1. В чем заключается кибернетический подход к технологическому процессу и оборудованию для обработки кпэ?

Энергия – это мера движения и взаимодействия всех видов материи. При движении матери происходит изменение энергии, при этом совершается работа (обработка материала).

Кибернетика – это наука об управлении и регулировании. В основе кибернетики лежит идея возможности развить общий подход к рассмотрению процессов управления в системах различной природы. Исходя из такой постановки вопроса, в кибернетике абстрагируются от реальной физической природы управляемых объектов. Контроль над движением материи имеет свои особенности по сравнению с контролем над механической обработкой. В основе автоматизации обработки КПЭ в силу многофакторной зависимости лежит кибернетический подход. Кибернетический подход позволяет применить мощный математический аппарат для количественного описания различных процессов, для решения сложных задач, и основан на методах теории информации, теории динамических систем, теории алгоритмов и теории вероятностей. При кибернетическом подходе вводится определенная абстракция в виде элементов системы, и учитываются связи между элементами в виде передачи информации. Организация связей между элементами носит название структуры этой системы. При этом важно заметить, что элементами кибернетической системы могут считаться объекты, в которых происходит изменение их состояния во времени, пространстве или преобразование информации. Известно, что результат обработки материала КПЭ зависит от множества факторов. Так при нанесении покрытий в вакууме важны: скорость испарения, масса навески испаряемого материала, давление в вакуумной камере, плотность потока испаряемых атомов и молекул, конфигурация поверхности обрабатываемого материала, температура подложки, различные механизмы конденсации, наконец, конструкция испарителя и т.д. Аналогично можно назвать целый ряд факторов влияющих на процесс обработки при помощи лазерного луча. При этом необходимо заметить, что большинство из названных факторов изменяются во времени и регулируются в процессе обработки, составляя целый ряд автономных САУ, которые оказывают влияние друг на друга и на конечный результат обработки. Таким образом ,технологический процесс обработки КПЭ, оборудование и изделие представляют собой некую кибернетическую систему с множеством элементов, связей и влиянием друг на друга.

2. Основные положения кибернетического управления технологическим процессом

Кибернетика – это наука об управлении сложными системами, связях в этих системах и переработки информации в этих системах. Кибернетика абстрагируется от конкретной физической природы происходящих в системе процессов, и имеет дело с моделями систем.

В основе всякого управления сложными системами и в том числе кибернетического управления лежит рассмотрение связей между подсистемами и их структуры как основы организации этих связей.

В основу изучения технических кибернетических систем положено исследование поведения системы. Таков основной круг задач и основные положения кибернетики как науки и технической кибернетики, как одного из направлений.

В установке должны быть предусмотрены системы автоматического управления заслонкой (10), экраном (6) и сменой подложек (обрабатываемых деталей 11). Для охлаждения камеры (13) и тигля (14) должна быть система охлаждения (как правило, вода из сети) (12).

В установке должны быть предусмотрены системы автоматического управления заслонкой (10), экраном (6) и сменой подложек (обрабатываемых деталей 11). Для охлаждения камеры (13) и тигля (14) должна быть система охлаждения (как правило, вода из сети) (12).

Методы: 1) Создание математической модели 2) Использование современного математического аппарата для решения задач 3) Использование вычислительной техники как для управления, так и для решения и моделирования процессов в кибернетических системах.

Кроме названных основных понятий - элемент кибернетической системы и структура, фундаментальным понятием кибернетики является модель.

3. Модели, структура, элементы технологического комплекса для обработки кпэ

Абстрактная кибернетическая технологическая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов, называемых элементами системы, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией. Если обратиться к обработке КПЭ, мы имеем с одной стороны наличие множества параметров среды, в которой ведется процесс, режимов обработки, и связей, влияние множества факторов воздействий на процесс обработки КПЭ. С другой стороны, хорошо разработанные теоретические основы кибернетики, которые позволяют использовать киберн. подход к техпроцессу и оборудованию, создать общие модели процесса и оборудования и проводить необходимые исследования в этой области. При кибернетическом подходе вводится определенная абстракция в виде элементов системы, и учитываются связи между элементами в виде передачи информации. Организация связей между элементами носит название структуры этой системы. При этом важно заметить, что элементами кибернетической системы могут считаться объекты, в которых происходит изменение их состояния во времени, пространстве или преобразование информации. Естественно какой-нибудь болт или камера не может быть элементами кибернетической системы, а регулятор давления, либо температуры, обработка электрическим лучом – это элемент системы ЦАП, АЦП – тоже элемент кибернетической системы. Элемент и структура кибер. системы - это аналоги определений динамического звена САУ и структурная схема САУ. Кроме названных основных понятий - элемент киберн. системы и структура, фундаментальным понятием кибернетики является модель. В тау понятие математическая модель - это по сути математическое уравнение, отражающее процессы, происходящие в САУ. Пользуясь моделью, оказывается удобным изучать свойства объекта. При этом часто прибегают к понятию упрощенной модели, позволяющей изучать очень сложные объекты и системы, сохраняя сходство в модели лишь те черты оригинала, которые существенны для круга изучаемых явлений. Если между двумя объектами может быть установлено сходство хотя бы в каком-либо одном определенном смысле, то между этими объектами существуют отношения оригинала и модели. Для кибернетических систем наиб. важным сходством, приводящим к отношениям оригинал – модель, является сходство их поведения, позволяющее моделировать движение.

4. Влияние различных технол. Факторов на получение оптимального рез-та обр. Кпэ и методы его реализации.

Для контроля и управления обработкой КПЭ используются сложные системы управления. Сложной системой называется система, включающая в свой состав большое число взаимодействующих подсистем по иерархическому принципу. - комплексный (составной) характер управляемого процесса; - необходимость последовательного решения задач управления; - подчиненность подзадач, составляющих сложную задачу. задачи:

1. Стратегическая задача (изготовление деталей);

2. Тактическая задача-это элемент общей стратегической задачи, устанавливающей требования к режимам обработки;

3. Локальная задача-это задача изменения или поддержания состояния элемент. объекта. Киберн. подход к решению задач управления ТП процессом предусматривает, прежде всего, получение оптимального результата. Экстрем. регулирование — это способ автоматического регулирования, состоящий в установлении и поддержании режима работы управляемого объекта, когда достигается экстрем. значение некоторого критерия, характеризующего качество процесса. Автоматич. устройство, вырабатывающее управляющее воздействие на объект регулирования иногда называют экстремальным регулятором. Присутствие в системе экстрем. регуляторов является признаком киберн. подхода к решению задачи. Системы экстрем. регулирования (СЭР) предназначены для автоматич. поиска и поддержания оптимального управляющего воздействия, обеспечивающего работу объекта управления при экстрем. значении принятого критерия эффективности. Устройство, предназначенное для автоматич. поиска и поддержания экстрем. значения регулируемого параметра – автоматич. оптимизатор. Методы поиска экстремума оптимизируемого параметра, когда он является функцией нескольких независимых друг от друга величин, что имеет место при обработке КПЭ: 1) метод поочередного измерения параметров (метод Гаусса - Зейделя), 2) метод градиента, 3) метод наискорейшего спуска. Метод Гаусса – Зейделя заключается в поочередном анализе выходного сигнала под воздействием отдельных возмущений на предмет влияния их на экстрем. результат. После анализа всех действующих на данный момент возмущений вырабатывается суммарный сигнал на исполнительный механизм. Метод градиента заключается в одновременном измерении всех координат (возмущений) и определении их влияния на выходной сигнал с позиций движения к экстремуму. Метод градиента характеризуется относительно быстрым и плавным выходом системы к экстремуму. Метод наискорейшего спуска применяется в случаях, когда имеют место большие отклонения выходного параметра от экстремума. Для этого вначале определяется начальное значение регулируемого параметра (направление вектора градиента в начальной точке состояния системы), затем формируется сигнал по результатам этого измерения, направленный на наискорейшее достижение экстремума.

5. Что такое информация? Способы измерения информации. Под информацией нужно понимать отражение или отображение предметов и процессов в виде чисел, формул, описаний, чертежей, символов, образов, кодов и т.п. абстрактных характеристик.

С передачей и обработкой информации связаны действия любого автоматического устройства. Информационная техника этого устройства предназначена для измерения информации, кодирования, передачи по каналам, восприятия, обработки, представления.

Центральное положение информации в кибернетике объясняется тем, что кибернетика изучает машины с точки зрения их способности воспринимать информацию, сохранять ее в памяти, передавать ее по каналам связей и перерабатывать ее в сигналы, направляющие их деятельность в нужную сторону. В связи с такой постановкой вопроса возникла целая отрасль науки – теория информации. В основе теории информации лежит предложенный в 1948г. американским ученым Шенноном, способ измерения количества информации, в одном случайном событии.

всякое сообщение может рассматриваться, как сведения об определенном событии x_i t_i , содержащее данные о том, в каком из возможных состояний находится система в момент t_i . В кибернетических системах, как правило, пользуются дискретными сообщениями. Дискретным сообщением называется последовательность символов, взятых из некоторого набора символов – алфавита. Каждый отдельный символ называется буквой алфавита. Конечная последовательность символов, взятых из некоторого алфавита, называется словом в данном алфавите.

В качестве примера можно привести ПВМ. Печатая текст, мы используем клавиатуру с рус/англ. алфавитом. При этом не задумываемся о том, что процессор не «понимает» русского (англ.) языка, а оперирует с1и0, комбинация которых составляет машинный алфавит. Таким образом, наша буквенная информация, которую мы сообщаем компьютеру, превращается в дискретную информацию (1,0), которая может быть передана на сколько угодно большое расстояние. Таким образом, если в русском (английском) алфавите имеется около 40 символов, то в ЦВМ этих символов 2 (1,0) и они называются основанием кода.

Таким образом, сообщение о любом событии может быть записано в двухбуквенном алфавите. Шеннон установил, что при подобной передаче сообщений количество информации Н_max, содержащиеся в сообщении, пропорционально его длине (количеству символов) и предложил количественно измерять информацию, соответственно появились отрасли науки теория информации и теория вероятностей т.к. сообщения носят случайный характер.

В кибернетике под информацией понимают отражение или отображение предметов и процессов в виде чисел, формул, описаний,

чертежей, символов, образов, кодов и т.п. абстрактных характеристиках. Все автоматические устройства связаны с передачей, обработкой информации.

Центральное положение информации в кибернетике объясняется тем, что кибернетика изучает машины с точки зрения их способности воспринимать информацию, сохранять ее в памяти, передавать ее по каналам связей и перерабатывать ее в сигналы, направляющие их деятельность в нужную сторону.

Пример: наша буквенная информация, которую мы сообщаем компьютеру, превращается в дискретную информацию (1,0), которая может быть передана на сколько угодно большое расстояние (т.е. в ЦВМ всего два символа 1и 0 и они называются основанием кода).

История обработки информации:

1. «Ручная»-бумажные носители, курьеры, почтальоны

2. «Машинная»- пишущая машинка, телефон, диктофон

3.«Электрические» технологии-э лектрические пишущие машинки со съемными элементами, копировальные машины на обычной бумаге, портативные диктофоны.

4.«Компьютерная» технология

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Для обработки информации в современных устройствах используются ЦАП, АЦП, процессоры.

В современных системах обработки информации используются цифровые технологии, исключающие бумажный носитель и осуществляющие обмен данными по сети между АРМ технологии предполагают также объединение совместных усилий группы сотрудников над решением какой-либо задачи (т.е. организацию в сети рабочей группы), обмен мнениями в ходе обсуждения в сети какого-либо вопроса в режиме реального времени (телеконференция), оперативный обмен материалами через электронную почту, электронные доски объявлений и т.п. Для подобных систем характерно использование технологии «клиент-сервер», в том числе и подключение удаленных пользователей через глобальную сеть Internet.

Просто расстановка на рабочих местах сотрудников персональных компьютеров и соединение их в локальную сеть вряд ли даст положительный эффект в управлении предприятием, если коренным образом не пересмотреть существующую информационную структуру. Нельзя автоматизировать устаревшие способы работы, персональный компьютер может превратиться в средство для высокоскоростного производства.

6. Структура управления кибернетической технологической системы, главный критерий такой системы.

Рассмотрим кибернетическую систему управления технологическим процессом.

На схеме сведения о протекании технологического процесса воспринимаются системой датчиков информации 1, они поступают на вход регулятора 2, где вырабатываются воздействия на исполнительное устройство 3, изменяющее параметры технологического процесса (это контур регулирования САУ).

Реальное протекание процесса, как правило, зависит от многих факторов. Поэтому на основе сведений о протекании процесса и воздействиях вычислительная машина 4 в соответствии с выработанными критериями эффективности рассчитывает программу и параметры регулятора 2, оптимизирующие протекание процесса.

Вычислительная машина 4 может не участвовать в управлении процессом, тогда критерий эффективности не будет удовлетворяться, хотя система будет работать. Поэтому, для контроля за работой оборудования и для принятия решений в сложной ситуации в системе принимает участие человек – оператор (5).

Данная система имеет простую иерархическую структуру построения. На первом уровне иерархии – контур регулирования, включающий собственно процесс и элементы 1,2,3. На втором – вычислительная машина 4, которая оценивает деятельность первого и управляет им так, чтобы удовлетворялся критерий эффективности, охватывающий большее число показателей, чем это можно обеспечить на первом уровне.

8. Особенности технологических комплексов для обработки КПЭ.

Любой современный технологический комплекс следует рассматривать как автоматизированный технологический комплекс (АТК). В соответствии с технологическим процессом работа АТК определяется задающей программой. Осуществляются: контроль и регулирование электромагнитных, механических, технологических переменных, показателей качества готовой продукции (переработанного вещества); автоматическая оптимизация обобщенных показателей качества работы АТК; контроль состояния электротехнического, механического и технологического оборудования. Задача АТК заключается в преобразовании исходного вещества в готовую продукцию (переработанное вещество) на основе получения от технологической среды информации в виде задающей программы и энергии Р. Издержки функционирования АТК в виде таких вредных влияний на среду, как искажение параметров сети электроснабжения, искажение информации, электромагнитные поля должны быть сведены к допустимому по стандартам минимуму, а технологические отходы переработаны в полезную продукцию. Готовая продукция должна соответствовать требованиям стандарта к качеству, производиться за минимально короткое время при минимальном потреблении энергии. Высвобождаемая энергия машин должна возвращаться в среду, куда должны поступать информация о работе АТК и данные о качестве готовой продукции. Функциональная схема современного АТК приведена на рис. Механизмы (исполнительные органы рабочей машины) оснащаются индивидуальными электроприводами с электродвигателями М, управляемыми преобразователями УП, программируемыми микроконтроллерами приводов КП. Совместную работу приводов и механизмов, входящих в состав технологического агрегата, координирует технологический программируемый микроконтроллер КТ. Координацию совместной работы агрегатов технологического комплекса выполняет один из микроконтроллеров КТ или специализированный персональный компьютер ПК, входящий в состав станции оператора СО. Через магистральный преобразователь МП осуществляется связь АТК с распределенной системой управления технологическим процессом. Микроконтроллеры (далее контроллеры) взаимодействуют через коммуникационную связь, структура которой в соответствии с существующими стандартами по индустриальным сетям средств вычислительной техники может быть различной. Контроль агрегатов и управление ими могут осуществляться с периферийных пультов операторов ПО. Контроллер привода осуществляет: управление силовой частью УП; регулирование момента электродвигателя, скорости и положения механизма; программно-логическое управление пуском, остановом и режимом рабочего функционирования привода; автоматическую настройку регуляторов в режиме наладки; контроль состояния и диагностирования неисправностей в компонентах электропривода; защиту и сигнализацию электропривода. Технологический контроллер обеспечивает: выработку заданий на КП в соответствии с координированной работой приводов агрегата; программно-логическое управление пуском, остановом и режимом рабочего функционирования агрегата; регулирование технологических переменных; контроль состояния и диагностирования неисправностей в компонентах агрегата. Компьютерные системы управления электроприводами, механизмами, технологическими агрегатами и комплексами выполняются по единой идеологии с гибким варьированием аппаратных и программных средств. В общем случае в состав систем входят: программируемые контроллеры, модули интеллектуальной периферии, системы визуализации и обслуживания, средства коммутаций, программаторы (ПГ), персональные компьютеры.