ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

ПОНЯТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

 

 

Источником задач измерений, испытаний и контроля являются системы:

- физические;

- биологические;

- социальные;

- технические, наиболее близкие, в рамках данной специальности.

Под технической системой понимается искусственно созданный технический объект или процесс для выполнения конкретной функции (реализации цели). Для реализации функции любая техническая система имеет некоторую структуру. Последние можно разделить на технические системы (ТС) типа объект и технические системы типа процесс.

К техническим системам (ТС) типа «объект» относятся все оборудование, организующее потоки операнда, энергии и управления (информации) и, собственно, изделие. К ТС типа «процесс» относится система технологических операций, операций измерения и управления режимами преобразований. Таким образом, технологический процесс (ТП) (Технология) – система преобразований, направленная на изменение признаков качества изделия.

При этом любое изделие можно охарактеризовать многокомпонентным вектором качества , где i – количество параметров качества, j – уровень параметра.

– параметр качества (определяется по нормативным документам, например ГОСТу). Там же указан и его уровень j. Т.к. объект преобразований в ТП называется операндом – , то на входе ТП имеется операнд с вектором качества , а на выходе . Схематично это можно представить в виде рис.1.1.

 

 

Таким образом, под технологией (Технологическим процессом - ТП) – понимается система преобразований, направленная на изменение признаков качества операнда.

То, над чем производится преобразование в ТП (объект преобразования) называется операндом ( ). Любая ТС может быть подвергнута процедуре, которая называется декомпозицией. Декомпозиция – процесс разбиения ТС на подсистемы, при этом в качестве подсистем выступает новая ТС, внутрь которой описание не распространяется. Конечным результатом декомпозиции является технологическая операция.

Технологическая операция – одно элементарное преобразование, направленное, как правило, на изменение одного признака качества. Это преобразование реализуется в конечном объеме пространства, называемым оперативной зоной V_o, которая образована элементами оборудования, называемыми инструментом.

Для реализации преобразования связанного с изменением свойств операнда необходима энергия определенного качества и управляющее воздействие (информационное сопровождение) , рис.1.2. Таким образом, естественным является необходимость измерений параметров этих потоков.

Если учесть, что обозначенные векторы являются завершающей фазой каких-то других преобразований, протекающих в параллельных ТП, то можно сделать вывод об их многообразии. Т.е. существуют технологии, в которых операндом является ВЕЩЕСТВО, ЭНЕРГИЯ и ИНФОРМАЦИЯ. Они являются объектом преобразований и характеризуются различными величинами, которые называются параметрическими (параметрические величины) и генераторными (генераторные величины). Т.к. последние являются характеристиками потоков энергии, то методы их измерения заключаются в селекции, усилении и визуализации (для оператора- человека).

 

 

 

Вещество Человек (Э,I)

Субъект

Энергия Механизированный ТП (I)

Информация Автоматизированный ТП (I)

Автоматический ТП

 

Субъектом преобразований в технологических процессах является оператор. В качестве оператора может выступать (ТС – техническая система) – автоматические технологии. Человек и ТС- автоматизированные и механизированные технологии. Только оператор-человек-людские технологии (рис.1.3.)

В скобках указаны функции оператора- человека. Поэтому при конструировании измерительных систем должно быть предусмотрено средство преобразования информации к виду удобному для конкретного оператора. Для того чтобы человеку была доступна информация, заложенная в сигнале, необходима ее определенное представление: зрительное, акустическое тактильное и так далее.

Для того чтобы техническая система восприняла информацию, необходимо чтобы носитель представлял какой-либо физический процесс, например электромагнитный.

Т.к. в данном курсе изучаются измерительные системы не «вообще», а применительно к конкретным технологиям, то необходимо уметь представлять ТП в формализованном виде. С точки зрения системного подхода ТП может быть представлен в виде операционно-информационной схемы, которая определяет функцию системы (изменения признаков качества) и структуру (систему технологических) операций. Последняя носит название- морфология. В общем виде ТП является обобщенным преобразователем вида: U_вых = F (U_вх), рис.1.4. В данном случае такой вид записи определяет обобщенную функцию ТП, которая является функциональным описанием ТС типа процесс.

 

 

 

Понятие обобщенная обозначает некоторую сумму функций, выполняемую системой ТП, которая имеет определенную морфологию (Str). Рис.1.5.

 

 

 

 

Между функцией и структурой системы имеется определенная связь:

Функций структура (морфология) (Str), причем структура однозначно определяет сумму функций выполняемую системой: однозначное соответствие. В то же время одна и та же функция может выполняться ТС, имеющими различную структуру (неоднозначное соответствие). С практической точки зрения это означает, что одна и та же продукция может быть получена различными технологиями, в которых будут различные операции, и режимы последних будут определяться другими величинами. Это, естественно, требует других методов и средств измерений. Поиск новой структуры для реализации заданной функции – это инженерная задача.

 

Еще раз, отмечая, что ТП является источником задач измерений, обращаем внимание на важность адекватного формализованного представления ТП в виде операционно-информационной схемы.

Учитывая, что информационное обеспечение технологической операции обеспечивается вектором , компоненты которого формируются в результате технологической операции , преобразующий операнд , который является потоком информации. Эти операции можно выделить в отдельные ТП, которые являются элементами информационных технологий. Схематично это представлено на рис.1.6. Информационное обеспечение технологической операции и технологии в целом называются управлением, что представлено вектором I. Исторически, управление обеспечивалось человеком, человеком и технической системой и только технической системой. Отсюда сложившаяся классификация, о которой говорилось выше.

Как видно получение более подробной схемы ТП связано с некоторой процедурой, которая развертывает любой функциональной блок (систему) на подсистемы. Такая процедура, как мы уже отмечали, называется декомпозицией.

 

 

 

 

Декомпозиция, как уже указывалось, это процесс разбиения ТС на подсистемы, при этом в качестве подсистем выступает новая ТС, внутрь которой описание не распространяется. Технологический процесс в результате декомпозиции можно преобразовать в систему операций. Причем каждая операция имеет свой набор потоков, которые представляются некоторыми связями и могут быть представлены системой величин, полученных в результате измерений.

Эти величины могут быть генераторными и параметрическими. Генераторными величинами, о которых уже говорилось, являются напряжение [В], сила тока [А], температура [град] и т.д. Эти параметры являются характеристиками соответствующих полей, действие которых проявляется путем взаимодействия с другими полями или веществами. Например, тепловое расширение газов, жидкостей и твердых тел

Как правило, основные величины, характеризующие качество металлургической продукции, являются параметрическими, т.е. требуют для своего определения дополнительного воздействия. К ним можно применить термин - «параметры», или «параметры качества». В отношении генераторных величин, строго говоря, такой термин применять нельзя, хотя он и применяется.

Для измерения параметрических величин требуется организация специальных потоков энергии (потоки “подсветки”), которые будут изменяться в зависимости от уровня измеряемой величины. В качестве примера можно привести один из методов определения омического сопротивления, который называется метод амперметра-вольтметра. Он заключается в измерении падения напряжения на измеряемом участке, по которому протекает ток от внешнего источника – закон Ома для участка цепи:

 

 

Еще один пример – радиолокация. Этим методом определяется расстояние (параметрическая величина) до цели по времени прохождения радиосигнала посылаемого внешним источником.

Информационные связи (операнд) в структуре информационных технологий занимают особое место рис.1.6.

Получение, передача и обработка информации в технических системах возложена на ТС типа объект, который называется прибором.

Прибор – средство получения, преобразования, передачи, хранения информации. Т.к. Носителем информации является сигнал, то прибор – это некая техническая система (TS), предназначенная для получения, формирования, преобразования, передачи и хранения сигнала.

В технических системах существует некоторая иерархия: не все системы одинаково значимы. Например, в АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессором) главным является машина (управляющая), а контроллеры занимают нижний уровень по значимости.

Если рассматривать ТС на одном иерархическим уровне, то модель этой системы будет схема на рис.1.7.

Рассмотрим структуру с точки зрения информации.

Информация перемещается на энергетическом или вещественном носителе от источника к потребителю по каналу. Процедура, позволяющая передавать информацию, называется канализацией.

 

 

 

 

Канал – это часть пространства, обладающего характерными значениями минимального сопротивления для движения носителя сигнала, имеющего определенную энергетическую природу

Первичные преобразователи информации ИП (измерительные преобразователи) связывающие измерительную техническую систему с окружающей средой называются датчиками.

 

Любую техническую систему можно представить следующей структурной схемой рис.1.8.

 

 

И – источник;

К – канал;

П – потребитель;

У – управление;

У – управление.

 

В любом приборе все эти элементы можно выделить.

На рисунке изображен идеальный вариант, когда управляется все элементы структуры. Практически это не всегда достижимо. Для того, чтобы прибор имел хотя бы минимальное функционирование, необходимо, чтобы источник управления обеспечил управление хотя бы одним элементом системы.

Еще раз обращаем внимание, что структура это не сумма(набор, определенное количество) элементов, а именно – система элементов.

Приведем пример. Даны две схемы с разными связями между элементами. Рис.1.9.

 

 

1. 2.

 

В первом случае мы получили дифференцирующую функцию, а во втором – интегрирующую.

Это говорит о том, что структура определяет функцию, т.е. важными являются связи.

Рассмотрим поподробнее разные виды связей.

Связи делятся на вещественные, энергетические и информационные.

И еще различают безразличные, прямые и обратные связи.

В качестве примеров обратной связи можно привести: ПОС (положительная обратная связь), которая направлена на генерацию энергии в системе и ООС (отрицательная обратная связь), направленная на стабилизацию системы.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что структура – это система элементов, в которой элементы охвачены необходимыми связями.