Разработка виртуального инструментария для начальных этапов  проектирования путевых

машин на примере щебнеочистительной  машины

В.В. Быков,
 асп. каф. САПР, vladimir.bykov@bk.ru,
И.В. Герасимов,
 проф. каф. САПР, д.т.н., ivgerasimov-45@yandex.ru
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», г. Санкт-Петербург

Доклад посвящен вопросам автоматизации начальных этапов проектирования путевых машин на примере машины для очистки щебня: рассмотрены концептуальный и технологический уровень. На концептуальном уровне представлены диаграммы в нотации IDEF0, на технологическом – обсуждается физика явлений. В целом исследование ориентировано на описание большого класса задач при разработке виртуального инструментария.

 

This paper is devoted to problems of automation at the initial stages for design the track machine using case the ballast cleaning machine. For this case it are considered a conceptual and technological levels. Diagram based on IDEF0 notation is figured the conceptual level while a physics phenomena is discussed at the technological level. Overall, the investigation is oriented on the description of large class of problem during developing virtual facilities.

Введение

На концептуальном уровне при вычленении основных черт внешней для щебнеочистительной машины среды принимается та точка зрения, что перколяционные кластеры на пороге протекания являются случайными статистическими фракталами, т.е. заполняют евклидово пространство самоподобным образом [1, 2].

Как и объекты в целом, законы природы принадлежат одновременно актуальной и виртуальной реальности. Любой из них объединяет в себе потенциал и реализацию. Аналогично в нашем сознании передается содержание знака в форме знака: форма знака реальна, а содержание знака виртуально. Для описания таких информационных процессов не хватает выразительной адекватности классического математического анализа и бивалентной логики [3].

Если во главу угла ставить диалектическую триаду «Символ – Понимание – Слово», предполагающую целостное представление сложного объекта (проектного решения) как динамического взаимодействия составляющих его частей, то вероятность композиционного процесса определяется из квантомеханического принципа суперпозиции и правила сложения амплитуд вероятностей [4].

Концептуальный уровень проектирования путевых машин

Представим концептуальный уровень проектирования путевых машин [5] с помощью SADT-диаграмм, используя нотацию IDEF0 [6] (рис. 1 и 2).

рис. 1  Диаграмма верхнего уровня при разработке процессов в CAD/CAM-системе

рис. 2  Контекстная диаграмма при разработке процессов в CAD/CAM-системе

Следует отметить, что обратная связь при проектировании путевых машин осуществляется с помощью корректирующих действий для повторного планирования на базе виртуального инструментария, выбор которого обусловлен такими факторами системной среды как:

-     высокая степень неоднородности, более того – случайно неоднородная среда;

-     система с геометрическим фазовым переходом по связности (как это трактуется в теории перколяции [1]).

Технологический уровень проектирования щебнеочистительной машины

На технологическом уровне проектирования следует рассмотреть информацию, определяющую процесс механизированной очистки щебня (рис. 3).

рис. 3  Описание технологических процессов в щебнеочистительной машине на основе  метода морфологического анализа Цвикки [7]

Как видно из рис. 3, процесс механизированной очистки щебня определяется следующими составляющими:

·      функциональные компоненты системы: щебень, загрязнитель, балласт;

·      блоки управления системой: электробалластер, щебнеочистное устройство, транспортное средство управления;

·      этапы выполнения процессов системы: заборка, очистка, сортировка, транспортировка, выгрузка.

Опыт показывает, что реконструкция модели реализации технологического процесса (CAD/CAM process developing) выдвигает необходимость привлечения для эффективного решения особо сложных задач в условиях информационной неопределенности методов стохастической информатики. На первый план выходит стохастическое обобщение поисковых оптимизационных механизмов в когнитивных моделях VI-сред САИПР (систем автоматизированного исследовательского проектирования) [3].

Следует отметить, что, в общем случае, основным компонентом технологического процесса является балластная призма: рассматриваемые явления описываются «процессами протекания» (percolation processes), известные также как «критические явления». Физика этих явлений описывается «геометрией беспорядка» с привлечением теории систем с геометрическим фазовым переходом по связности [1, 2].

Заключение

В качестве обобщенного показателя качества проектного решения (виртуального прототипа машины) предлагается представить линейный функционал, составляющими которого являются нормированные значения атрибутов и метрик концептуальной модели машины по очистке щебня с соответствующими весовыми коэффициентами. Выбор значений этих коэффициентов зависит от условий применения путевой машины. В тех случаях, когда метрики не имеют аналитических оценок, задание их численных значений предлагается осуществлять экспертными методами.

Таким образом, выполненное исследование позволяет описать большой класс задач, для которых неоднородность, стохастичность и связность среды играет определяющую роль при разработке виртуального инструментария.

Литература

1.  Тарасевич, Ю.В. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы [Текст] / Ю.В. Тарасевич // Учебное пособие. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 112 с. 

2.  Эфрос, А.Л. Физика и геометрия беспорядка [Текст] / А.Л. Эфрос // Библиотечка «Квант». Выпуск 19. – М., Изд-во «Наука», 1982. – 268 с. 

3.  Герасимов, И.В. Парадигма виртуальности в автоматизированном исследовательском проектировании высокотехнологичных изделий электроники и средств аналитического приборостроения [Текст] / И.В. Герасимов [и др.]. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ ЛЭТИ, 2013. – 205 с. 

4.  Герасимов, И.В. Основания технологии комплементарного проектирования наукоемких изделий [Текст] / И.В. Герасимов [и др.]. – СПб.: Изд‑во СПбГЭТУ ЛЭТИ, 2010. – 206 с. 

5.  Парунакян, В.Э. Анализ информационных потоков в управлении системой текущего содержания железнодорожного пути [Текст] / В.Э. Парунакян // Сборник трудов ЛИИЖТ «Использование технических средств промышленных железнодорожных дорог» под ред. В.Л. Яковлева. – Л.: ЛИИЖТ, 1984. – С. 92-97. 

6.  Marca, D. SADT/IDEF0 for Augmenting UML, Agile and Usability Engineering Methods [Text] / D. Marca // Software and Data Technologies. 6th International Conference, ICSOFT 2011, Seville, Spain, July 18-21 2011. – Heidelberg (Germany): Springer-Verlag, 2013. – P. 38-55. 

7.  Zwicky, F. Discovery, Invention, Research through the morphological approach [Text] / F. Zwicky // Softcover reprint of the original 1st ed. 1957. – Berlin: Springer, 2012. – 299 p.