Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) ( 105 ) (106) (107) (108) (109) (110) (111) (112) (113) (114) (115) (116) (117) (118) (119) (120) (121) (122) (123) (124) (105)

Формирование функциональных модулей системы. Эквивалентные преобразования операторных моделей с целью формирования функциональных структур. Необходимо различать следующие виды системной организации: функциональную и структурную. Функциональная организация описывается моделью системы на основе функциональных элементов и отражает основные связи между выделенными, в соответствии с принятым уровнем декомпозиции системы, элементами системы соответствующего уровня (функциональными подсистемами).

Структурная организация системы описывается моделью покрытия функциональных модулей виртуальной системы i-ro уровня набором конструктивных элемеитов.

Функциональная структурная организация системы отражает связь и взаимное влияние функциональной и структурной организаций системы, т. е. учитывает особенности строения и взаимодействия элементов в системе.

Функциональный модуль (ФМ) - элемент функционально-структурной организации, несущий информацию о функциональной структуре системы или ее частей.

Конструктивный модуль (КМ) - конструктивно законченный элемент функционально-структурной организации, предназначенный для реализации определенной совокупности функций и используемый для покрытия множества элемеитов функциональной организации системы.

Таким образом, структурный синтез на рассматриваемом этапе сводится к построению функционально-структурной модели системы на основе функциональных модулей с последующим покрытием этой структуры конструктивными модулями.

Формирование функциональных и конструктивных модулей осуществляется посредством эквивалентных преобразований функциональных операторов на основе эвристических приемов, базирующихся на единстве многофункциональности и специализации: на программном и аппаратном разделении или совмещении реализуемых функций; использовании операторов непрерывной и дискретной настройки; регенерации функций, энергии, материалов; инверсии функций системы (подсистемы); реализации новых функций и макрофункций иа основе определенного набора функций (микрофуикций); усложнении базовых операторов и функциональных модулей. В результате формируются альтернативные варианты структуры системы на основе функциональных модулей.

Выбор базовых функциональных структур. При проектировании функционально-ориентированных систем, реализующих заданную совокупность функций {RFn}, необходимо учитывать взаимосвязь функциональной и структурной организации системы.

Синтез базовых функциональных структур должен осуществляться с учетом развития системы при воспроизведении множества дополнительных (сервисных) функций {AFj}.

Наилучшей с позиций функциональной расширяемости является система с минимальной структурой. Обладающая свойствами однородности элементов и регулярности связей между функциональными и конструктивными элементами. Доблться желаемых результатов можно за счет повышения удельного веса многофункциональных элементов. Необходимо учитывать, что для каждого уровня развития технологии и определенного этапа эволюции системы существует определенное оптимальное соотношение многофункциональных и специализированных компонентов системы.

Покрытие базовых функциональных структур конструктивными модулями. Результатом последовательных этапов эволюционного синтеза является структура системы на уровне реальных конструктивных моду-



лей. Основные конструктивные модули системы являются серийными, а число вновь разрабатываемых модулей сводится ДЬ минимума. Необходимость в разработке новых конструктивных модулей возникает только в случае создания систем нового класса и при очень жестких требованиях к показателям качества системы.

Все этапы эволюционного синтеза направлены на обеспечение высоких качественных показателей системы за счет усиления требований к составным элементам и подсистемам и за счет наиболее полного использования функциональных возможностей типовых элементов.

Таким образом, покрытие базовых функциональных структур конструктивными модулями осуществляется с учетом минимизации структуры проектируемой системы; равномерности загрузки отдельных компонентов системы в процессе эксплуатации. Для реализации этого этапа в процессе синтеза реальной системы рекомендуется составлять таблицы соответствия функциональных и конструктивных модулей - обобщенные функционально-структурные карты. Результатом покрытия функциональной структуры системы конструктивными модулями является реальная структура системы на базе унифицированных модулей.

Функционально-структурная организация системы на других уровнях декомпозиции. Учитывая многоуровневость декомпозиции множества {RFn} основных и дополнительных функций, каждую из функций можем рассматривать как макрофункцию или как микрофункцию в зависимости от уровня декомпозиции.

Декомпозиция макрофуикций иа сравнительно большое число мик-рофуикций характерна для анализа различных классов сложных систем. Идентичность декомпозиции макрофуикций и соответствующая им регулярность (повторяемость) процессов во времени и пространстве позволяет создавать экономичные (однородные) структуры, эффективно воспроизводимые современными прогрессивными технологическими приемами, методами интегральной технологии.

Как уже отмечалось, для сложных антропогенных систем число уровней декомпозиции множества основных и дополнительных функций {RFn} обычно не превышает 5-7.

Осуществляемый в процессе синтеза многоуровневых систем переход от предельной декомпозиции функций (дерево функций систем) к предельному сжатию (базовые функциональные модели) соответствует принципу многофункциональности и физической интеграции функционально-связанных элементов в подсистемах.

Ограничение числа уровней декомпозиции связано с прагматическим подходом к синтезу систем.

Сравнительный анализ вариантов функциоиальио-структурной организации системы. Выбор рациональной структуры. Возможна организация структуры системы в соответствии с первым уровнем декомпозиции. В этом случае система базируется на функциональных модулях высокого уровня, каждый из которых реализует основную или дополнительную функцию системы. При этом наблюдается взаимио-однозначное соответствие

FMi-RFj € {RFn}.

При однозначном соответствии указанным функциональным модулям соответствующих конструктивных модулей задача проектирования системы сводится к комплектованию системы из готовых модулей, организации их внутреннего взаимодействия и сопряжению с внешней средой. Такой подход обычно возможен при создании неоригинальных (типовых) систем. Формирование подобных систем ие связано с необходимостью теоретических исследований.



Очевидно, что при создании систем нового класс?, невозможно использовать модули высокого уровня, соответствующие элементам множеств {BFi} и {AFj}. Использование таких модулей бывает неэкономичным ввиду их сравнительно малой загрузки.

Как показывает анализ деревьев функций широкого класса антропогенных систем, воспроизведение макрофуикций (функций множества {FRn}) связано с реализацией ряда идентичных процессов на уровне макрофункций. Это является стимулом для создания систем с более экономичной структурой, использующих принципы временного совмещения-разделения функций.

Необходимость в пересмотре традиционных или в разработке новых принципов функционально-Структурной организации и в создании новых технических средств возникает в следующих случаях: при создании оригинальных систем принципиального нового функционального назначения; при создании систем с экстремальными характеристиками; при разработке новых физических принципов работы элементов и создании новых технологических процессов; при использовании новых принципов управления системами и обработки информации и т. д.

8-3. МИКРОПРОЦЕССОРЫ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ

Освоение отечественной промышленностью производства больших интегральных схем (БИС), в частности кикропроцессорных наборов, служит основной предпосылкой для массового внедрения универсальных вычислительных средств в системы числового программного управления (СЧПУ). Это позволит резко сократить номенклатуру разрабатываемых СЧПУ, повысить эффективность и качество процесса управления, его надежность и живучесть. Комплексный подход к проектированию СЧПУ должен учитывать не только возможности, предоставляемые микропроцессорными наборами, но и требования, предъявляемые, в свою очередь, к ним реальными технологическими процессами. В настоящем параграфе рассматриваются принципы построения СЧПУ иа основе микропроцессорных наборов.

Базоваи конфигурация СЧПУ. Под базовой конфигурацией будем понимать систему, содержащую минимальные аппаратурные и программные средства, необходимые для реализации процесса управления заданным технологическим оборудованием.

Анализ отечественного и зарубежного опыта проектирования СЧПУ металлорежущим оборудованием показывает, что базовая конфигурация (рис. 8-1) включает в себя следующие основные блоки: пульт оператора (ПО), предназначенный для задания всех режимов системы, а также ввода, редактирования программы и индикации требуемой информации (может быть конструктивно выполнен встроенным в СЧПУ И1и выносным); буферную память программы обработки детали ГБППОД), необходимую для хранения программы обработки детали (или ее части); память коррекций (ПК) для хранения констант коррекции длины н радиуса инструмента, смещений, компенсации погрешностей механики объекта и т. д.; память редактирующей информации (ПРИ), где хранится информация, введенная в режиме редактирования для исправления ошибок илн изменения программы обработки детали; память программ подготовки данных (ПППД), в которой размещены программа-диспетчер, пакет программ по упаковке и преобразо< ванию информации, подготовке данных (алгоритм расчета эквндиотан* ты, интерполяции и т. п.); процессор (П) -основной вычислительны

Параграф написан авторами совместно с М. G. Куприяновым» i



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) ( 105 ) (106) (107) (108) (109) (110) (111) (112) (113) (114) (115) (116) (117) (118) (119) (120) (121) (122) (123) (124)