П.П.
Мельничук
Б.Б.
Самотокін
М.М. Поліщук
М.М. Ткач
К.Б. Остапченко
О.І. Лісовиченко
ГНУЧКІ
КОМП‘ЮТЕРИЗОВАНІ СИСТЕМИ:
проектування, моделювання і управління
Міністерством освіти і науки України як підручник для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за напрямами «Комп’ютеризовані системи, автоматика і управління», «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології», «Інженерна механіка»
Гнучкі комп‘ютеризовані системи: проектування, моделювання і управління: Підручник / Л.С. Ямпольський, П.П. Мельничук, Б.Б. Самотокін, М.М. Поліщук, М.М. Ткач, К.Б. Остапченко, О.І. Лісовиченко.- Житомир: ЖДТУ, 2005.- 680 с.: 362 іл.
КОМПЛЕКС підручників є першою в Україні спробою створення навчальної літератури нового покоління - з широким застосуванням технології мультимедійної анімації.
У КОМПЛЕКСІ подано термінологію та основні поняття, що використовуються в гнучких комп‘ютеризованих системах (ГКС) та інтегрованому виробництві. Розглянуто елементну базу промислової робототехніки як складової ГКС, наведено принципи і особливості проектування і обгрунтування вибору компонентів таких систем. Викладено основи системного підходу до структуроутворення і проектування ГКС в цілому, включаючі етапи верифікації процесів та їх моделювання, створення алгоритмічного і програмного забезпечення задач управління як окремими пристроями з числовим програмним управлінням (ЧПУ), так і розв‘язання задач організаційно-технічного управління в інтегрованих системах взаємодії пристроїв з ЧПУ.
КОМПЛЕКС комплектується електронною версією, в якій в розгорнутому вигляді викладено методики розрахунку і алгоритми проектування і управління складовими і ГКС в цілому. Електронна версія, яка виконана в HTML -форматі і призначена для Internet -росповсюдження, супроводжується мультимедійною анімацією складних до сприйняття елементів функціонування ГКС, поданих у паперовій версії КОМПЛЕКСУ в статичному вигляді.
Для студентів вузів, які навчаються за напрямами підготовки: 0914 «Комп‘ютеризовані системи, автоматика і управління»; 0925 «Автоматизація та комп‘ютерно-інтегровані технології»; 0902 «Інженерна механіка».
Авторські права на “Комплекс” зареєстровані Державним департаментом інтелектуальної власності Міністерством освіти і науки України (свідоцтво № 13067 від 17.05.05 р. )
Рецензенти: Синєглазов В.М. , д.т.н., професор, директор Інституту електроніки та систем управління Національного авіаційного університету; Теленик С.Ф. , д.т.н., професор, завідувач кафедри автоматики та управління в технічних системах Національного технічного університету України “КПІ”
Шановний читаче!
Твоїй увазі пропонується створена в співдружності провідними фахівцями Національного технічного університету України-“КПІ” та Житомирського державного технологічного університету незвичайна технічна книга, яка вигідно відрізняється від інших паперових видань і їх звичайних електронних версій трьома особливостями. Вперше в нашій країні цим виданням започатковані й широко впроваджені в навчально-методичну літературу нові мультимедійні технології щодо подання ілюстративного матеріалу. Цей фактор є надзвичайно важливим в методологічному аспектові постановки навчального процесу :
• викладачеві надаються неабиякі зручності в супроводженні лекційного матеріалу та практикумів екранною ( замість традиційних дошки, крейди і статичних графічних зображень ) формою подання ілюстративного матеріалу з можливістю розгортання динамічного функціонування об'єктів ( окремих пристроїв та систем в цілому, їх електронних та імітаційних моделей тощо ) , а також в створенні на базі сучасних ПЕОМ практикумів із залученням засобів супровідної візуалізації проектно-розрахункових і учбово-дослідних етапів їх виконання ;
• студентові в процесі самостійної підготовки, питома вага якої в навчальних програмах весь час зростає, надається можливість глибше зануритися в специфіку процесів, якими супроводжується функціонування об'єктів різної природи і фізичної сутності . Це підвищує ефективність придбання і закріплення знань, грунтуючись на розгляді мультимедійно поданій динамічній візуалізаці графічного матеріалу. Крім того, треба також мати на увазі, що студенти сьогодні, оволодіваючи сучасними інформаційними технологіями, просто не сприймають серйозно учбово-методичну літературу, видану паперовим або навіть звичайним електронним способом.
Інший позитивний аспект КОМПЛЕКСУ - призначена для використання через INTERNET його електронна версія в HTML-форматі, що створює додаткові зручності при впровадженні в дистанційне навчання, коли з різних причин у користувача відсутня можливість відвідування навчального закладу Цей аспект підсилюється й тим, що все більшого значення в нашій країні буде приділятися ( на зразок провідних країн світу ) формам підвищення кваліфікації та перекваліфікації у зв'язку із постійно діючим “пресом” ринкової економіки і, як наслідок, фактором модернізації або перепрофілюванням виробництва.
Третя приваблива риса – у принципах формування КОМПЛЕКСУ, який містить, по-перше, три основні складові у вигляді закінчених підручників для використання в процесі підготовки студентів різних спеціальностей, а по-друге, основу кожного з трьох електронгних версій підручників складають окремі функціональні модулі, з яких можна формувати різні навчальні дисципліни, враховуючи, в тому числі, і тенденцію до блочно-модульної системи викладання.
Автори сподіваються , що цей перший в Україні досвід створення підручників нового типу буде сприяти підвищенню ефективності як викладання професорсько-викладацьким складом навчального матеріалу, так і сприймання та закріплення студентами відповідних спеціальностей знань і послугує подальшому впровадженню новітніх інформаційних технологій в розробку сучасних навчально-методичних засобів для всіх рівнів освіти в нашій державі.
Передмова
Високі темпи розвитку виробництва можливі, головним чином, за рахунок підвищення його ефективності, зростання продуктивності праці й лише в незначній мірі завдяки приросту робочої сили. Надалі при ще більших масштабах розвитку виробництва основних видів продукції проблема максимальної економії живої праці стане більш гострою, і для інтенсифікації виробництва буде потрібний новий підхід до питань розробки передової технології та прогресивного обладнання в усіх галузях промисловості, в першу чергу - машино- і приладобудуванні.
Як показує зарубіжний досвід і досвід передових галузей нашої країни, гнучкість автоматизованих технологічних процесів в умовах малосерійного багатономенклатурного виробництва може бути забезпечена організацією останнього за модульним принципом, основу якого складають елементи нижнього ієрархічного рівня структури - гнучких комп'ютерно-інтегрованих систем (ГКІС). Якісно новим етапом у розвитку виробничих систем є використання промислових роботів (ПР), завдяки яким з'явились принципові можливості повного виведення людини з безпосередньої участі в технологічному процесі при збереженні гнучкості виробничої системи внаслідок модульного принципу її побудови.
Перехід до гнучких виробничих систем (ГВС) з використанням ПР, разом з тим, грунтується на нових тенденціях у технічному вдосконаленні самих компонентів таких систем, зокрема на підвищенні гнучкості в комплектації системи роботів різноманітними типами уніфікованих елементів і вузлів. В свою чергу, успішне впровадження ПР у виробництво потребує вивчення умов оптимальної взаємодії системи “робот - об'єкт - виробництво – середовище”, під якою розуміють засоби, що забезпечують впорядкування об'єктів виробництва за приналежністю до класу, зайнятим положенням відносно базових координат технологічного обладнання та ПР, відсутністю бракованих об'єктів. Практика показує, що цим питанням приділяється недостатня увага, а це призводить до збільшення строків освоєння робототехнічних систем (РТС) і недостатньої їхньої ефективності через низьку надійність технологічних та технічних рішень щодо впорядкування робочого середовища. Значної уваги потребують питання структуроутворювання ГВС, особливо на етапах їх структурно-компоновочного синтезу. Тут необхідна типізація елементної бази ГВС на рівні функціональних модулів – обробки, складання, транспортування та складування об'єктів виробництва, контролю їх якості та атестації готової продукції, що, зрештою, дасть змогу підвищити рівень об'єктивності прийняття рішень при проектуванні складних виробничих систем.
Однією з важливих компонент підготовки студентів даних спеціальностей є викладання дисциплін, пов'язаних з задачами управління ГКІС, і їх викладання має на меті дати студентам знання і навички у використанні ефективних способів побудови програмно-математичного забезпечення організаційного-технічного управління ГКІС та числового програмного управління його окремими обробляючими ресурсами. Розглядаються теоретична та інструментальна бази, за допомогою яких створюються інженерні методи розв'язання проблеми організації ефективного алгоритмічного та надійного програмного забезпечення ГКІС. Як математична форма їх подання та верифікації розглядаються дискретно-подійні моделі на базі апарата сіток Петрі (СП), а як методологія розв'язання – імітаційні методи дослідження.
Розглядається організація програмного управління виконавчим рівнем ГКІС, наводиться технологія програмування формоутворення об'єктів обробки та руху робочого органу технологічного устаткування. Розкривається суттєвість інтерполяційного процесу, наводяться структура реалізації та фази розв'язання логічної задачі в системах електроавтоматики пристроїв з числовим програмним управління (ЧПУ), а також термінальної задачі в інтерактивних системах взаємодії пристроїв з ЧПУ.
Такий підхід до складу і змісту КОМПЛЕКСУ дозволяє: по-перше, забезпечити учбовий процес з даних напрямів підготовки одразу за декількома профілюючими дисциплінами; по-друге, подати весь матеріал про властивості, підходи щодо створення і застосування ГКІС в логічній послідовності його викладення й взаємозв'язку між складовими – частинами КОМПЛЕКСУ без повторень і дублювання навчального матеріалу; по-третє, подати матеріал про ГКІС таким чином, щоб кожна її складова мала самостійне значення і дозволяла забезпечувати навчальний процес інших споріднених спеціальностей навчально-методичним матеріалом, коли окрема частина КОМПЛЕКСУ відповідає вимогам (методичного і змістовного) забезпечення конкретного теоретичного курсу з відповідної навчальної дисципліни; по-четверте, КОМПЛЕКСУ уявляє собою сполучення на звичайному (паперовому) і електронному носіях, причому, перший має скорочений обсяг і призначений для лекційного викладення курсів з поданням ключових вузлових аспектів проблемної галузі, тоді як електронна версія має розширений обсяг матеріалу і охоплює ширше коло питань щодо кожної з навчальних дисциплін з детальним їх аналізом і призначена для студентів з урахуванням їх самостійної роботи з відповідною навчально-методичною літературою, в тому числі, в режимі дистанційного навчання; по-п'яте, електронна версія КОМПЛЕКСУ супроводжується мультимедійною анімацією складних до сприймання студентом деяких елементів функціонування ГКІС, поданих рисунком в статичному вигляді з текстовою формою опису принципу дії; кольорове анімаційне “оживлення” статичних зображень елементів ГКІС дозволяє користувачеві дослідити всі необхідні для сприймання деталі функціонування різноманітних за складністю, фізичною основою та послідовністю дії компонентів ГКІС як під час їх експлуатації, так і в процесах проектування, моделювання і управління; нарешті, по-шосте, електронну версію КОМПЛЕКСУ оснащено підсистемою контролю залишкових знань і тестування, в результаті користування якою студенти мають можливість провести самоаналіз глибини засвоєння навчального матеріалу. Усе це разом і створює необхідні умови для організації дистанційного навчання через Internet, сприяючі доступу до освіти і таких верств населення, хто з тих чи інших причин має певні обмеження до безпосередньої присутності під час навчального процесу у відповідних навчальних закладах.
Слід визначити, що кожна складова КОМПЛЕКСУ - підручник, а втім, і відповідні дисципліни навчальних планів напрямів підготовки та інших споріднених через базову (бакалаврську) підготовку спеціальностей не забезпечені україномовними підручниками, тим більше – їх електронними анімаційними версіями. Крім того, у вітчизняній практиці відсутні приклади видання підручників з комплексним поданням дисциплін професійно-орієнтованої та спеціальної підготовки, як і відсутні підручники, електронні версії яких оснащено системами мультимедійного анімаційного супроводження.
Передмову, книгу І “Проектування компонентів гнучких комп'ютеризованих систем”, висновки написано професорами Л.С. Ямпольським, Б.Б. Самотокіним, М.М. Поліщуком, книгу ІІ “Проектування гнучких інтегрованих систем” – професором П.П. Мельничуком, доцентом М.М. Ткачом, книгу ІІІ “Алгоритмізація та верифікація управління в гнучких комп'ютеризованих системах” – професором П.П. Мельничуком, доцентом К.Б. Остапченко. Комп'ютерний набір КОМПЛЕКСУ в HTML-форматі, створення мультимедійного анімаційного супроводження графічного матеріалу та демонстраційних прикладів динамічного функціонування об'єктів дослідження виконано під керівництвом аспіранта О.І. Лісовиченко магістрантами С.С. Буговським, І.В. Краснощоком за участю студентів 3-5 курсів спеціальності 7.091402 “Гнучкі комп'ютеризовані системи та робототехніка” Національного технічного університету України – “КПІ”, яким автори висловлюють щиру подяку.