Разработка учебной программы, позволяющей моделировать АСУ производственными процессами на базе непрерывно-детерминированного подхода

В связи с усовершенствованием и модификацией вычислительной техники и ее использованием в учебном процессе возникла необходимость в разработке нового программного обеспечения, позволяющего студенту самостоятельно моделировать систему управления производственным процессом.

Целью работы является разработка учебной программы, позволяющей моделировать АСУ производственными процессами на базе непрерывно-детерминированного подхода, которая может быть использована в процессе изучения курса «Моделирование систем управления», «Математические основы теории систем ” и т.п.

1. В ходе работы была составлена классификация видов моделирования по форме представления объекта. Ее анализ позволил выбрать имитационное моделирование, которое выполняется при помощи средств вычислительной техники, где реализующая модель – алгоритм воспроизводит процесс функционирования во времени.

2. Традиционная схема имитационного моделирования может быть представлена в виде сравнительно независимых групп блоков. Блоки 1—3 соответствуют этапу формирования математической модели и перевода ее в моделирующую программу. Блок 4 «ответственен» за проведение имитации. В блоке 6 производится обработка результатов моделирования. В блоках 4—7 реализуется план имитационного эксперимента. Одним из недостатков схем имитационного моделирования является «несистемность» схемы, т.е. та информация о системе, которая получается на этапах создания модели (блоки 1, 2), часто не используется при обработке результатов и планирования экспериментов (блоки 5, 6), если модель рассматривается как «черный ящик».

3. Если же моделирование рассматривать как единый процесс построения и исследования модели, имеющий соответствующую программную поддержку, то это приведет к изменению схемы. Теперь во главу угла ставится понятие математической модели, результаты исследования которой используются как на этапе построения машинной модели для упрощения и повышения эффективности и скорости работы моделирующего алгоритма, так и на этапе проведения вычислительных экспериментов в целях повышения достоверности и точности результатов моделирования. Проведенные исследования позволили остановить выбор на использовании технологических схем системного моделирования.

4. Для разработки алгоритма автоматизированного управления производственным процессом необходимо провести анализ языков моделирования. Языки моделирования упрощают построение программ-имитаторов и проведение имитационных экспериментов за счет частичной или полной автоматизации переходов от одного уровня представления модели к другому.

Принято выделять три класса моделируемых объектов: дискретные, непрерывные, дискретно-непрерывные (комбинированные). Соответственно различают три класса языков моделирования. Для дифференциальных моделей непрерывно-детерминированных схем используются языки дифференциальных уравнений.

5. Для реализации алгоритма выбран  язык Паскаль, т.к. он позволяет четко реализовать идеи структурного и объектного программирования. На его основе была выбрана система для быстрой разработки приложений Delphi версии 5.0, при работе в которой разработчик уделяет гораздо меньше времени созданию интерфейса и оформлению программы по сравнению с рядовыми языками программирования благодаря тому, что  видит большую часть результатов непосредственно на экране монитора, что позволяет сосредоточиться на создании алгоритма и избежать многих ошибок уже на этапе проектирования программы.

6. При непрерывно-детерминированном подходе разрабатываемая модель описывается с помощью дифференциальных уравнений. В результате проведенного литературного поиска, была составлена классификация дифференциальных уравнений. Ее анализ позволил определить тип используемых дифференциальных уравнений и подобрать метод их решения.

7. В качестве процесса, который описывается с помощью непрерывно-детерминированного подхода, рассмотрим движение звеньев «ноги» шагающего робота. Система линейных дифференциальных уравнений, описывающих изменение углов между звеньями ноги робота в динамике с учетом заданных параметров и представленных в нормальной форме Коши, имеет вид...

8. Для решения этой системы был разработан алгоритм, в результате которого находятся зависимости углов между звеньями от времени. Он основан на вычислении корней характеристического уравнения, с помощью которых определяется вид искомых зависимостей. Далее эти зависимости используются для анимации модели. На основе приведенных алгоритмов разработана программа, позволяющая моделировать производственный процесс.

9. При выполнении ДП была рассчитана система с распределенными параметрами, которая с помощью метода академика Власова представлена в виде сложной передаточной функции, состоящей из дифференцирующего и  форсирующего звена I порядка.

10. При автоматизации процесса используется современное аппаратное обеспечение, в частности, в мониторах ЭВМ применяются электронно-лучевые трубки, которые запитываются от высоковольтного источника напряжения.

11. В ходе работы над ДП рассмотрены оптимальные условия труда инженера-программиста и факторы, действующие на него в процессе работы.

12. Сгенерированный программный продукт является экономически эффективным, о чем свидетельствуют результаты расчетов себестоимости и цены. Экономический эффект был просчитан от внедрения программы на предприятии.

13. На основании  выше сказанного Вам просто необходимо приобрести данный программный продукт, так как он позволяет  быстро и качественно просчитать все стадии производственного процесса,  а также визуально наблюдать за динамикой работы процесса. Это значительно облегчит работу не только студентам, но и Вам, и позволит сэкономить столь драгоценное время.

Доклад окончен. Спасибо за внимание.