Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Широкое внедрение микропроцессорной техники во многие области производственной деятельности человека приносит огромный технико-экономический и социальный эффект.
Повышение качества продукции растениеводства и содержания в них полезных веществ имеет большое народнохозяйственное значение. Все это имеет место и в пивоваренном производстве, типичном представителе пищевых производств.
Экспрессное измерение и контроль параметров этого производства возможно только с использованием быстродействующей вычислительной техники, а стремление к дешевизне и простоте компьютерной обработки требует применения микропроцессорной техники.
Микропроцессоры (МП) в силу своей простоты, дешевизны и малых габаритов, энергопотребления позволяют устанавливать их в многочисленных точках и стадиях технологических процессов.
Такая разветвленная сеть точек измерения и контроля позволяет создавать автоматизированные системы экспресс-анализа качества (АСЭАК), использующие микропроцессоры и особые, быстродействующие методы обработки контрольно-измерительной информации.
Применение МП для систем автоматизированного контроля коренным образом меняет традиционные методы их проектирования и создания, заменяя проектирование электронных схем разработкой алгоритмов и программ микропроцессорной аппаратуры на выполнение определенных процедур преобразования информации.
Снижение сложности технологического оборудования при использовании МП - систем (МПС) осуществляется за счет возрастания сложности программного обеспечения МПС.
Вот это обстоятельство и является главной преградой на пути широкого применения МПС в пищевой промышленности, вообще, и в пивоваренном производстве, в частности.
УЯЬЙЙ
Ее преодоление лежит на путях системного подхода при проектировании МПС в этой отрасли народного хозяйства.
При этом надо учесть, что в МПС алгоритмическое и программное обеспечение составляет около 70-80 % стоимости разработки всей системы.
Как показывает системный анализ, программирование МПС аналогично программированию микро-ЭВМ, однако есть определенная специфика.
Дело не только в ограниченном наборе команд и малой емкости ЗУ и упрощенной архитектуре МПС. И даже не в быстродействии аппаратном, хотя есть и высокоскоростные МП. Дело в быстродействии алгоритмическом' В МП резко обострились противоречия между машинным характером обработки информации и антропогенностью их алгоритмов.
Потребовались алгоритмы, максимально ориентированные на микропроцессорную реализацию, а, именно, не содержащие операций умножения, деления и других так называемых «длинных операций».
Этому условию удовлетворяли разностно-итерационные алгоритмы (РИА) (типа алгоритмов Волдера и Меджита, другое название - «шаг за шагом»). Однако число реализуемых ими процедур крайне ограничено (порядка двух десятков), и среди них не было универсальных т.е. для любых аналитических выражений, а тем более таблично-заданных функций.
А как раз такие требуются для преобразования и обработки информации, связанных с контрольно-измерительными процедурами при управлении технологическими процессами и техническими объектами.
Поэтому крайне важным было разработать разностно-итерационные алгоритмы, способные реализовать практически любые функциональные преобразования, заданные либо аналитически, либо таблично.
Потребовался системный анализ известных РИА, составление и исследование их математических моделей и переход к модификации РИА с целью максимальной универсализации применения.
В результате удалось придать алгоритмизации и программированию на МП детерминированный характер, а не эвристический, как было раньше.
Цель работы и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка, исследование "математических миделей РИА, их модификация и создание на их базе РИА, ориентированных на микропроцессорную реализацию функциональных преобразований, встречающихся при обработке контрольно-измерительной информации В' пищевой промышленности, вообще, и в пивоварении, в частности.
Основной задачей работы являлась - максимально упростить процесс алгоритмизации и программирования МП, работающих в режиме контроля параметров технологических процессов и технических систем. Другими словами, превратить процесс алгоритмизации из эвристического в детерминированный и выполняемый полуавтоматически при информационной поддержке персональных компьютеров (ПК). Кроме того, необходимо было довести предлагаемые принципы и методики алгоритмизации до практической реализации на примере контроля и управления пивоваренным производством.
И, наконец, требовалось оценить скоростные, точностные характеристики РИА, получаемых по предлагаемым методикам, оценить их потребности в машинных ресурсах и удобство их модификации и/или замены в процессе запуска и модернизации производства.
Методы исследования. Поставленные задачи решены с применением системного анализа, математического цифрового моделирования процедур функционального преобразования контролируемых величин и - через них -производственных объектов, методов математического анализа, методов вычислительной математики, теории алгоритмов. Точностные и скоростные характеристики алгоритмов и программ преобразования определяются методами теории вероятностей и матстатистики.
Научная новизна выполненных в диссертационной работе
исследований заключается в разработке принципов алгоритмизации МПС экспресс - контроля технологических процессов на примере пивоваренного производства. Это произведено на базе разработанных нами математических моделей известных РИА и процедур такого контроля. Благодаря модификации
известною РИА обеспечено получение целочисленных алгоритмов функционального преобразования, максимально ориентированных на микропроцессорную реализацию Произведена их адаптация к контролю и управлению техпроцессов в пивоваренном производстве
Практическая ценность работы заключается в создании детерминированных методик проектирования алгоритмов и программ для МГТС обработки контрольно-измерительной информации при управлении пищевыми производствами, а также в создании автоматизированного информационно-вычислительного пункта для пивоваренных и безалкогольных производств
Апробация работы. Основные положения работы неоднократно докладывались на научных семинарах кафедры "Автоматизированные системы управления и вычислительной техники" Доклады по тематике диссертации были сделаны на межрегиональных, всероссийских и международных научно-технических конференциях (г. Таганрог, г. Москва, г. Краснодар, г. Белово Кемеровской области) и опубликована в трудах этих конференций. Часть результатов опубликована в журнале "Известия вузов", серия "Пищевая технология".
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в виде автоматизированного информационно-вычислительного контрольного пункта (АКП) в заводской лаборатории Краснодарского филиала №1 ЗАО МПБК «Очаково» и в винсовхозе ООО «Горный» (пос. Школьный) Крымского района. Результаты исследований используются в учебном процессе КубГТУ.
Основные положения выносимые на зашиту:
принципы организации сбора, обработки и использования информации по экспресс - анализу параметров технологических процессов в пивоваренном производстве;
математические модели модифицированных нами и принятых в качестве базовых РИА, рекомендуемых для микропроцессорной реализации как наиболее оптимальные для современных вычислительных средств;
-детерминированная методика проектирования алгоритмов
функционального преобразования и обработки информации для МПС экспресс-контроля в пивоваренном производстве, включая, аппроксимацию Паде, адаптированную нами на низкие степени многочленов числителя и знаменателя;
пакет стандартных подпрограмм для МПС экспресс - контроля пивоваренных производств;
автоматизированный контрольный пункт для заводских лабораторий пивоваренных заводов и заводов безалкогольных напитков.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных, работ, (статьи и тезисы докладов).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов (глав), заключения. Работа содержит 21 таблицу, 8 рисунков, список использованных источников и приложений - всего изложенных на 154 страницах.
