ОСОБЕННОСТИ  АВТОМАТИЧЕСКОГО  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОЕКТИРОВАНИЯ  СИСТЕМ  ОТБОРА  И  ДОСТАВКИ  ПРОБ  НА  АНАЛИЗ

Лобоцкий  Юрий  Генрихович,

канд.  техн.  наук,  ведущий  специалист  ООО  «Центр  инженерно-технического  обеспечения»,  РФ,  г.  Москва

E-mail:  lobs@nsi.ru

Хмара  Валерий  Васильевич,

д-р  техн.  наук,  профессор  ФГБОУ  ВПО  Северо-Кавказский  горно-металлургический  институт  (Государственный  технический  университет),  РФ,  Республика  Северная  Осетия, 

г.  Владикавказ

E-mail: 

AUTOMATED  PROCESS  DESIGN  PECULIARITIES  OF  SAMPLING  AND  DELIVERY  OF  SAMPLES  FOR  ANALYSIS’  SYSTEMS

Yuriy  Lobotsky

candidate  of  Science,  leading  expert  of  LLC  “Engineering  support  center”,  Russia  Moscow

Valeriy  Khmara

doctor  of  Science,  professor  of  FSBEI  HVE  North  Caucasian  Mining  and  Smelting  Institute  (State  Technical  University),  Russian  Federation,  the  Republic  of  North  Ossetia  Vladikavkaz

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассмотрены  практические  вопросы  технологического  проектирования  систем  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ.  Предложена  стратегия  конструкторского  и  технологического  проектирования  с  использованием  объектных  структурно-атрибутивных  моделей  (ОСАМ).  Приведена  общая  структура  технологического  проектирования  системы  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ.  Рассмотрены  особенности  итерационного  многоуровневого  метода  технологического  проектирования.

ABSTRACT

The  article  considers  practical  aspects  of  process  design  of  sampling  and  pneumatic  delivery  of  samples  for  analysis’  systems.  There  is  proposed  a  strategy  of  engineering  and  process  design  using  object  structural  and  attributive  models  (OSAM).  A  general  structure  of  process  design  of  sampling  and  pneumatic  delivery  of  samples  for  analysis’  system  is  given.  Peculiarities  of  iteration  multilevel  method  of  process  design  are  examined.

Ключевые  слова:  конструкторское  и  технологическое  проектирование;  объектные  структурно-атрибутивные  модели;  информатизация  этапов  жизненного  цикла  системы;  автоматический  отбор  и  доставка  проб  на  анализ. 

Keywords:  engineering  and  process  design;  object  structural  and  attributive  models;  informatization  of  system  life  cycle  stages;  automatic  sampling  and  delivery  of  samples  for  analysis. 

Как  известно  [1,  2]  любая  система  автоматического  отбора  представительных  разовых  проб  и  пневматической  доставки  усредненной  пробы  на  инструментальный  анализ  включает  в  себя  необходимые  и  адаптированные  к  конкретным  технологическим  условиям  средства  для:

·автоматического  отбора  разовых  проб;

·автоматического  пропорционального  сокращения  отобранных  разовых  проб;

·усреднения  в  течение  определенного  времени  ряда  последовательно  отобранных  разовых  проб;

·дозирования  необходимого  объема  полученной  усредненной  пробы  перед  её  отправкой  на  инструментальный  анализ;

·подготовки  к  пневматической  доставке  (контейнерной  или  бесконтейнерной)  дозированного  объема  усредненной  пробы  на  анализ; 

·собственно  доставки  усредненной  пробы  на  анализ;

·приема  доставленной  на  анализ  усредненной  пробы;

·предварительной  подготовки  доставленной  на  анализ  усредненной  пробы  (отделение  от  доставленной  пробы  транспортирующего  сжатого  воздуха  и  предварительное  обезвоживание  доставленной  пробы  при  бесконтейнерной  доставке  и  разгрузка  доставленной  пробы  из  транспортного  контейнера  при  контейнерной  доставке).

К  существенным  особенностям  автоматизации  технологического  проектирования  систем  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ  необходимо  отнести:

·выбор  оптимального  способа  доставки  проб  на  анализ  (контейнерный  или  бесконтейнерный);

·выбор  оптимального  диаметра  транспортного  трубопровода  для  системы  пневматической  доставки  усредненных  проб  на  анализ;

·выбор  необходимых  технических  средств  (типы  и  количество)  для  обеспечения  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ;

·выбор  оптимальной  топологии  системы  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ;

·разработка  и  моделирование  алгоритмов  автоматического  управления  комплексом  технических  средств  системы  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ;

·разработка  алгоритмического  и  программного  обеспечения  системы  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ;

·разработка  системы  автоматизированной  диагностики  работоспособности  системы  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ.

Реализация  данных  требований  предполагает  интеграцию  разнородной  информации  в  рамках  создаваемой  САПР,  для  чего  необходима  автоматизация  всех  этапов  проектирования  на  единой  концептуальной,  алгоритмической  и  программной  основе.  Технологическое  проектирование  включает  в  себя  всю  совокупность  видов  проектной  деятельности,  на  входе  которой  находится  разработанная  и  согласованная  с  Заказчиком  модель  системы  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ,  разработанная  на  основе  утвержденного  технического  задания  на  проектирование  и  полученных  от  Заказчика  необходимых  исходных  данных,  а  на  выходе  —  конструкторская  и  проектная  документация,  соответствующая  заданным  технико-экономическим  показателям.  На  основании  этих  документов  могут  и  должны  быть  изготовлены,  смонтированы  и  введены  в  постоянную  промышленную  эксплуатацию  технические  и  программно-алгоритмические  средства  системы  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ.

Следовательно,  основными  задачами  автоматического  технологического  проектирования  системы  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ  являются  разработка  комплекта  технической  документации,  а  целью  —  сокращение  времени  на  технологическое  проектирование,  повышение  качества  принятых  проектных  решений  и  минимизация  влияния  субъективного  фактора  на  результаты  проектирования.  Для  достижения  данных  целей  необходимо  разработать  и  реализовать  параллельную  стратегию  конструкторского  и  технологического  проектирования,  что  может  быть  достигнуто  путем  использования  объектных  структурно-атрибутивных  моделей  (ОСАМ)  высокого  уровня  абстракции,  которые  на  эскизном  уровне  информационного  представления  включают  в  себя  конструкторские  и  технологические  аспекты.  Включение  в  них  технологических  аспектов  позволяет  формировать  наборы  моделей  в  пространстве  эскизных  координат,  соответствующих  технологическим  условиям  конкретного  предприятия  и  критериям  промышленного  производства  технических  средств  системы  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ.  Это  эквивалентно  переносу  значительного  объема  проектных  работ  с  этапа  рабочего  проектирования  на  этап  эскизного  проектирования  с  использованием  высокоэффективных  специализированных  САПР.

  Необходимо  отметить,  что  существующие  САПР  имеют  ряд  ограничений,  которые  не  позволяют  в  должной  мере  учитывать  отмеченные  выше  особенности  автоматизации  технологического  проектирования  систем  автоматического  отбора  и  доставки  проб  на  анализ.  Эти  ограничения  не  позволяют  в  должной  мере  реализовать  современные  повышенные  требования,  предъявляемые  к  системам  автоматического  отбора  представительных  разовых  проб  и  пневматической  доставки  усредненных  проб  на  инструментальный  анализ.  К  ним  можно  отнести:

·существующее  моделирование  в  пространстве  исполнительных  координат  не  позволяет  исключить  субъективный  фактор  и  обнаружить  ошибки  на  ранних  стадиях  проектирования,  т.  е.  до  начала  изготовления  изделий;

·из–за  отсутствия  средств  для  отображения  структурно-функциональных  свойств  системы  автоматического  отбора  представительных  разовых  проб  и  пневматической  доставки  усредненной  пробы  на  инструментальный  анализ  нет  возможности  выполнять  структурно-логический  анализ  конструкции  технических  средств  системы,  что  предопределяет  необходимость  ввода  дополнительного  уровня  в  системе  контроля  качества  проектирования;

·отсутствие  формальных  средств  контроля  внесенных  ошибок  при  изменении  конструкций  ранее  разработанных  изделий.

Этим  во  многом  объясняется  тот  факт,  что  в  существующих  САПР  не  решены  проблемы  комплексной  проработки  технологических  проектных  операций  и  обеспечения  высокой  степени  безошибочности  всех  принимаемых  проектных  решений.

Одним  из  перспективных  направлений  является  использование  концепции  безошибочного  проектирования  и  производства,  основанной  на  переносе  максимально  возможного  объема  конструкторско-технологических  работ  на  более  высокие  уровни  абстракции  с  организацией  на  каждом  из  них  формальных  процедур  контроля  корректности  принимаемых  проектных  решений.  Использование  высокоуровневых  ОСАМ,  позволяющих  на  этапе  конструирования  перерабатывать  обширный  объем  предметной  информации  об  объектах  проектирования,  является  основой  для  выполнения  последующих  этапов  проектирования  систем  автоматического  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ  с  высокой  степенью  автоматизации  и  безошибочности.

На  рис.  1  показана  общая  структура  технологического  проектирования  системы  автоматического  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ  в  контексте  информатизации  проектно-производственных  этапов  её  жизненного  цикла.  Она  позволяет  обеспечивать  параллельное  выполнение  различных  процессов:

·     разработка  проекта  трасс  доставки  проб  на  анализ,

·     разработка  проектов  привязки  выбранных  технических  средств  автоматического  отбора  представительных  разовых  проб  к  действующему  технологическому  оборудованию,

·     типизация  узлов  и  деталей  для  технических  средств  отбора  и  доставки  проб  на  анализ,

·     приобретение  комплектующих  изделий  и  материалов,

·     разработка  конструкторской  документации  на  оригинальные  детали  комплекса  технических  средств  отбора  и  доставки  проб  на  анализ,

·     изготовление  вновь  разработанных  оригинальных  узлов  и  деталей  системы  отбора  и  доставки  проб  на  анализ,

Рисунок  1.  Общая  структура  технологического  проектирования  системы  автоматического  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ

·     проведение  стендовых  испытаний  опытных  образцов  технических  средств  системы  отбора  и  доставки  проб  на  анализ,

·     комплексные  испытания  и  сдача  Заказчику  системы  отбора  и  доставки  проб  на  анализ, 

·     передача  вновь  разработанной  конструкторской,  текстовой  и  проектной  документации  в  базу  данных  САПР.

Для  автоматизации  технологического  проектирования  системы  автоматического  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ  наиболее  подходящим  является  итерационный  многоуровневый  метод,  при  котором  весь  процесс  разделяется  на  несколько  (обычно  три)  взаимосвязанных  уровня,  характеризующихся  последовательным  возрастанием  степени  детализации  принимаемых  решений:  ,  где  Р_р  —  принципиальный  уровень,  на  котором  разрабатывается  общая  структурная  схема  проектируемой  системы;  Р_m  —  маршрутный  уровень,  на  котором  проектируется  маршрут  разработки  документации  и  порядок  изготовления  технических  средств  системы  и  определяется  их  соответствие  требованиям  технической  документации,  Р_о  —  операционный  уровень,  на  котором  детализируются  переходы  по  каждой  операции  и  формируется  полный  комплект  конструкторской  и  текстовой  документации,  который  передается  в  базу  данных  прототипов  системы.

Инфологическое  представление  модели  i-ой  проектной  операции  технологического  проектирования,  инвариантное  к  уровню  абстрагирования,  формально  описывается  зависимостью:

где:  I_i(X)  —  входной  информационный  поток; 

A_i(X)  —  алгоритм  реализации  проектной  операции; 

S_i(X,Y)  —  множество  функциональных  отношений; 

R_i(X,Y)  —  множество  ограничений  проектной  операции; 

O_i(Y)  —  выходной  информационный  поток.

Технологическое  проектирование  системы  автоматического  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ  представляет  собой  итеративно-рекурсивный  процесс  последовательного  преобразования  информации  об  объекте  проектирования  в  совокупности  с  различными  видами  справочной,  дополнительной  и  вспомогательной  информации.  Он  может  быть  описан  в  терминах  информационных  потоков  I,  включающих  в  себя  модели  объекта  проектирования  (Mod)  и  документы  (Dok):    На  каждом  этапе  технологического  проектирования  оба  множества  подвергаются  сложным  функциональным  преобразованиям,  которые  последовательно  уточняют  описание  объекта  проектирования,  и  формально  представляются  функциями  преобразования:

,

где:    —  функции  взаимного  преобразования  документов; 

  —  функции  взаимного  преобразования  моделей; 

  —  функции  преобразования  моделей  в  документы; 

  —  функции  преобразования  документов  в  модели.

Ключевой  на  этапе  инжиниринга  является  задача  преобразования  эскизно-структурной  модели  системы  автоматического  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ  в  операционную  и  структурно-атрибутивной  модели  —  в  маршрутную  модели  технологического  процесса  создания  системы  автоматического  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ.  В  общем  случае  при  этом  решаются  задачи  синтеза  проектного  решения,  которые  могут  быть  решены  на  одном  из  трех  уровней:  ,  где  U₁  —  уровень  конструктивной  идентичности,  на  котором  задача  синтеза  вырождается  в  поиск  существующего  аналога,  полностью  удовлетворяющего  требованиям  создаваемой  системы;  U₂  —  уровень  технологической  идентичности,  на  котором  применяются  типовые  (уже  известные  и  проверенные)  проектные  решения;  U₃  —  уровень  синтеза  нового  проектного  решения. 

На  каждом  уровне  решается  задача  оценки  и  фильтрации  вариантов  в  соответствии  с  определенными  критериями,  по  результатам  которой  осуществляется  переход  на  нижележащий  уровень,  либо  возврат  на  один  из  вышележащих  уровней.  На  практике  эти  два  приема  используются  совместно.  Поскольку  ,  целесообразно  использовать  именно  эту  последовательность  их  применения  и  переходить  на  более  высокие  уровни  только  после  получения  отрицательных  результатов  на  предыдущих  уровнях. 

Список  литературы:

1.«Универсальная  контейнерная  система  пневмотранспорта  проб  на  анализ.  Основы,  принципы  построения,  конструкция,  алгоритмы  функционирования».  Валерий  Хмара.  Lambert  Academic  Publishing.  2012  г.  ISBN:  978-3-8433-6602-1.  —  С.  89.

2.«Система  бесконтейнерной  доставки  проб  на  анализ.  Основы,  принципы  построения,  конструкция,  алгоритм  функционирования».  Валерий  Хмара  (ред),  Юрий  Лобоцкий.  Lambert  Academic  Publishing.  2013  г.  ISBN:  978-3-659-39689-2.  —  С.  104.