровне. Отработка программных положений осуществляется при заданных параметрах (скорость, ускорение) с помощью цифровых электромеханических модулей, которые приводят в движение звенья манипулятора. Система управления состоит с таких приборов: модуля центрального процессора (МЦП); ОЗУ; ПЗУ; модуля аналогового введения (МАВ), куда подаются сигналы от потенциометрических датчиков грубого вычислительного положения; модуля последовательного интерфейса (МПИ); модуля ввода-вывода (МВВ); модуля связи (МС).

Обмен информацией между модулями верхнего уровня выполняется с помощью системной магистрали.

Нижний уровень управления имеет:

Модули процессора привода (МПП);

Модули управления приводом (МУП).

Количество модулей МПП и МУП соответствует количеству звеньев манипулятора и равно 6. МПП соединяется с модулем связи с помощью системных магистралей. Управление электродвигателями звеньев манипулятора выполняется с помощью транзисторных широтно-импульсных преобразователей (ШИП), которые входят в состав блока питания (БП). МЦП выполнен на базе микропроцессора К1801 и имеет:

Однокристальный процессор;

Регистр начального запуска;

Системную ОЗУ, ёмкостью 3216 – разрядных слова; системную ПЗУ, ёмкостью 2х16 – разрядных слова;

Резидентную ПЗУ, ёмкостью 4х16 – разрядных слова;

Программируемый таймер.

Быстродействие МЦП характеризуется такими данными:

Суммирование при регистровом средстве адресации – 2.0 мкс;

Суммирование при посредственно-регистровом средстве адресации – 5.0 мкс;

Умножение с фиксированной запятой – 65 мкс.

Панель оператора предназначена для выполнения операций включения и отключение ПР, для выбора режимов его работы.

Основными элементами панели есть:

переключатель сетевого питания (СЕТЬ);

кнопка аварийного отключения (.АВАРИЯ). Сетевое питание выключается при нажатии кнопки. Возвращение кнопки в начальное положение осуществляется поворотом ее за часовой стрелкой;

кнопка включения питания системы управления (СК1);

кнопка отключения питания системы управления (СК0);

Кнопка включения питания привода (ПРИВОД 1). Нажимом кнопки
включается питание привода, одновременно с этим разблокируется электромагнитные тормоза двигателей;

Кнопка отключения питания приводов (ПРИВОД 0);

Переключатель выбора режима. Имеет три положения РОБОТА, ОСТАНОВКА, РЕСТАРТ. В режиме РОБОТА система работает нормально. В режиме ОСТАНОВКА выполнение программы остановится в конце поточного шага.

Переведение переключателя к режиму РОБОТА приведет к продолжению выполнения программы к началу следующего шага. Режим РЕСТАРТ используется для повторного запуска выполнения программы пользователя с первого ее шага;

Кнопка автоматического запуска (АВТОСТАРТ). Нажатие кнопки приводит к запуску системы так, что робот начинает выполнять программу без задачи команд из клавиатуры. Нажатие кнопки выполняется после включения питания СК. Активизация режима осуществляется после включения ПРИВОД 1.

Пульт ручного управления используется для позиционирования манипулятора при обучении и программировании. Пульт обеспечивает 5 режимов работы:

управление манипулятором от ЭВМ (СОМР);

ручное управление в основной системе координат (WORLD );

ручное управление за степенями подвижности (JOINT );

ручное управление в системе координат инструмента (ТООL );

Отключение приводов мер подвижности (FREE ).

Выбранный режим идентифицируется сигнальной лампочкой.

Скорость движения манипулятора регулируется с помощью кнопок «SPEED », «+», «-».Для сжатия и разжатия захватывающего устройства манипулятора используются кнопки «CLOSE » и «ОРЕN ».

Кнопка "S ТЕР" служит для записи координат точек при задаче траектории перемещения. Кнопка "ОСТАНОВ", расположенная на торце пульта ручного управления, предназначена для прерывания выполнения программы с отключением питания приводов. Используется для остановки движения в нормальной ситуации. Кнопка "ОFF " имеет аналогичное назначение, как и "ОСТАНОВ". Разность заключается в том, что питание приводов манипулятора не выключается.

Перемещение суставов манипулятора с помощью пульта ручного управления осуществляется в трех режимах: JOINT , WORLD и ТООL .

В режиме JOINT (выбирается соответствующей кнопкой на пульте управления) пользователь может руководить непосредственно перемещением отдельных звеньев манипулятора. Этим перемещением отвечают пары кнопок «-» и «+» соответственно каждому звену манипулятора (т.е. колона, плечо, локоть, и три движений захвата).

В режиме WORLD осуществляется фактически фиксация относительно основной системы координат и перемещение в отдельных направлениях этой системы (соответственно Х,Y ,Z ).

Следует отметить, что работа в режиме WORLD может осуществляться на малых скоростях, чтобы исключить попадание в границе руки пространства робота. Также укажем, что перемещение обеспечивается автоматически с помощью одновременно всех звеньев манипулятора.

Режим ТООL обеспечивает перемещение в активной системе координат.

12-разрядный строчный индикатор предназначен для вывода информации о режимах работы и ошибки:

-N ОКІА АОХ - высвечивается краткосрочное при запуске;

-ARM PWR OFF - питание приводов манипулятора отключено;

-MANUAL MODE - разрешено управления роботом из пульта управления;

СОМР МОD Е - манипулятор руководствуется от ЭВМ;

-L ІМІТ S ТОР - сустав перемещен к крайнему положению;

ТОО CLOSE - заданная точка находится весьма близко к манипулятору;

ТОО FAR - заданная точка находится вне рабочей зоны робота;

ТЕАСН МООЕ - активизирован режим ТЕАСН, манипулятор перемещается за произвольными траекториями;

-S ТЕАСН МОD Е - активизирован режим ТЕАСН-S , манипулятор перемещается за прямолинейными траекториями;

-ERROR - на пульте ручного управления одновременно нажаты кнопки, которые образовывают недопустимую операцию и т.п..

3 Технология и автоматизация производства РЭА: Учебник для вузов/Под ред. А.П.Достанко.-М.:Радио и связь, 2009.

4 Технология производства ЭВМ – Достанко А.П. и др.:Учеб.-Мн.:Высшая школа , 2004.

5 Технологічне оснащення виробництва електронних обчислювальних засобів: Навч. Посібник/М.С.Макурін.-Харків: ХТУРЕ,1996.