Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделювання транслятора структур даних електромеханічних схем друкарських машин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Математичне моделювання полягає в побудові та дослідженні математичних моделей процесів і явищ та є ефективним методом аналізу, в тому числі, в друкарстві. Поряд з традиційними друкарськими машинами тонового друку в дев`яностих роках 20-того століття появились друкарські машини цифрового друку, які забезпечують випуск замовленої друкованої продукції сьогодні на сьогодні. Але як друкарські машини тонового, так і цифрового друку потребують вдосконалення (підвищення якості та оперативності друку, зменшення енергоємкості, матеріалоємкості, здешевлення друкованої продукції, покращення умов праці). Проектування нових поліграфічних машин включає і розробку нових електромеханічних схем, серед яких є електромеханічні схеми регулювання фарбових апаратів, фальцапаратів, електроприводів, суміщення фарб. Електромеханічні схеми друкарських машин включають електродвигуни, трансформатори, валопроводи, цифрові, аналогові та аналогово-цифрові компоненти. Значення параметрів компонентів мають такі особливості, як різні діапазони і значну розрядність. Ці особливості, а також необхідність введення в комп`ютер низки параметрів компонентів для моделювання розроблювальних електромеханічних схем, призводять до великої кількість помилок.

Для моделювання електромеханічних схем друкарських машин можна використовувати такі відомі універсальні системи, як MATLAB i MATHCAD або спеціалізовану систему автоматизації проектувальних робіт електромеханічних схем (САПР ЕМС) друкарських машин. Універсальні системи MATLAB i MATHCAD мають зручний інтерфейс вводу схеми, але не здійснюють перевірки параметрів компонентів. САПР ЕМС здійснює перевірку параметрів електромеханічних компонентів, але не має графіки, тому схему вводиться з клавіатури комп'ютера заданням номерів компонентів та їхніх виводів, що є незручним і призводить до збільшення помилок та затрат часу.

Відома комп`ютерно-інтегрована система ACCEL EDA забезпечує схемо-технічне і конструкторсько-технологічне проектування, в тому числі, електромеханічних схем друкарських машин, виготовлення фотошаблонів їхніх друкованих плат, перфострічки для верстатів з числовим програмним керуванням, для автоматичного свердління отворів в друкованих платах, автоматизоване документування проектів, автоматичне перетворення схемо-технічної графіки в символьний формат (pdf - файл), чого не забезпечують такі системи, як MATLAB i MATHCAD. Але в ACCEL EDA немає можливості моделювання електромеханічних схем друкарських машин.

Тому є актуальною наукова задача математичного моделювання транслятора створеної в ACCEL EDA графіки електромеханічних схем друкарських машин у структури даних спеціалізованої підсистеми моделювання.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано в рамках держбюджетної теми КОФУМУС комплекс моделювання копютерно-мікропроцесорних систем друкарських машин. Номер державної реєстрації 0101V004039. Синтезована і досліджена математична модель транслятора, яка програмно реалізована та апробована.

Метою роботи є розроблення засад і реалізації транслятора структур даних електромеханічних схем друкарських машин, утворених в ACCEL EDA, в структури даних системи автоматизації проектувальних робіт електромеханічних схем друкарських машин.

Задачі дослідження:

- обґрунтування принципів побудови моделі транслятора на підставі результатів аналізу електромеханічних схем друкарських машин і систем їх проектування;

- синтез, мінімізація за кількістю термів і дослідження математичної моделі транслятора;

- практична реалізація і апробація математичної моделі транслятора.

Обєкт дослідження математична модель транслятора.

Предметом дослідження є синтез, мінімізація за кількістю термів і дослідження математичної моделі транслятора.

Загальні методи дослідження. Побудова математичної моделі транслятора виконана засобами теорії секвенційних алгоритмів. Дослідження математичної моделі транслятора проведено методом математичної індукції. Алгоритмічні мови і компютерні технології використані для практичної реалізації і апробації математичної моделі.

Науковою новизною роботи, отриманою в результаті ровязання наукової задачі математичного моделювання транслятора структур даних електромеханічних схем друкарських машин, утворених в комп`ютерно-інтегрованій системі ACCEL EDA, в структури даних підсистеми їх моделювання, є такі рузультати:

- вперше розроблений принцип побудови транслятора за яким подані символьним форматом і спроектовані в комп`ютерно-інтегрованій системі ACCEL EDA електромеханічні схеми друкарських машин, перетворюються в структури даних підсистеми моделювання їх;

вперше синтезована і мінімізована за кількістю термів структура та побудована математична модель транслятора символьних схемо-технічних даних електромеханічних схем друкарських машин, розроблених в ACCEL EDA, у структури даних підсистеми їх моделювання, яка включає встановлення зв'язків схеми, типів, параметрів, імен виводів компонентів і формування структур даних та спрощує введення і забезпечує автоматичне виявлення допущених при введенні вхідних даних помилок проектування схем;

досліджена за методом трансфінітної індукції математична модель транслятора, в якій ще до практичної реалізації та апробації виявлені і виправлені допущенні при синтезі структури транслятора помилки;

правила введення інформації про компоненти схеми через ключові слова, якими описуються типи компонентів, а також типи та значення їхніх параметрів, які забезпечують опис електромеханічних схем друкарських машин в розділі атрибутів комп`ютерно-інтегрованої системи ACCEL EDA.

Практична цінність. Транслятор забезпечує: використання графіки компютерно-інтегрованої системи ACCEL EDA для моделювання електромеханічних схем друкарських машин; опис їх параметрів та режимів моделювання; автоматичне виявлення і виведення інформації про допущені у вхідних даних помилки; автоматичне документування проекту; компютерне підготування фотошаблонів друкованих плат електромеханічних схем друкарських машин; отримання перфострічки для автоматичного свердління верстатом з числовим програмним керуванням отворів в друкованих платах.

Вірогідність наукових результатів забезпечена строгістю і коректністю використання методів теорії секвенційних алгоритмів, математичної індукції, алгоритмічних мов і комп`ютерних технологій, практичною реалізацією і апробацією принципу побудови транслятора, правил введення інформації та метематичної моделі транслятора збігом результатів функціонування транслятора з результатами отриманими в САПР ЕМС.

Реалізація результатів роботи. Математична модель транслятора програмно реалізована і використана для проектування електромеханічних схем.

Результати теоретичних і експерементальних досліджень впроваджено в Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН Укаїни та Центрі математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що всі положення, які становлять суть дисертації були сформульовані та обгрунтовані самостійно. У публікації [3], яка написана у співавторстві, здобувачу належать принцип побудови транслятора, загальна структура комплексу ACCEL EDA - ТРАНСЛЯТОР - САПР ЕМС, алгоритми функціонування транслятора.

Апробація роботи. Основні положення і результати доповідались і обговорювались на: 2-ій міжнародній конференції «Математичне моделювання в електромеханіці та електротехніці», м. Львів, 1997 р.; трьох міжнародних наукових конференціях «Компютерні технології друкарства»; (ДРУКОТЕХН - 1996, 1998, 2000 рр.), м. Львів; щорічних звітних науково-технічних конференціях професорсько - викладацького складу, наукових працівників і аспірантів Української академії друкарства, м. Львів (1996-2001 рр.); на міжнародній конференції «Автоматика - 2000», м. Львів, 2000 р.; комісії з інформатики і кібернетики дванадцятої наукової сесії Наукового товариства ім. Т. Шевченка, Львів, 2001 р.; на VI міжнародній конференції «Компютерні системи проектування. Теорія і практика», Львів - Славське, 2001 р.

Публікацїї. За результатами наукових досліджень на тему дисертаційної роботи опубліковано 7 праць, які входять у перелік фахових виданнях ВАК.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів і висновків, викладених на 134 сторінках, 23 рисунків, 16 таблиць, списку використаної літератури із 107 найменувань і 7 додатків.

Основний зміст роботи

модель транслятор друкарський математичний

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, визначено основні задачі та методи дослідження, показано наукову новизну і практичну цінність наукових результатів. Висвітлено питання реалізації, апробації та впровадження наукових результатів.

У першому розділі розглянуто електромеханічні схеми друкарських машин, одна із типових, яка призначена для керування електроприводом друкарської машини.

Проведений аналіз систем MATLAB, MATHCAD і САПР ЕМС на предмет їх використання для моделювання електромеханічних схем друкарських машин. Встановлено, що MATLAB і MATHCAD мають зручний інтерфейс вводу схем, але не перевіряють параметри на допустимі значення, що у випадку помилок приводить до переробки проектованих схем. Показано, що система САПР ЕМС здійснює перевірку параметрів на допустимі значення, але інформація про графіку схеми вводиться в ручну, що не виключає помилок і затрат часу. Обґрунтовано вибір аналітичних засобів для математичного моделювання транслятора.

Другий розділ. Розроблено загальну блок-схему транслятора.

Описаний розроблений принцип побудови транслятора символьних даних ACCEL EDA в структури даних підсистеми моделювання електромеханічних схем.

Синтез структури транслятора, якою є формула, утворена рангованими змінними термами, що описують аналіз і перевід електромеханічної схеми з структури pdf-файлу в задані структури, виконаний секвенційним методом.

Структура блоків Р₅ і N (рис. 3.) синтезована термами ідентифікації типу компонента (V₁); визначення імен і значень його параметрів (V₁ ¹), яке здійснюється в циклах за ознакою останнього параметра (m) та іменами параметрів (w_m)і разом з термом встановлення імен виводів компонентів (V₂), описана такою формулою

P` = V₁;ўm ў w_mV₁ ¹; V₂.

Передумовою ідентифікації параметрів є встановлення імені параметра (за умовою, u₇). Якщо імя розпізнане то має місце цикл за змінною r_m для визначення розділового знаку між іменем і значенням параметра. При нерозпізнаному імені (u₇ =0) здійснюється повернення в цикл (c_wm) за змінною (w_m) розпізнавання імені параметра. Все це описане такою формулою

V₁ ¹ = ўr_mV_1.1, c_w1, R₀, u₈ ?, u₇ - ?,

де R₀ - повідомлення про помилковий тип параметра; u₇ - умова порівняння імен параметрів введеного і стандартного; u₈ - умова допустимої кількості імен параметрів; V_1.1 - формула ідентифікації параметрів, яка синтезується секвенційним методом, на першому етапі, із таких секвенцій:

C₁ = B₃; c_r….,

де B₃ - терм вибору розділового знаку між іменем і значенням параметра; та С₂ утвореною B₃ і термами приросту значень змінних (T₂) та аналізу значень параметрів(V_1.2)

C₂= B₃; T₂; ўр_mV_1.2.

Аналогічно формула V_1.2 синтезована із таких секвенцій

C₃ = R₂; C₄ = B₄; с_Pm; C₅= B₄; T₁; L₁; R₃;

C₆ = B₄; T₁; L₁; P₁₂; Z C₇ = B₄; *; L₁; P₁₂; Z C₈= B₄; *; L_i; R_3,

C₉ = B₄; T₁; L₁; P₁₂; K; c_m C₁₀ = B₄; *; L₁; P₁₂; K; c_m

де В₄ терм вибору значення параметра; с_рm повернення в цикл за змінною р_ь; Т₁ запис ознаки останнього параметра; L₁ переводу з текстового в числовий формат значення параметра; R₂ виводу повідомлення «Не введено значення параметра»; Р₁₂ запису параметра; R₃ виводу повідомлення «Не вірно задано значення параметра»; K - фіксації початкових позицій символів імен і значень параметрів; Z - продовження трансляції; c_m - ознака повернення в цикл за зміною m; R₁ константа (вивід повідомлення «Помилка в імені параметра»).

На другому етапі секвенції С₁ та С₂ елімінуємо за умовою u₅ розпізнавання розділового знаку між іменем і значенням параметра, отримуємо елімінування Е₁

E₁ = C₁, C₂, u₅ - ?

Аналогічним чином утворюємо такі елімінування

E₂ = E₁, R₁, u₆ - ? E₃ = C₅, E₈, u₁ - ?.

E₄ = E₃, C₄, u₂ - ?. E₅ = C₈, E₉, u₁ - ?. E₆ = E₅, E₄, u₃ - ?.

E₇ = E₆, C₃, u₄ - ?. E₈ = C₉, C₆, u₉ - ? E₉ = C₁₀, C₇ u₈ - ?

де u₂ наявність ознаки кінця опису параметра; u₃ введення параметрів; u₄ завершення циклу за змінною р_m; u₆ завершення циклу за змінною r_m; u₁ знаходження значення параметра в допустимих межах; u₉ завершення циклу за змінною m.

Підстановкою в V₁¹ замість С₁ С₁₀ та E₁ - E₉ їхніх виразів, отримано структуру ідентифікації параметрів компонентів, яку на основі властивостей операцій теорії секвенційних алгоритмів мінімізовано за кількістю термів. В результаті отримано таку мінімізовану формулу

V₁¹ =

c_w1, r_m, u₇ - ?

,

R₀ B₃, R₁, u₆ - ?

;

u₁₀- ? c_r, T₂, u₅ - ?

;

p_m

B₄, R₂, u₄ - ?

;

*, T₁, c_p, u₂ - ?, u₃ - ?

;

L₁

;

R₃, P₁₂, u₁ - ?

;

K, Z, u₉ - ?

;

c_m

Крім того, в другому розділі, синтезовано та мінімізовано такі структури: встановлення будови компонентів; ідентифікації типів, параметрів та імен виводів компонентів; встановлення звязків електромеханічної схеми. Результати мінімізації цих структур наведені в табл.

Результати мінімізації

де [A₃(i, k, 3) = ?_??w_m?] терм порівняння значень змінних, які знаходяться за адресами (i, k, 3) та w_m; Z₁[b, A₃(i, r_m, 1)] - запису в b зчитаного за адресою A₃(i, r_m, 1) одного символу з r_m - тої позиції i го рядка; k номер позиції на якій завершився опис попереднього імені параметра; Z₁[b, A₃(i, k, p_m - 1)] - запису в b зчитаних за адресою A₃(i, k, p_m - 1) з k - ої позиції і-го рядка p_m символів вхідних даних; v змінна вибору значення параметра; V(b) - перетворення значення параметра із символьного формату в цифровий код; b₁ - фіксована адреса; t - ознака кінця параметрів; Z₁[(n, m), A₁(b)] - запису за адресою (n, m), де n номер рядка, а m - номер стовпчика проміжної структури даних параметрів компонентів, зчитаних із вхідних даних за адресою A₁(b) параметрів компонентів; Zmin, Zmax мінімальне та максимальне значення параметрів.

Cеквентні області значень змінних такі:

w_m?О--1; 2; …; 15; r_m О k +1; k + 2; …; k + 100; p_m О--1, 2, …, 15; m О 1, 2, …, g<7;

n О 1, 2, …, 25000; kО--5;?r_m + p₁ +1; r₂ + p₂ + 1; …; (k_max < 100).

Замінивши в формулі V₁¹ змінні терми заданими вище предметними, отримано модель структури ідентифікації параметрів, яка наведена формулою (1) на наступній сторінці.

Доведення опису моделлю ідентифікації імен параметрів компонентів, перевірки на допустимі значення і перетворення значень параметрів, поданих символьним форматом, в цифровий код та виявлення допущених при їх введені помилок здійснено методом математичної індукції.

Для моделі поданої формулою (1) це дослідження виконано так. Модель (1) має змінні m, w_m, r_m, та p_m, які зв`язані операціями циклів і параметри і та к, значення яких встановлено ще до виходу на модель (1), а всі решта значень обчислюються в самій моделі. Тому доведення за трансфінітною індукцією проведено тільки для зв'язаних змінних. Як видно із моделі, в цикл за змінною m послідовно входять всі решта цикли. Через це для початкового та j + 1 - го значень m за методом трансфінітної індукції дослідженно формулу за змінними w<sub>1</sub>, r<sub>m</sub>, і p<sub>m</sub>. Схема виконаного дослідження, яка подана з прив`язкою до сформованої ACCEL EDA в pdf-файлі структури даних параметрів компонентів.

Для початкового значення m в циклі за w_m ідентифікується ім'я першого параметра порівнянням введеного імені із допустимими іменами параметрів - терм [A₃(i, k, 3) A_?(w_m)].

Початковим значенням є номер першого імені параметра (w_m = 1). При цьому можливі два взаємовиключні варіанти. Один із них має місце при незбігу імен, описує збільшення змінної w_m на 1 і перехід на чергове порівняння імен. А другий - при збігу імен, завершення циклу за w_m. Встановлено, що для якого-небудь значення w_m=g такого, що g<16, теж має місце один із цих двох варіантів, а при g=16 отримується терм R₀, який описує повідомлення некоректного задання імені параметра компонента. На підставі трансфінітної індукції встановлено, що за змінною w_m модель описує ідентифікацію імені параметру або повідомлення про некоректне його задання.

У випадку розпізнаного імені параметру має місце цикл за кількістю символів в імені параметра (r_m), початковим значенням якого є номер позиції в якій зберігається перший символ, поданого символьним форматом pdf-формату ACCEL EDA (див. рис. 5), імені параметра компонента. Кількість символів імені параметра обмежена і не перевищує 11. Тому в рамках цієї кількості, яка є значеннями змінної r_m, можливі два випадки. Коли кількість символів імені не перевищує допустимої і ще не відшуканий кінець імені, що зумовлює збільшення значення r_m на 1 та повернення в цикл, то це випадок перший. У другому випадку - при не перевищені кількості символів імені є розпізнаною ознака кінця імені, що зумовлює перехід на цикл за кількістю символів значення параметра (p_m). Якщо ж кількість символів імені перевищує допустиме значення, то має місце константа - повідомлення про помилку (R₁). Отож при r_m = 1 встановлено, що має місце один із описаних випадків. А із припущення їх наявності для якого-небудь s<12 показано, що вони, ці випадки, описані моделлю і при (s + 1)<12. Тому моделлю в циклі за r_m описується встановлення кількості символів імені та виявлення помилки у випадку перевищення допустимого значення.

Цикл за кількістю символів значення параметру (p_m) нормально завершується при виявленні ознак розмежування (;) або кінця («пропуск») параметрів. Вихід із циклу з повідомленням R₂ описаний, коли допустиме значення p_m>15.

При коректному протіканні циклу можливі два взаємовиключні випадки. У першому випадку ознака кінця опису значення не встановлена, збільшується значення p_m на 1 і цикл повторюється. Виявлення ознаки розмежування або закінчення значень параметрів, випадок другий, зумовлює завершення циклу. Встановлено, що це має місце для початкового значення p_m=1, а із припущення його істинності для якого-небудь z такого, що z<15, показано, що ці взаємовиключні випадки описані в моделі і при z+1. Тому вони є в моделі для будь-яких значень p_m.

Якщо після встановлення кількості символів значення параметра виявлена ознака розмежування параметрів, то модель (1) описує перетворення цього значення із символьного формату pdf-файлу в цифровий код, збереження якого в n - му рядку та m - ій колонці описане термом Z₁[(n, m), A₁(b)] за умови знаходження його в допустимих межах (Z_min? A₁(b)??? Z_max). При виході поза них описана ідентифікація константи - повідомлення R₃. Після фіксації значення - коду параметра описаний перехід до m = m +1. Коли ж виявлена ознака кінця параметрів, то повернення в цикл за m не відбувається, а має місце модель Z, якою описане продовження функціонування транслятора.

Із припущення, що описані вище терми мають місце для якого-небудь m=d<g, встановлено, що це істинно і при m=d+1. Таким чином, на основі трансфінітної індукції доведено, що моделлю (1) описана ідентифікація імен параметрів компонентів, перевірка на допустимі значення і перетворення значень параметрів, поданих символьним форматом, в цифровий код, та виявлення допущених при їх введені помилок.

Аналогічним чином досліджені математичні моделі встановлення будови компонента; підсистеми ідентифікації типів, параметрів та імен звязків компонентів; встановлення звязків схеми; формування бази даних.

Четвертий розділ. Дослідженні математичні моделі транслятора, які описують перетворення поданої форматом pdf файлу символіки бази даних електромеханічної схеми, спроектованої в компютерно-інтегрованій системі ACCEL EDA, в структури даних електромеханічних схем, які використовуються підсистемою моделювання їх, програмно реалізовані та апробовані.

Наведені розроблені загальна і блок - схема транслятора. Описані структури символьних даних ACCEL EDA і структури даних моделюючої програми, фрагменти програмної реалізації і апробація математичної моделі транслятора.

Основні результати роботи та висновки

В дисертаційній роботі розв'язана наукова задача математичного моделювання транслятора створеної в ACCEL EDA графіки електромеханічних схем друкарських машин у структури даних спеціалізованої підсистеми моделювання і при цьому отримані такі результати:

1. На основі аналізу електромеханічних схем друкарських машин встановлено, що умовні позначення компонентів є символьно-графічними, проектуються із типових компонентів, наявні багато параметрів з різними діапазонами значень і значною розрядністю значень, які зумовлюють такі вимоги до системи моделювання електромеханічних схем, а саме наявності:

а) графічного інтерфейсу для введення електромеханічних схем;

б) символьно-графічної бази даних електромеханічних компонентів;

в) перевірки параметрів на допустимі значення.

Встановлено, що як відомі універсальні, так і спеціалізовані системи одночасно всі вимоги не задовольняють.

2. Розроблений принцип побудови транслятора, за яким подані символьним форматом і спроектовані в комп`ютерно-інтегрованій системі ACCEL EDA електромеханічні схеми друкарських машин перетворюються в структури даних підсистеми їх моделювання.

3. Правила введення інформації про компоненти схеми через ключові слова згідно з якими описуються типи компонентів, а також типи та значення їхніх параметрів, які забезпечують опис електромеханічних схем друкарських машин в розділі атрибутів комп`ютерно-інтегрованої системи ACCEL EDA.

4. Синтезована, мінімізована за кількістю термів структура і побудована математична модель транслятора символьних схемо-технічних даних електромеханічних схем, розроблених в ACCEL EDA, в структури даних під системи моделювання їх, а реалізація моделі спростила введення і забезпечила автоматичне виявлення допущених помилок проектування схем та завдання параметрів компонентів.

5. Методом трансфінітної індукції досліджено математичну модель транслятора, яким ще до її практичної реалізації та апробації виявленні і виправлені допущені при синтезі структури транслятора помилки.

Математична модель транслятора програмно реалізована, апробована і впроваджена в Центрі математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики НАН України та Фізико-механічному інституті НАН України.

Список опублікованих праць на тему дисертації

1. Овсяк О. Синтез, оптимізація і моделювання алгоритмів встановлення зв`язків схеми, типів та параметрів компонентів, формування баз даних // Компютерні технології друкарства. Львів: УАД. - 2001. - №6. - С. 107-145.

2. Овсяк О.В. Синтаксис і семантика мови опису параметрів компонентів електромеханічних схем друкарських машин // Компютерні технології друкарства. - Львів: УАД. - 1999. - №3. - С. 58-66.

3. Овсяк В.К., Овсяк О.В. Моделювання електромеханічних схем поліграфічних машин // Поліграфія і видавнича справа. - Львів: УАД. - 1999 р. №35. - С. 200-207.

4. Овсяк О.В. Синтез структур підсистеми інтегрованої системи моделювання електромеханічних схем // Компютерні технології друкарства. - Львів УАД. - 2000. - №4. - С. 239-246.

5. Овсяк О.В. Алгоритм графічного інтерфейсу транслятора //. Компютерні технології друкарства. - Львів: УАД. - 2000. - №5. - С. 271-277.

6. Овсяк О.В. Інформаційне забезпечення САПР ЕМС // Прогресивні інформаційні технології і системи: Праці конференції «Автоматика - 2000». Том 7. Частина 2. - Львів: 2000. - С. 136-138.

7. Овсяк О. Синтез роботи транслятора системи автоматизованого проектування електромеханічних схем друкарських машин // Компютерні системи проектування. Теорія і практика. - Львів: Вісник Національного університету «Львівська політехніка». - 2001. - №415. - С. 219-225.

Размещено на Allbest.ru