УДК 621.318
ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ СОЗДАНИИ МНОГОИНДУКТОРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ
,
Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля,
кв. Молодежный, 20а, г. Луганск, 91034, Украина. E-mail: *****@***ru.
Важным направлением развития современной техники является разработка многоиндукторных магнитосепарирующих устройств. Основной сложностью в данном направлении является индивидуальный метод разработки устройства для каждой конкретной задачи. В статье представлена структура системы поддержки принятия решений при разработке многоиндукторных электромеханических систем для магнитной сепарации. Основой предложенной системы является Генетический банк данных электромеханических устройств, созданный с использованием результатов структурно-системных исследований магнитосепарирующих устройств. Разработано семейство программ «Isomer» для автоматизированного выбора рациональных технических решений в области многоэлементных устройств для магнитной сепарации. Данная система поддержки принятия решений может быть рекомендована для разработки новых конкурентоспособных устройств для магнитной сепарации.
Ключевые слова: автоматизация проектирования, база данных, магнитный сепаратор.
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В современных условиях перспективным направлением развития электромеханических магнитосепарирующих устройств является разработка многоиндукторных (многоэлементных) систем, обладающих перед одноэлементными аналогами рядом особых свойств [1]. Основной проблемой внедрения подобных устройств является сложность разработки последних для решения поставленных технических задач вследствие индивидуального метода проектирования для каждого отдельного случая. При этом основным препятствием является неоднозначность выбора рационального технического решения для поставленного задания. Так как на начальных этапах проектирования принимается до 70% важных решений, разработчику необходимо обладать системой специализированных знаний об объекте проектирования, а также системой поддержки принятия решений на данных этапах работы [2].
АНАЛИЗ ПРЕДЫДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ. Проблеме создания систем поддержки принятия решений в различных сферах практической деятельности человека посвящены многочисленные публикации [3, 4]. Ядром подобных систем выступают, как правило, базы данных (БД). БД – это совокупность массивов данных, организованных особым образом для обеспечения быстрого и удобного доступа к имеющимся данным, перемещения между массивами, а также их корректировки. Эффективное применение систем поддержки принятия решений без наличия специализированных БД не представляется возможным.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью данной работы является разработка интерактивной системы поддержки принятия решений при создании многоиндукторных электромеханических систем (ЭМС) для магнитной сепарации на основе знаний об их инвариантных (генетических) свойствах.
МАТЕРИАЛЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Поддержка принятия решений на начальном этапе проектирования новых многокомпонентных электромеханических устройств – задача, которая предполагает наличие знаний о природе Электромагнитных систем (ЭМС). На основе этих знаний создан специализированный Генетический банк данных электромеханических устройств (ГБД ЭМ-устройств) [5], в котором известные электромеханические устройства классифицированы по их инвариантным характеристикам.
Для создания ГБД использованы результаты новейших фундаментальных исследований в области генетической электромеханики. По результатам расшифровки генетических программ ЭМС технологического назначения получена информация об их структурном разнообразии, которое охватывает представителей известных (реально-информационных) и неизвестных на данный момент развития техники (неявных) видов, которые составляют основу для разработки оригинальных технических решений. При помощи системы встроенных фильтров определяются пределы существования разрабатываемых устройств на данный момент, а также устанавливается их первичный элементарный базис [6,7].
ГБД ЭМ-устройств обладает огромным прогностическим потенциалом, который в полной мере реализуется при интеграции его в интерактивную систему поддержки принятия решений (ИСППР), в которую также входят программы «Isomer maker» и «Isomer positioner», объединенные в единое семейство программ «Isomer», в разработке которых авторы принимали участие. Принцип работы ИСППР отображает структурная схема (рис. 1). Разработчик получает от заказчика техническое задание (ТЗ). Для поиска прототипов новых технических решений он обращается к ГБД. Из всего множества записей в ГБД пользователь отбирает необходимое ему множество представителей Видов ЭМ-устройств. После этого осуществляется отбор устройств по функциональному классу магнитных сепараторов. Затем отбираются известные технические решения, наиболее полно удовлетворяющие требованиям ТЗ. Эти устройства рекомендуются для дальнейшего использования. Если среди отобранных устройств отсутствуют такие, которые удовлетворяли бы ТЗ, следует произвести разработку нового технического решения, а также его патентование с последующим занесением информации об устройстве в ГБД.
Рисунок 1 – Принцип работы ИСППР
Ввиду широкого разнообразия многоэлементных ЭМС для магнитной сепарации разработано семейство компьютерных программ «Isomer», предназначенных для автоматизированного выбора рациональных технических решений в области многоиндукторных устройств для магнитной сепарации.
Совместное использование данных программ с ГБД позволяет значительно сократить время на разработку новых ЭМ-устройств. Опишем подробнее вышеуказанные программные продукты.
Для выполнения задач автоматизированного синтеза многоиндукторных ЭМС создана компьютерная программа «Isomer maker» [8], рекомендуемая для визуализации возможных пространственных композиций многоиндукторных ЭМС. Принцип работы данной программы основан на использовании законов симметрии. Условное изображение источника поля осуществляется в виде отрезка прямой – оси цилиндра. Программа «Isomer maker» позволяет выполнять построение пространственных композиций ЭМС с количеством источников электромагнитного поля от двух до четырех единиц. Программа отображает синтезированную пространственную композицию в трех проекциях (XY, YZ, XZ), также в 3D. Также пользователю доступна дополнительная информация о синтезированной композиции.
В результате практической реализации предложенного подхода синтезированы 2793 пространственные изомерные композиции цилиндрических многоэлементных систем для магнитной сепарации, в т. ч. 49 – с двумя, 343 – с тремя и 2401 – с четырьмя индукторами поля, соответственно [9]. Кроме того, практическое использование «Isomer maker» позволяет выделить целесообразные с технической точки зрения пространственные композиции для дальнейшей разработки. Именно эта особенность была положена в основу разработки другого программного продукта – «Isomer positioner», предназначенного для выбора рациональных технических решений в области ЭМС для магнитной сепарации.
Программа «Isomer Positioner» предназначена для выбора из множества компоновок расположения индукторов в многоэлементной ЭМС для магнитной сепарации вариантов, которые обеспечивали бы требуемое извлекающее усилие [10]. Данный продукт разработан с использованием блочно-модульной архитектуры, которая позволяет изменять и дополнять любой блок программы без внесения изменений в программу в целом.
Идея программы основана на решении дифференциальных уравнений, описывающих движение ферромагнитных тел, извлекаемых из потока сыпучего материала. Кроме того, в «Isomer Positioner» предусмотрен блок защиты от технически нецелесообразных вариантов пространственных компоновок ЭМС, что является главным достоинством программы при интеграции ее в ИСППР.
Выводы. 1. Предложена система поддержки принятия решений, позволяющая получить как информацию о существующих устройствах, так и синтезировать новые варианты технических решений в области магнитной сепарации.
2. Результаты исследований могут быть использованы проектными организациями для разработки новых конкурентоспособных магнитосепарирующих устройств.
3. Корректность математической модели, заложенной в ИСППР, нуждается в дополнительной проверке, что и является целью дальнейших исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Загирняк сепараторы. Проблемы проектирования: [монография] / , , . – К.: Техніка, 2011. – 224 с.
2. Афанасьева и практика моделирования сложных систем: [учеб. пособие] / , , . – СПб: СЗТУ, 2005. – 131 с.
3. Орлов автоматизированного проектирования электромеханических устройств / , . – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 296 с.
4. Ершов система проектирования автоматизированных систем управления трубопроводным транспортом / // Транспорт Российской Федерации. – 2011. - № 4(35). – С. 76-78.
5. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 000. База даних «Генетичний банк даних електромеханічних пристроїв» («ГБД ЕМ-пристроїв») / , І. О. Шведчикова, та ін. – № 000; заявл. 15.04.2013; зареєстр. 04.09.2013.
6. , , І. Розробка концепції систе-матизованого банку даних // Доповіді за матеріалами Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених, аспірантів і студентів «Сучасні пробле-ми електроенерготехніки та автоматики» – Київ: «Політехніка», 2011. – С. 245-247.
7. Шинкаренко теорії еволюції електромеханічних систем / – К.: Наукова думка, 2002. – 288 с.
8. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 000. Комп’ютерна програма «Isomer maker» / ігура, І. О. Шведчикова, та ін. – № 000; заявл. 15.04.2013; зареєстр. 19.06.2013.
9. Ткач синтеза многоэлементных цилиндрических структур магнитных сепараторов // Вестник ВНУ им. В. Даля, № 18 (189). – Луганск: Изд-во ВНУ им. В. Даля, 2012. – С. 272-278.
10. , Шведчикова оптимальной конструкции многоиндукторной магнитосепарирующей системы // Доповіді за матеріалами ХІІ Міжнародної науково-технічної конференції «Проблеми підвищення ефективності електромеханічних перетворювачів в електроенергетичних системах» – Севастополь: Сев НТУ, 2013. – С. 73-74.
EXPERT SUPPORT SYSTEM FOR DEVELOPMENT OF MULTI INDUCTOR SYSTEMS DEVICES FOR MAGNETIC SEPARATION
I. Shvedchikova, S. Tkach
Volodymyr Dahl East Ukrainian National University,
Molodizhny block, 20a, Luhans’k, 91034, Ukraine. E-mail: *****@***ru.
The important way of current technology development is design of multi-inductor magnetic separating devices. Inthis case the individual device design for each specific target is the main complicity. The structure of expert support system for multi-inductor electromechanical systems for magnetic separation is presented in this article. The basis of proposed system is Genetic data bank of electromechanical devices. This bank is created using results of system-structural researches of magnetic separating devices. The software product set “Isomer” was developed for automated choose of efficient engineering solution to magnetic separation multi-element devices. This expert support system can be recommended to design of new competitive magnetic separating devices.
Key words: automated design, database, magnetic separator.
REFERENCES
1. Zagirnyak, M. V., Branspiz, Yu. А. and Shvedchikova, I. A. (2011), Magnitnye separatory. Problemy proektirovaniya: monografiya [Magnetic separators. Design problems: monograph], Technika, Kyiv, Ukraine.
2. Afanas’eva, O. V., Golik, E. S. and Pervukhin, D. A. (2005), Teoriya i praktika modelirovaniya slozhnyh sistem: uchebnoe posobie [Theory and practice of complex system modeling: tutorial], SZTU St. Petersburg, Russia.
3. Orlov, I. N. and Maslov, S. I. (1986), Sistemy avtomatizirovannogo proektirovaniya elektromechanicheskih ustroystv [Automated design systems for electromechanical devices], Energoatomizdat, Moscow, Russia.
4. Ershov, A. A. (2011) “Intellectual design system for a automated control system pipeline transport”, Transport Rossiyskoy Federacii, no 4(35), pp. 76-78.
5. Shynkarenko, V. F., Shvedchikova, I. O., Tkach, S. A., Kotlyarova, V. V., Syvokon’yeva, Yu. V. (2013), Baza danyh «Genetychny bank danych elektromechanichnych prysrtroyiv» («GBD EM-prystroyiv») [Database «Genetic Data Bank of electromechanical devices » («GDB EM-devices»)], State Department of Intellectual Property of Ukraine, Kyiv, UA, CA № 000.
6. Shinkarenko, V. F., Lysak, V. V. and Pastukh, D. I. “Systematized data bank conception development”, Reports according to materials of International scientific and technical conference young scientists, post-graduate students and students «Actual problems of electroenergetic techniques and automation», Kyiv, 2011, pp. 245-247.
7. Shynkarenko, V. F. (2002), Osnovy teoriyi evolyucii electromechanichnyh system [Electromechanical systems evolution theory], Naukova dumka, Kyiv, Ukraine.
8. Veligura, A. V., Shvedchikova, I. O., Tkach, S. A., Romantsova, A. V. (2013), Komp’yuterna programa «Isomer maker» [Computer programm «Isomer maker»], State Department of Intellectual Property of Ukraine, Kyiv, UA, CA № 000.
9. Tkach, S. A. (2012), “Synthesis automatization of multiunit cylindrical magnetic separators structures”, Vestnik Vostochnoukrainskogo Nacional’nogo universitete imeni Vladimira Dalya, no 18(189), pp. 272-278.
10. Tkach, S. A. and Shvedchikova, I. A. “The choice of optimal construction multiunit magnetic separated system”, Reports according to materials of ХІІ International scientific and technical conference «Problems of electromechanical transducers effectiveness increasing in electroenergetic systems», Sebastopol, 2013, pp. 73-74
