Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

По этому принципу (теория-практика) осуществляется обучение школьников, студентов, аспирантов. Теоретические знания обучаемые получают на уроках, лекция, семинарах, а практическое применение происходит на лабораторных работах, практических занятиях и экспериментах. Практическая деятельность должна осуществляться в специально оборудованных аудиториях, с необходимыми приборами, станками, лабораторными стендами. Но, к сожалению, не всегда есть возможность пользоваться этими приборами, в силу разных причин: нехватка материальных средств, невозможность размещения объекта в здании, создаваемая установкой опасность для окружающих и т.д.

В наш век информации и компьютеризации эту проблему можно успешно решить, создав виртуальные прототипы необходимых приборов, станков, рабочих модулей в компьютере. Научный прогресс достиг таких результатов, что теперь практическая деятельность учащихся может осуществляться сидя за компьютером.

Целью работы является создание программного комплекса для реализации универсальных виртуальных тренажёров технологического оборудования. Одним из важных требований является обеспечение высокой степени правдоподобности и детализации виртуальных прототипов, полностью соответствующее реальным аналогам.

Для достижения поставленной задачи необходимо было выбрать подходящие программы. Для создания необходимых нам объектов мы выбрали одну из наиболее мощных интегрированных средств 3D-моделирования, анимации и визуализации, программу под названием Autodesk 3ds Max. Для «оживления» созданных объектов наш выбор пал на среду программирования Delphi. Основными критериями выбора данных программ послужило: возможность использовать студенческие версии программ с полным набором функции; простота; многофункциональность.

Для оперативности действий наша группа решила распределить обязанности: часть группы занимается созданием 3D моделей в программе 3ds Max, а другая часть занимается программированием в среде Delphi.

Данная статья посвящена описанию методики созданием виртуальных моделей. Ключевым предметом работы был выбран вертикальный сверлильный станок. Этап создания объекта можно разделить на три условных части:

- создание каркаса;

- создание отдельных сложных элементов (сверло, ручка регулировки высоты сверла);

- добавление анимации к сцене.

Каркас для модели собирался из объектов с названием «куб с фаской». Данный объект находится на вкладке Geometry в списке улучшенных примитивов [1]. Этап создания каркаса являлся самым простым, относительно двух других этапов.

Создание модели сверла потребовало немало времени, но в итоге результат был получен. В программе 3 ds Max моделирование сложных объектов происходит посредством применения различных модификаторов к простым объектам (куб, сфера, конус и т.д). Из многочисленного списка модификаторов, представленных в программе, был выбран модификатор Twist (скручивание) [1]. Далее следовало выбрать предмет, который нужно скрутить, что бы получить аналогичную модель сверла. Выбор был между цилиндром и параллелепипедом. Применив модификатор к обоим объектам, результат не был получен, но в итоге стало ясно, что цилиндр не подойдёт для модели. Для достижения требуемого результата было увеличено количество сегментов по длине, ширине и высоте параллелепипеда. И после применения модификатора Twist была получена модель сверла, представленная на рисунке 1.

Рис.1. Модель сверла

Следующим сложным объектом стала ручка для регулировки высоты сверла. Сложность создания заключалась в том, что ручку необходимо было собрать из нескольких объектов и сделать их потом единым целым. Для объединения объектов сцены в программе используется группирование[1]. Создав все необходимые примитивы и расположив их в виде ручки, они были сгруппированы. Итоговая модель представлена на рисунке 2.

Рис. 2 . Модель ручки

Рис. 3. Модель станка

Что бы оживить сцену, добавить её динамичности, была сделана анимация опускания, кручения а затем поднимания сверла в исходное положение. Для достижения результата, использовалась скелетная анимация. Принцип построения данной анимации основан на передвижении объектов, напоминающих человеческую кость(за что и получили соответствующее название) [2].

Для экспортирования модели комнаты в среду программирования Delphi использовалась программа SMDExporter. Данная программа преобразовывала стандартный формат *max. в формат *smd., который приемлем для Delphi [3].

В результате данного этапа работы была отработана методика создания виртуальных прототипов, на примере тренировочного примера. Результат представлен на рисунке 3. Дальнейшим развитием работы является реализация реальной технологической установки.

Литература

1.Стиренко А. С. 3ds Max2009/3ds Max Design 2009. Самоучитель. – М.:ДМК Пресс, 2008, 544 с., ил ( Серия «Самоучитель»)

2.http://www.1-film-online.com

3.http://www.glscene.ru

Воронежский государственный технический университет

УДК 004.946

С.А. Некрасов, М.А. Ромащенко

МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ ПРОСТОГО ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА

В статье описывается методика создания простого приложения, имитирующего работу сверлильного станка. Дальнейшее применение и развитие этой методики позволит создавать виртуальные тренажеры, имитирующие внешний вид и физические свойства реального технологического оборудования

В настоящее время виртуальные тренажеры являются распространенным и доступным средством подготовки студентов. Широкие возможности компьютерных технологий в сочетании с существенно меньшими финансовыми затратами по сравнению со стоимостью физических стендов делают это направление весьма привлекательным для технических университетов.

Такие тренажеры позволяют реализовать практически все возможности реального технического оборудования посредством программной оболочки. Программная оболочка передает внешний вид исследуемого устройства, его конструктивные особенности и набор операций, выполняемых этим устройством, в ответ на какие-либо изменения извне. В качестве такого оборудования могут выступать станки с использованием ЧПУ.

В связи с тем, что теоретический курс подготовки специалистов не может дать полного представления о функционировании и технических особенностях оборудования, виртуальные тренажеры должны восполнить недостающие практические знания.

Для реализации виртуального мира были использованы следующие программные средства:

- Borland Delphi;

- 3D Studio Max;

- GLScene;

Выбор языка программирования ObjectPascalбыл обусловлен тем, что он одновременно, являясь простым и удобным, позволяет создавать трехмерный мир с активными зонами. В свою очередь надстройка для OpenGL – GLScene, обладающая удобным интерфейсом, позволяет производить экспорт трехмерный моделей из 3DsMaxв Delphi [1]. Далее будет описываться пример создания простого приложения, имитирующего самым простым образом работу сверлильного станка.

За основу будущей программы была взята модельпримитивного станка, заранее созданная в среде 3DsMax (рис. 1).

Рис.1 – Внешний вид используемой модели

На рисунке отчетливо видны будущие элементы управления (две кнопки и вращающаяся рукоятка) и сверло, опускающееся, для наглядности работы данного вида оборудования. Органы управления и рабочая область были анимированы непосредственно в среде 3DsMax,и все анимации были экспортированы в файлы с доступным для Delphiрасширением .smd .

Расширение .smd используется при создании костной анимации. При данном виде анимации в основном файле кость привязывается к какому либо объекту, а в файле с анимацией записывается лишь покоординатное перемещение данной кости, а привязанный объект перемещается следом за костью. Это позволяет значительно уменьшить размер файла и сэкономить компьютерные ресурсы [2].

Таким образом получилось 8 исходных файлов:

- файл, содержащий все кости и привязанные к ним движущиеся части;

- активирование сверла;

- вращение сверла;

- возврат сверла в исходное положение;

- нажатие кнопки «Вкл»;

- нажатие кнопки «Выкл»;

- два файла вращения рукоятки.

Далее, с помощью средств GlScene, основная модель была перемещена в программную оболочку, а из файлов анимации был составлен одномерный массив.

Следующим препятствием на пути по созданию программы стал способ активации данной анимации. Запускать ту или иную анимацию можно как при помощи «горячих» клавиш на клавиатуре, так и нажатием на нужную область кнопкой мыши.

В первом случае массиву с используемой анимацией назначаются соответствующие «горячие» клавиши. В результате получается, что при нажатии горячей клавиши, условно названной - «Пуск», проигрывается анимация нажатия кнопки на станке и дальнейшая его работа, а при нажатии горячей клавиши «Стоп» работа станка прекращается.

Во втором случае анимации воспроизводятся непосредственно после нажатия мышью на какой либо переключатель. То есть задействуются органы управления станка, изображенные на модели. Второй способ является более удобный, так как позволяет управлять исследуемой аппаратурой без включения в программу дополнительной справочной информации, что в свою очередь облегчает процесс обучения, но значительно затрудняет написание таких программ.

В этой статье был представлен на обозрение, наверное, чуть ли не самый простой пример, но даже создание такого приложения говорит о многом. Во-первых, простота создания таких приложений не требует глубоких познаний в области программирования, что в свою очередь подчеркивает доступность такого способа даже для начинающего программиста. Во-вторых, с помощью этого метода можно сознавать уникальные в своем роде тренажеры большой сложности и степени детализации.

Литература

1. Краснов М. В. OpenGL. Графика в проектах Delphi. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 352 с: ил.

2. Учебник по GLScene //Режим доступа: www.GLScene.ru.

Воронежский государственный технический университет

УДК 004.946

А.А. Пряхин, М.А. Ромащенко

СОЗДАНИЕ ДЕМОНСТРАЦИОННОГО ПРИМЕРА ПРОТОТИПА ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА

Данная статья описывает один из способов создания виртуальной среды, моделирующей помещение для тренажера, и способы помещение и программирование готовых моделей оборудований. А также задает дальнейшее развитие проекту

Успех предприятия напрямую зависит от эффективности работы его сотрудников. Поэтому проблема обучения персонала актуальна для многих компаний. Сам процесс обучения очень затратный. Так, для того, чтобы рабочий грамотно обслуживал оборудование, он должен знать все аспекты, принципы и подходы к конкретному устройству, это достигается путем комплексного изучения подготовительного материала. Подготовительный материал включает виртуальную среду, симулирующую работу действительного оборудования, и специализированную документацию. Таким образом, создание обучающей виртуальной среды достаточно актуальная и перспективная научная работа.

Как же создать такую среду? Мы будем использовать объектно-ориентированный язык программирования DELPHI (Object Pascal), собственно программу Delphi 7, являющейся одной из самых популярных в мире средств быстрой разработки программ для Windows [1]. Потребуется открытая графическая библиотека OpenGL, а для упрощения работы с ней будет использован модуль для Delphi7 – GLScene (бесплатный для коммерческого и некоммерческого использования OpenGL-ориентированный графический движок с открытым исходным кодом) [2].

Демонстрационный проект нужен для того, чтобы научится создавать мини среду, впоследствии к которой будут добавляться дополнения, модели, анимация и т.п. - проект развивается.

Поместим на форму компоненты GLScene, GLSceneViewer, GLCadencer, GLMaterialLibrary из вкладки GLScene, GLNavigator, GLFPSMovementManager и Timer из вкладки GLScene Utils . GLScene - это инспектор объектов сцены; GLSceneViewer - прямоугольная область на форме, для отображения сцены. GLCadencer и Timer –таймеры. Они отвечают за то, чтобы регулярно обновлять объекты, которые в этом нуждаются (например, анимации моделей и системы частиц), считать физику, обрабатывать события мыши и клавиатуры, выполнять код и много др.

Рис. 1. Рабочие окна демонстрационной программы

Добавим комнату (куб). Однако на вьювере(GLSceneViewer) ничего не изменится, потому что куб расположен с камерой в одних и тех же координатах. Оси x,y,z отличаются от привычных нам, т.к. здесь ось Y - высота, X - длина, Z - ширина. Для удобства установим отображение координатных осей куба: ShowAxes = True (X - красная ось, Y - зелёная, Z - синяя). Создадим постоянный источник света, иначе все будет черного цвета. Также создадим сферу (персонаж) которая не будет давать проходить камере сквозь объекты. Нужно привязать свет, камеру и сферу к одному объекту, при изменение координат которого, будут меняться абсолютные координаты света, сферы и камеры, а это очень удобно.

Сделаем возможность перемещать полученный объект(С+С+К) относительно нашей комнаты. Добавляем freeform’ы, загружаем их в нашу комнату, далее все текстурируем, добавляем возможность включать, выключать дополнительный свет, тени, отображения полигонов(граней объектов),гравитацию, программируем нужные нам действия.

Результатом вышеописанных действий является демонстрационная программа, рабочие окна которой представлены на рисунке 1.

В качестве дальнейшего развития проекта предполагается проработать следующие направления:

- усовершенствование графического движка;

- создание и внедрение в программу реальных механизмов, станков, оборудований;

- создание удобного и понятного интерфейса;

- тестирование, откладка и выпуск данного ПО для использования в обучающих заведениях.

Список литературы.

1. Анатолий Хомоненко. Delphi 7. Наиболее полное руководство. – BHV - Санкт – Петербург, 2006. – 1216 с.

2. http:// glscene.org

УДК681.3

К.А. Гранкин, Л. Н. Никитин

УСТРОЙСТВО ВОССТАНОВЛЕНИЯ УРОВНЯ ЦИФРОВОГО СИГНАЛА

Разработанное устройство восстановления уровня цифрового сигнала (УВЦС) входит в состав аппаратуры, необходимой для организации цифровых систем передачи и представляет собой усилитель-регенератор цифровых потоков.

УВЦС обеспечивает передачу данных со скоростью 2048 или 1024 кбит/с. Допустимое затухание сигнала на линейном входе от 0 до 45 дБ. Допустимое переходное затухание в кабеле между парами приема и передачи – не менее 60 дБ. Электропитание УЛТ осуществляется от стационарной сети 60В с током 50мА.

Принцип работы УВЦС рассмотрим на примере функциональной схемы (рисунок 1). Линейный сигнал направления А поступает на устройство грозозащиты приемника, состоящее из линейного трансформатора и разрядников. Далее сигнал поступает на усилитель корректирующий унифицированный (УКУ), который осуществляет автоматическую коррекцию амплитудно-частотных искажений, вносимых кабельным участком в диапазоне затуханий от 0 до 45 дБ. Усиленный сигнал поступает на пороговое устройство, регенерационный и выходной каскады ПУ-РК, где происходит формирование сигнала для станционного стыка. Устройство тактовой синхронизации (УТС) производит выделение сигнала тактовой частоты из спектра цифрового рабочего сигнала и устанавливает фронты тактового сигнала строго по середине символов рабочего сигнала. Для контроля наличия линейного сигнала служит датчик линейного сигнала (ДЛС).

“ЛС”

Рис. 1. Функциональная схема УВЦС

Стационарный сигнал направления Б поступает в линию через устройство грозозащиты передатчика, выполненное аналогично устройству грозозащиты приемника.

Электропитание усилителя осуществляется от стационарной сети 60В или дистанционно по фантомной цепи линейного кабеля (через средние точки линейных трансформаторов).

Устройство УП выполняет функции вторичного источника питания и вырабатывает стабилизированное напряжение +5В и -3В.

Конструктивно УВЦС выполнен на одной печатной плате, установленной на металлическое основание и закрытой крышкой. На лицевой части основания расположены разъемы для подключения к линейному кабелю и станционному оборудованию, органы управления и индикации.

Электрическая принципиальная схема усилителя представлена на рисунке 2. Грозозащиту обеспечивают разрядники F1-F6. Исполнения УЛТ -45 дБ со скоростью 2048 или 1024 кбит/с отличаются установкой перемычек на плате: для УЛТ -45 дБ устанавливаются перемычки 1-5, 2-6, для УЛТ -45 дБ 1-6, 2-5. Тактовая синхронизация осуществляется с помощью тактового генератора УТС, конструктивно выполненного на микросхеме 198НТ1Б и транзисторах 2Т326Б. Стабилизированное напряжение +5В и -3D вырабатывается источником питания, собранным на микросхеме 140УД12, транзисторах 2П103Д, КТ816Г, 2Т316Б, стабилитроне КС139А и выполняет роль вторичного источника питания.

Рис. 2. Схема электрическая принципиальная

На основе вышеизложенного можно признать, что данный усилитель позволяет в значительной мере регенерировать (восстановить) номинальный уровень цифрового сигнала, его электрические и временные параметры при затухании в линии до 45 дБ, а также осуществить грозозащиту и коррекцию амплитудно-частотных искажений, вносимых кабельным участком. Предлагаемое устройство позволяет в 30 раз увеличить объем передаваемой информации. Элементная база рассматриваемого устройства отечественного производства, что позволяет изготавливать усилитель линейного тракта гораздо дешевле, чем с применением импортных электрорадиоэлементов.

Воронежский государственный технический университет

УДК681.3

К.А. Гранкин, Л.Н. Никитин

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Устройство для регистрации ионизирующего излучения позволяет оценить мощность экспозиционной дозы бета-излучения и гамма-излучения

Устройство и принцип работы

В соответствии с литературными данными известно, что измерение мощности экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения дозиметра основано на измерении интенсивности сцинтилляций воздухоэквивалентного сцинтиллятора, которая пропорциональна измеряемой мощности экспозиционной дозы. В качестве воздухоэквивалентного сцинтиллятора часто используется органический сцинтиллятор на основе полистирола. Эффективный атомный номер сцинтиллятора близок эффективному атомному номеру воздуха. Фотоумножитель (ФЭУ), регистрирующий вспышки сцинтиллятора, может работать в токовом режиме. С помощью аналого-цифрового преобразователя ток ФЭУ преобразуется в импульсы напряжения, частота следования которых пропорциональна измеряемому току.