Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 681.518.3:621.039.7.16

ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА ІДЕНТИФІКАЦІЇ ТИПОРОЗМІРІВ БРИКЕТІВ ПРИ ПАКЕТУВАННІ РАДІОАКТИВНИХ ВІДХОДІВ

Спеціальність 05.11.16 - Інформаційно-вимірювальні системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Аміров Руслан Зінурович

Донецьк - 2001



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Автоматизація виробничих процесів” Донбаської державної машинобудівної академії Міністерства освіти і науки України, м. Краматорськ

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сагайда Іван Михайлович Донбаська державна машинобудівна академія, професор кафедри “Автоматизація виробничих процесів”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Володарський Євген Тимофійович, Національний технічний університет України “КПІ”, професор кафедри “Автоматизація експериментальних досліджень”;

кандидат технічних наук, доцент Кондрашов Сергій Іванович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, зав. кафедри “Інформаційно-вимірювальна техніка”.

Провідна установа: Вінницький державний технічний університет, кафедра “Метрологія та промислова автоматика”, Міністерства освіти і науки України, м. Вінниця.

Захист відбудеться “20” грудня 2001 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К11.052.03 Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, корп. 1, ауд.201.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, корп. 2.

Автореферат розісланий “16” листопада 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Мокрий Г.В.



АНОТАЦІЇ

Аміров Р.З. Інформаційно-вимірювальна система ідентифікації типорозмірів брикетів при пакетуванні радіоактивних відходів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.16 - Інформаційно-вимірювальні системи. - Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2001.

Дисертація присвячена питанням зменшення невикористаного об'єму контейнерів пакування радіоактивних відходів шляхом створення методології кодування типорозмірів брикетів і створення на її основі інформаційно-вимірювальної системи ідентифікації типорозмірів брикетів у реальному часі. інформаційний вимірювальний типорозмір радіоактивний

У роботі розвивається напрямок по залученню методів кодування і розпізнавання образів для підвищення ефективності інформаційно-вимірювальної системи ідентифікації типорозмірів брикетів комплексу по переробці радіоактивних відходів, яка забезпечує мінімізацію невикористаного об'єму контейнера за рахунок планування набору брикетів і реалізує концепцію безлюдної технології.

Ключові слова: інформаційно-вимірювальна система, система маркірування, математична модель, імітаційне моделювання, штриховий код, ідентифікація типорозмірів, радіоактивні відходи, оптимізація, невикористаний об'єм контейнера.



Амиров Р.З. “Информационно-измерительная система идентификации типоразмеров брикетов при пакетировании радиоактивных отходов”.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.16 - Информационно-измерительные системы. - Донецкий национальный технический университет, Донецк, 2001.

Диссертация посвящена вопросам уменьшения неиспользованного объема контейнеров упаковки РАО путем создания методологии кодирования типоразмеров брикетов и создания на ее основе ИИС идентификации типоразмеров брикетов в реальном времени.

В диссертации используются методы имитационного моделирования для определения параметров погрешности идентификации и направления движения информационных потоков по оптимальной загрузке контейнера, теория распознавания образов для разработки метода идентификации типоразмеров брикетов, теория кодирования для разработки структуры маркера, привлечены методы целочисленного математического программирования для создания алгоритмов и программ минимизации неиспользованного объема контейнера.

Установлены факторы, определяющие параметры объекта контроля, и разработана имитационная и математическая модели преобразования оптического сигнала в канале ИИС идентификации типоразмера брикета, учитывающие влияние оптических и электромагнитных помех, характерных для процесса утилизации радиоактивных отходов, и позволяющие в аналитическом виде установить параметры погрешности процесса идентификации типоразмера брикета. Разработаны рекомендации по снижению влияния дестабилизирующих факторов.

Разработан графический образ системы маркирования в виде кругового штрихового кода, инвариантного к изменению направления оси сканирования, учитывающего особенности технологического процесса пакетирования, а также обладающего характеристиками, обеспечивающими минимум погрешности идентификации. Это увеличивает примерно в 1,5 раза достоверность идентификации типоразмера брикета в экстремальных условиях (оптические, электромагнитные помехи, радиоактивность).

Разработано бесконтактное устройство контроля, использующее оптическое излучение в качестве носителя информации для идентификации типоразмеров объекта контроля, обеспечивающее с программно-аппаратными средствами аналитического распознавания типоразмеров брикетов погрешность идентификации 10,7% при скорости сканирования 0,5 м/с.

Предложены усовершенствованный метод и алгоритмы кодирования и идентификации типоразмеров объекта контроля, базирующийся на преобразовании графического кода маркера (в виде концентрических окружностей), инвариантного к изменению оси сканирования, в числовой с подавлением помех, контролем ошибок и последующим сопоставлением полученного кода с набором эталонных кодов, обеспечивающие повышение достоверности идентификации объекта контроля в 1,5 раза и сокращение времени идентификации на 75%.

Разработан алгоритм максимального использования объема контейнера, позволяющий определить оптимальный состав типоразмеров (различных по высоте) брикетов в контейнере, и обеспечивающий повышение его загрузки по объему и высоте на 16,2% и 20,5% соответственно, что приводит к годовому экономическому эффекту порядка 14 млн. гривен при стоимости захоронения около 7500 гривен за 1м³.

Программно-аппаратные средства аналитического распознавания типоразмера брикетов для технологии утилизации радиоактивных отходов вместе с первичным преобразователем положены в основу структурной организации ИИС, а также аппаратуры для минимизации неиспользованного объема контейнера и реализации безлюдной технологии. Программно-аппаратные средства обеспечивают погрешность идентификации 10,7% при скорости сканирования 0,5 м/с.

В результате исследований получены зависимости и результаты по реализации оптимальной загрузки контейнера. Установлено, что при распределении высот брикетов по равномерному закону плотности вероятности для максимальной загрузки секции контейнера необходимо иметь не менее 18 брикетов в накопителе. Это обеспечивает увеличение загрузки контейнера по объему на 16,2% по сравнению с существующим методом.

Разработана программа действий робота-манипулятора при параллельно протекающем процессе перемещений контейнера на позицию загрузки и обратно. Она позволила осуществить последовательное и безаварийное выполнение операций по загрузке контейнера брикетами при рассматриваемом параллельном процессе, что обеспечивает снижение времени загрузки контейнера РАО на 0,01 часа при характерном времени загрузки 0,03 часа.

Программно-аппаратные средства, реализующие разработанные методы и алгоритмы, доведенные до практической реализации, повысили эффективность информационно-измерительной системы идентификации типоразмеров брикетов, функционирующей в экстремальных условиях технологии переработки РАО, что обеспечило минимизацию неиспользованного объема контейнера с реализацией безлюдной технологии. В конечном итоге это приводит к социально-экономическому эффекту.

Ключевые слова: информационно-измерительная система, система маркирования, математическая модель, имитационное моделирование, штриховой код, идентификация типоразмеров, радиоактивные отходы, оптимизация, неиспользованный объем контейнера.



Amirov R.Z. " The informational - measuring system of identification of standard sizes of briquettes at packing of radioactive wastes".- The manuscript.

Thesis for candidate's degree on specialty 05.11.16 - Informational - measuring system. - Donetsk National Engineering University, Donetsk, 2001.

The thesis is devoted to questions of an abatement of the unused volume of containers of batching of radioactive wastes by creation of the methodology of coding of standard sizes of briquettes and creation on its basis of the informational - measuring system of identification of standard sizes of briquettes in a real-time.

The work the direction on application of methods of coding and pattern recognition to a increase the efficiency of the informational - measuring system of identification of standard sizes of briquettes of the complex on processing of radioactive wastes is developed. It ensures minimization of unused volume of the container at the expense of scheduling of a set of briquettes and implements the concept of deserted technique.

Keywords: the informational - measuring system, system of a labeling, mathematical model, simulation modeling, bar code, identification of standard sizes, radioactive wastes, optimization unused volume of the container.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В теперішній час в Україні зростають об'єми твердих радіоактивних відходів (РАВ) середньої і слабкої активності, які утилізуються суперпресуванням, що забезпечує надійну ізоляцію РАВ від біосфери. У результаті суперпресування одержують циліндричні брикети, різні по висоті, які складаються основою один на одного в довільному порядку в контейнер тривалого зберігання. Це обумовлює граничну незаповненість контейнера по висоті порядку 20,5%, усунення якої приводить до соціально-економічного ефекту - скороченню забруднених радіоактивністю площ, зниженню вартості утилізації РАВ. Для ідентифікації брикетів, позіціонування яких на рольгангу конвейера ускладнено, запропоновано використовувати штрихове кодування для 106 типорозмірів брикетів, що вимагає 7 штрихів із двома градаціями ширини (2⁷>106). Для реалізації запропонованого підходу було розроблено методологію кодування типорозмірів брикетів і створено на її базі інформаційно-вимірювальну систему (ІВС). Процес пресування й складання брикетів у контейнер повинен відбуватися без участі людини. Для цього розроблено методологію кодування інформації про висоту брикету, і створено технічні засоби виміру, які дозволили оперативно, у реальному масштабі часу мінімізувати невикористаний об'єм контейнера.

Таким чином, актуальність теми не викликає сумнівів. Вона визначає тему, мету й основні напрямки проведених досліджень по створенню методології кодування й інформаційного забезпечення ІВС для ідентифікації типорозмірів брикетів технологічного процесу утилізації РАВ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана в рамках держбюджетних науково-дослідних робіт Донбаської державної машинобудівної академії (ДДМА) за пріоритетними напрямками розвитку науки і техніки: НДР №0196U024080 “Дослідження і розробка засобів діагностики виробничих процесів” (1996-1999); НДР №0199U001563 “Дослідження і розробка методів ідентифікації параметрів технічного стану об'єктів автоматизації” (1999), при виконанні яких автор брав участь у якості виконавця та відповідального виконавця.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є зменшення невикористаного об'єму контейнерів упакування РАВ на підставі нових установлених факторів, що розпізнають об'єкти контролю - типорозміри брикетів, шляхом запропонованої методології (системи) кодування типорозмірів брикетів і створення на її основі ІВС ідентифікації типорозмірів брикетів у реальному часі.

Ідея роботи полягає в мінімізації об'єму контейнера при складанні в нього брикетів за рахунок ідентифікації їх типорозмірів і планування набору брикетів за допомогою ІВС.

Для досягнення поставленої мети в роботі поставлено та вирішено такі основні задачі:

- розробити математичну і імітаційну моделі процесів перетворень оптичного сигналу в каналі ІВС з метою оцінки характеристик результуючої похибки каналу, виявлення домінуючих дестабілізуючих факторів у каналі ІВС і розробки рекомендацій з їх компенсації;

- створити безконтактний пристрій контролю, що використовує оптичне випромінювання як носія інформації для розпізнавання геометричного параметра об'єкта контролю;

- розробити метод та алгоритми кодування і ідентифікації типорозмірів брикетів для розпізнавання геометричного параметра об'єкта контролю, що стійкі до дії екстремальних умов (оптичні і електромагнітні завади, радіоактивність), а також структуру маркера типорозміру брикету, що забезпечує мінімум похибки ідентифікації об'єкта контролю;

- розробити алгоритм максимального використання об'єму контейнера, що забезпечує визначення оптимального набору типорозмірів (різних по висоті) брикетів у контейнері для мінімізації невикористаного об'єму, і розробити і дослідити програму дій робота-маніпулятора, що здійснює оптимальне завантаження контейнера.

Об'єктом дослідження є інформаційно-вимірювальна система в технології утилізації РАВ для оптимального використання об'єму контейнера.

Предметом дослідження є методи, засоби, моделі, структури і алгоритми ідентифікації типорозмірів брикетів і мінімізації невикористаного об'єму контейнера.

Методи дослідження. У роботі використаний апарат теорії імовірностей і математичної статистики, теорії вимірів, помилок, кодування, розпізнавання образів, методи цілочисельного математичного програмування, імітаційного моделювання.

Наукова новизна отриманих результатів визначається наступними науковими положеннями:

1. Розроблений графічний образ системи маркірування у вигляді колового штрихового коду, інваріантного до зміни напрямку осі сканування, що враховує особливості технологічного процесу пакетування, а також володіє характеристиками, що забезпечують мінімум похибки ідентифікації, збільшує вірогідність і швидкодію ідентифікації типорозміру брикету в екстремальних умовах (оптичні, електромагнітні завади, радіоактивність) і підвищує вірогідність отриманих результатів.

2. Отримані результати досліджень впливу дестабілізуючих факторів на вимірювальний канал ІВС, на підставі яких запропоновані шляхи зменшення впливу оптичних, електромагнітних завад, радіоактивності для реального технологічного процесу.

3. Запропоновано критерій упакування контейнера обмеженого об'єму в діапазоні типорозмірів брикетів, і розроблена цільова функція мінімізації невикористаного об'єму контейнера, що забезпечує максимальне його завантаження і зниження вартості утилізації РАВ.

4. Вирішено задачу оптимального використання об'єму контейнера і розроблений алгоритм дій робота-маніпулятора, що забезпечують завантаження контейнера з мінімізацією його невикористаного об'єму.

Основні результати:

1. Розроблено імітаційну і математичну моделі перетворень оптичного сигналу в каналі ІВС ідентифікації типорозміру брикету, що враховують вплив оптичних і електромагнітних завад, характерних для процесу утилізації РАВ, і дозволяють в аналітичному вигляді встановити параметри похибки ідентифікації типорозміру брикету. Розроблено рекомендації зі зниження впливу дестабілізуючих факторів, основними з яких є оптичні і електромагнітні завади, радіоактивність.

2. Вперше розроблена структура маркера і безконтактний пристрій його зчитування, що функціонує в умовах радіоактивності і використовує оптичне випромінювання як носія інформації для ідентифікації типорозмірів брикетів, забезпечують необхідними даними ІВС для мінімізації невикористаного об'єму контейнера, що знижує вартість поховання РАВ і створює передумови для безлюдної технології.

3. Удосконалений метод і алгоритми ідентифікації типорозмірів об'єкта контролю, що базується на перетворенні графічного коду маркера в числовий і який використовує заглушення оптичних і електромагнітних завад, контроль помилок і наступне зіставлення отриманого коду з набором еталонних кодів, забезпечує мінімум похибки ідентифікації типорозмірів брикетів в екстремальних умовах (дія оптичних і електромагнітних завад, радіоактивності).

4. Уперше розроблений алгоритм оптимального використання об'єму контейнера в технології утилізації РАВ забезпечує завантаження контейнера брикетами, реалізуючи розроблену цільову функцію мінімізації невикористаного об'єму (висоти) контейнера, що приводить до зниження вартості поховання РАВ.

5. Розроблені програмно-апаратні засоби аналітичного розпізнавання типорозміру брикетів для технології утилізації РАВ разом з первинним перетворювачем покладені в основу структурної організації ІВС, апаратури для оптимізації об'єму контейнера, а також реалізації безлюдної технології.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується достатнім рівнем адекватності розроблених моделей; коректністю використання математичного апарата, збіжністю теоретичних і експериментальних досліджень з похибкою порядку 16%, апробацією роботи на конференціях, позитивними результатами впровадження.

Наукове значення роботи полягає в розвитку принципів створення графічного образу маркірування з залученням критеріїв оптимальності, що забезпечують мінімум похибки ідентифікації, що дозволяє підвищити ефективність ІВС ідентифікації типорозмірів брикетів; у виявленні і компенсації похибок ідентифікації типорозмірів брикетів для технології утилізації РАВ; у системному підході, що включає розробку нових рішень і реалізацію апаратно-програмних засобів, що підвищують вірогідність і швидкість ідентифікації типорозмірів брикетів.

Практичне значення отриманих результатів. Практичне значення роботи складається в розробці алгоритмів і апаратно-програмних засобів, що забезпечують достовірну ідентифікацію типорозмірів брикетів в екстремальних умовах; у реалізації запропонованого алгоритму оптимального використання об'єму контейнера, що дозволяє мінімізувати невикористаний його об'єм для технології утилізації РАВ. Отримані практичні результати дозволяють оптимально використовувати об'єм контейнера, що забезпечує річний економічний ефект порядку 14 млн. гривень при вартості поховання 7500 гривень за 1м³.

Декларація особистого внеску. Автором особисто розроблені нові рішення з маркірування і ідентифікації типорозмірів брикетів, математична і імітаційна моделі процесів перетворень оптичного сигналу в каналі ІВС, структура маркера, що забезпечує ідентифікацію в екстремальних умовах, процесорний модуль аналітичного розпізнавання параметрів брикетів, що входить до складу ІВС ідентифікації типорозмірів брикетів, нові рішення з оптимального використання об'єму контейнера.

Реалізація роботи. Основний зміст дисертаційної роботи складають результати досліджень, що проводилися на кафедрі “Автоматизація виробничих процесів” ДДМА за період з 1997 по 2001 рік. У роботі також використані результати досліджень, отримані на цій кафедрі раніше.

Основні наукові положення, результати по ідентифікації типорозмірів брикетів, оптимальному використанню об'єму контейнера, підвищенню ефективності ІВС використовуються ВАТ “НДІПТМАШ” (м. Краматорськ), ЗАТ “НКМЗ” (м. Краматорськ), СП “ДІГАЗ” (м. Харків), а також у навчальному процесі ДДМА.

Апробація роботи. Основні розділи роботи пройшли апробацію на 5-ти науково-технічних конференціях: на всеукраїнській науково-технічній конференції “Перспективные технологи и оборудование обработки давлением в металлургии и машиностроении” (м. Краматорськ, 1998р.); на міжнародній науково-технічній конференції “Машиностроение и техносфера на рубеже ХХI века” (м. Севастополь, 1999р.); на всеукраїнській науково-технічній конференції “Перспективні технології та обладнання обробки тиском у машинобудуванні та металургії” (м. Краматорськ, 2000р.); на міжнародній науково-технічній конференції “Перспективні технології та обладнання обробки тиском у машинобудуванні та металургії” (м. Краматорськ, 2001р.); на міжнародній науково-технічній конференції “Машиностроение и техносфера на рубеже ХХI века” (м. Севастополь, 2001р.).

Робота в цілому і її окремі розділи пройшли апробацію на семінарах кафедри “Автоматизація виробничих процесів” ДДМА.

Публікації. Основні положення і результати досліджень викладені в 9 друкованих працях, з яких 4 статті в наукових виданнях, 5 статей в працях міжнародних конференцій; отримане позитивне рішення на видачу патенту на винахід.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, 13 додатків і має загальний обсяг 234 сторінки. Містить 37 рисунків на 29 сторінках, 7 таблиць на 6 сторінках, додатки на 60 сторінках, список використаних літературних джерел з 113 найменувань на 10 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета роботи і задачі досліджень, викладені основні наукові і практичні результати, відомості про реалізацію й апробацію результатів роботи, приведений особистий внесок здобувача в друкованих працях з співавторами.

У першому розділі розглянуті особливості технологічного процесу утилізації РАВ. Виявлено, що основною ознакою, що ідентифікує геометричні параметри об'єкта контролю в технології утилізації РАВ, є висота брикету. Головний недолік процесу утилізації - наявність невикористаного об'єму контейнера (рис.1) і присутність персоналу в зонах радіоактивності.

На основі аналізу інформаційного забезпечення комплексу переробки РАВ встановлено, що для мінімізації невикористаного об'єму контейнера необхідно здійснювати вимір висоти брикетів фотоелектричним способом (активний режим) в екстремальних умовах (дія оптичних і електромагнітних завад, радіоактивності). Дистанційна ідентифікація типорозмірів брикетів, яка обумовлена особливостями процесу утилізації відходів, вимагає створення системи маркірування, що використовує принципи штрихового кодування, володіє властивістю інваріантності і завадозахищеності, а також розробки безконтактного пристрою зчитування маркера, у якому носієм інформації є оптичний сигнал. Таким чином, необхідність зниження вартості утилізації РАВ, з одного боку, і виведення персоналу з зон радіоактивності - з іншого, вимагають розробки ІВС ідентифікації типорозмірів брикетів, доповнену новою функцією, що систематизує параметри типорозмірів для формування завдання на укладання брикетів. На підставі викладеного були сформульовані мета і задачі дослідження.

В другому розділі вирішується задача побудови математичної моделі процесів перетворень оптичного сигналу в каналі ІВС, що є носієм інформації між маркірованим об'єктом контролю (брикетом) і камерою, і на її основі дослідження характеристик похибки каналу ІВС. Теоретична частина роботи спрямована на дослідження процесів вимірювальних перетворень у каналі ІВС, а також виявлення дестабілізуючих факторів з кількісною і якісною оцінкою їхнього впливу на ідентифікацію типорозміру брикету. Встановлено, що такими факторами, які обумовлюють зниження точності ідентифікації, є: оптичні, електромагнітні завади, радіоактивність. Дана їх оцінка і розроблені рекомендації з компенсації негативного впливу цих факторів.

Розроблено математичну модель процесів перетворень оптичного сигналу в каналі ІВС ідентифікації типорозмірів брикетів. Узагальнено процес перетворень представлений в операторній формі:

,

де - сигнал на виході ЕОМ; P₁ - оператор випромінювання оптичного сигналу об'єктом; P₂ - оператор впливу середовища поширення сигналу на оптичний сигнал; P₃ - оператор оптичної системи приймача випромінювання; P₄ - оператор фотоелектричного перетворення вимірювального сигналу; P₅ - оператор перетворення фотоструму в напругу; P₆ - оператор дискретизації; P₇ - оператор цифрової обробки вимірювального сигналу.

Витяганню вимірювальної інформації про геометричний параметр об'єкта контролю передує ряд оптичних, фотоелектричних, аналого-цифрових перетворень в оптичному і перетворюючому каналі ІВС.

На підставі розробленої математичної моделі процесів перетворень оптичного сигналу в каналі ІВС ідентифікації типорозмірів брикетів і проведених досліджень впливу дестабілізуючих факторів розроблена імітаційна модель каналу ІВС ідентифікації типорозмірів об'єкта контролю для встановлення в аналітичному вигляді основних параметрів похибки каналу. Встановлено, що основний внесок у результуючу похибку вносить розфокусування оптичної системи. Визначено, що похибка виміру описується нормальним розподілом зі стійкими параметрами µ=0,0024; у=0,1067, що підтверджує теоретичні дослідження з розбіжністю в 16%.

Виконано дослідження частотних характеристик сигналу і завад, на підставі яких установлено, що спектр корисного сигналу повинний знаходитися в інфрачервоній ділянці (л=0,95мкм), що дозволяє здійснити частотний розподіл сигналу і завад.

У третьому розділі розроблений метод ідентифікації типорозміру брикету, а також графічний образ системи маркірування у вигляді колового штрихового коду (рис.3), інваріантного до зміни напряму осі сканування, враховуючого особливості технологічного процесу утилізації, і що володіє характеристиками, які забезпечують мінімум похибки ідентифікації за рахунок контрасту штрихів по ширині. Використання запропонованого графічного образу системи маркірування збільшує вірогідність і швидкодію ІВС ідентифікації типорозміру брикету в екстремальних умовах.

Виконано дослідження характеристик маркера, що забезпечують мінімум похибки ідентифікації ДS_u:



де Е - енергетична освітленість, Вт/м²;

R^* - глибина поля зчитування, м;

К_о - коефіцієнт відбиття штриха і проміжку;

о - дія оптичних і електромагнітних завад.

Ширина штриха і проміжку обрана на основі критерію максимуму відносної зміни ширини відеосигналу ДS:

де S_i ,S_i+1 - ширина відеосигналу, що відповідає i-му і i+1-му штриху, мс;

S_max - ширина відеосигналу, що відповідає найбільшому з штрихів S_i, S_i+1 мс.

У ході досліджень автором установлено, що ширину старт-стопових смуг 7 і 8 варто прийняти 1·10^-3 м, а ширину інформаційних смуг 0 - 6 - 2·10^-3 м чи 4·10^-3 м у залежності від значення коду типорозміру брикету. Зміна глибини поля зчитування з 0,7 м до 0,8 м, що відповідає розкиду висот брикетів, забезпечує наступні значення найбільшої похибки для смуг: 1·10^-3 м - 4,0%; 2·10^-3 м - 6,7%; 4·10^-3 м - 5,6%.

Обрано оптичні характеристики штрихового коду: штрих і фон з низьким коефіцієнтом відбиття К_ф (чорний колір), проміжок з коефіцієнтом відбиття К_ш (фарба на основі оксиду магнію MgО), для виконання умови К_ф << Кш.

Для ідентифікації типорозміру брикету (розпізнавання образу об'єкта) попередньо вирішуються інформаційні задачі виявлення, розрізнення оптичного сигналу, який приймає ві-деокамера. Інформаційна задача відновлення сигналу - розпізнавання образу об'єкта, складається в послідовних перетвореннях оптичного сигналу і порівнянні його з еталоном.

Метод ідентифікації типорозмірів об'єкта контролю базується на перетворенні графічного коду маркера (подібного до штрихового коду) у числовий із заглушенням завад, контролем помилок і наступним зіставленням отриманого коду з набором еталонних кодів.

Мірою відповідності отриманого значення коду й еталонного є похибка, рівна різниці відліків:

де - число відліків, що відповідають j-й позиції зчитаного коду й еталона відповідно.

Умова відповідності зчитаного зображення маркера й еталона:

,

де о_П - значення припустимої похибки.

Розроблено словник ознак, який є провідним до роботи алгоритмів кодування і декодування інформації про типорозмір брикету в технології утилізації РАВ. Запропоновано маркірувати брикет дистанційним безконтактним способом за допомогою випалювання лазерним променем графічного портрета маркера на попередньо пофарбованій ділянці брикету.

Четвертий розділ присвячений дослідженню процесу пакетування РАВ. Ступінь заповнення контейнера характеризується коефіцієнтом завантаження контейнера брикетами по висоті (К_Н) (відношення сумарної висоти брикетів до висоти завантаження контейнера) і коефіцієнтом завантаження контейнера брикетами по об'єму (К_V) (відношення сумарного об'єму брикетів до об'єму контейнера).

Експериментальні дослідження існуючого процесу завантаження брикетів у контейнер дозволили визначити, що стандартний контейнер з висотою завантаження м використовується на 62,8% і 79,5% по об'єму і висоті відповідно, що незадовільно. Максимальне завантаження контейнера досягається при рівності висоти завантаження контейнера і сумарної висоти брикетів його секції, що забезпечується з досить малою імовірністю Р=0,015. Тому необхідний пошук можливих комбінацій брикетів, що забезпечують максимальне заповнення контейнера, з залученням методів оптимізації.

Отримано рівняння, що характеризує коефіцієнт використання контейнера по висоті у функції середньої висоти брикету:

де - крок зміни висоти брикету в прийнятому діапазоні висот;

n₁ - максимально можливе число розташованих брикетів у секції контейнера;

- невикористана висота над брикетами, м;

- середня висота брикетів у секції контейнера, м;

- висота завантаження контейнера, м;

- найменша висота брикету з діапазону типорозмірів брикетів.

Задача мінімізації невикористаного об'єму контейнера полягає у формуванні набору брикетів, отриманого в результаті рішення цільової функції мінімізації невикористаного об'єму (висоти):

,

при обмеженнях:



,

де x_n+1 - число секцій контейнера, для яких визначається склад брикетів;

h_i - висота брикету і-го типорозміру;

х_i - кількість брикетів і-го типорозміру.

Дана задача вирішена методом віток і границь. Виконані дослідження процесу завантаження контейнера брикетами дозволили установити, що для максимального використання 8-ми секцій стандартного контейнера необхідно в накопичувачі мати не менш 40 брикетів, а для однієї секції контейнера - не менш 18 брикетів за умови, що утилізуються речовини з різною густиною.

Проведено додаткові дослідження факторів, що впливають на значення використаного об'єму контейнера. Установлено, що ступінь використання об'єму контейнера є функцією висоти його завантаження (рис.5), що описується залежністю:

Визначено, що збільшення висоти завантаження контейнера на 0,02м (з 0,71м до 0,91м), що складає 1,8%, приводить до зростання коефіцієнта завантаження контейнера по висоті на 7,8%.

Розроблено програму дій робота-маніпулятора з урахуванням процесу переміщень контейнера, який протікає паралельно, на позицію завантаження і назад. Адекватність виконання програми дій робота-маніпулятора проаналізована з використанням апарата теорії мереж Петрі. Ця програма дозволила здійснити послідовне і безаварійне виконання операцій по завантаженню контейнера брикетами при розглянутому паралельному процесі, що в остаточному підсумку забезпечує зниження часу процесу завантаження РАВ на 0,01 години при характерному часі завантаження 0,03 години.



ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі виконано теоретичне узагальнення і нове рішення наукової задачі зменшення невикористаного об'єму контейнерів упакування радіоактивних відходів шляхом створення методології кодування типорозмірів брикетів і створення на її основі інформаційно-вимірювальної системи ідентифікації типорозмірів брикетів у реальному часі. Удосконалено метод ідентифікації типорозмірів брикетів, розроблені алгоритми і їх реалізуючі апаратно-програмні засоби, що підвищують вірогідність і швидкодію ідентифікації типорозмірів брикетів. Це реалізує концепцію безлюдної технології, а також мінімізацію невикористаного об'єму контейнера, що забезпечує зниження вартості утилізації радіоактивних відходів.

У ході досліджень отримані наступні результати:

1. Установлено, що основною ознакою, що ідентифікує геометричні параметри об'єкта контролю в технології утилізації РАВ, є висота брикету.

2. Розроблено математичну й імітаційну моделі перетворення оптичного сигналу в каналі ІВС ідентифікації типорозміру брикету - розпізнавання образу РАВ, що враховують вплив оптичних і електромагнітних завад, радіоактивності, характерних для процесу утилізації РАВ. Визначено домінуючі дестабілізуючі фактори, що впливають на функціонування ІВС в екстремальних умовах, і розроблені рекомендації з їх зниження. Виконано імітаційне моделювання каналу ІВС ідентифікації типорозміру брикетів, у результаті якого встановлено, що експериментальне значення СКВ (у=10,7%) процесу виміру відповідає теоретичному значенню (у=9,2%) з розбіжністю в 16%. Результуюча похибка підпорядкована нормальному закону (у=0,1067; м=0,0024).

3. Створено графічний образ системи маркірування у вигляді колового штрихового коду, інваріантного до зміни напрямку осі сканування, який враховує особливості технологічного процесу утилізації, а також володіє характеристиками, що забезпечують мінімум похибки ідентифікації. Це збільшує в 1,5 рази вірогідність ідентифікації типорозміру брикету в екстремальних умовах (оптичні, електромагнітні завади, радіоактивність).

4. Розроблено безконтактний пристрій контролю, який використовує оптичне випромінювання в якості носія інформації для ідентифікації типорозмірів об'єкта контролю та забезпечує з програмно-апаратними засобами аналітичного розпізнавання типорозмірів брикетів похибку ідентифікації 10,7% при швидкості сканування 0,5 м/с.

5. Запропоновано удосконалений метод і алгоритми кодування й ідентифікації типорозмірів об'єкта контролю, що базується на перетворенні графічного коду маркера (у вигляді концентричних кіл), інваріантного до зміни осі сканування, у числовий із заглушенням завад, контролем помилок і наступним зіставленням отриманого коду з набором еталонних кодів. Це забезпечує підвищення вірогідності ідентифікації об'єкта контролю в 1,5 рази і скорочення часу ідентифікації на 75%.

6. Розроблено алгоритм максимального використання об'єму контейнера, який дозволяє визначити оптимальний склад типорозмірів (різних по висоті) брикетів у контейнері та забезпечує підвищення його завантаження по об'єму і висоті на 16,2% і 20,5% відповідно, що приводить до річного економічного ефекту порядку 14 млн. гривень при вартості поховання близько 7500 гривень за 1м³.

7. Запропоновані метод ідентифікації типорозмірів брикетів та апаратно-програмні засоби, що реалізують цей метод й задачу оптимального використання об'єму контейнера, забезпечують мінімізацію невикористаного об'єму контейнера, наробіток на відмову при роботі в екстремальних умовах порядку 26685 годин, зниження числа аварійних ситуацій у 5 разів, часу простоїв устаткування в зв'язку з ремонтами в 3 рази і істотне скорочення чисельності персоналу, що опромінюється.

8. Розроблено програму дій робота-маніпулятора, яка дозволяє здійснити послідовне і безаварійне виконання операцій по завантаженню контейнера брикетами в ході техпроцесу утилізації РАВ. Досягнуто зниження часу процесу завантаження РАВ на 0,01 години при характерному часі завантаження 0,03 години.

9. Основні наукові положення, результати по ідентифікації типорозмірів брикетів, оптимальному використанню об'єму контейнера, підвищенню ефективності ІВС прийняті до практичного використання ВАТ “НДІПТМАШ” (м. Краматорськ), ЗАТ “НКМЗ” (м. Краматорськ), СП “ДІГАЗ” (м. Харків), а також у навчальному процесі ДДМА.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Никитин В.Е., Сагайда И.М., Билык Г.Б., Амиров Р.З. Решение технических задач оптимизации использования объемов // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении: Краматорск: ДГМА, 1998. - С.301-305.

Никитин В.Е., Амиров Р.З., Сагайда И.М. Информационно-измерительная система по захоронению радиоактивных отходов // Машиностроение и техносфера на рубеже ХХI века: Сб. научн. тр. - Донецк: ДонГТУ, 1999. - С.206-209.

Зори А.А., Амиров Р.З. Информационно-измерительная система идентификации типоразмеров брикетов // Наук. праці Донеьк. держ. техн. ун-ту. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація, Випуск 20: - Донецьк: ДонГТУ, 2000. - С. 253- 260.

Амиров Р.З., Сагайда И.М. Информационно-измерительная система, повышающая эффективность процесса переработки радиоактивных отходов (РАО) прессованием // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії та машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА, 2000.--С. 506 - 510.

Амиров Р.З. Погрешности информационно-измерительной системы комплекса по переработке радиоактивных отходов // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. науч. тр. - Донецк: ДонГТУ, 2001. Вып.15. - С. 10-14.

Амиров Р.З. Метод идентификации параметров объекта // Наук. праці Донецьк. держ. техн. ун-ту. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація, Випуск 25: - Донецьк: ДонГТУ, 2001. - С. 240 246.

Никитин В.Е., Слабоспицкий И.А., Амиров Р.З. Информационная система безлюдной переработки радиоактивных отходов // Наукові та технічні аспекти міжнародного співробітництва в Чорнобилі.-Вип.3. - К.:Вища шк., 2001. - С.513-519.

Амиров Р.З. Метод оптимального использования объема контейнера при прессовании материалов // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії та машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА, 2001. - С.423 - 426.

Зори А.А., Амиров Р.З. Исследование факторов оптимального использования объема контейнера в технологических процессах // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. науч. тр. - Донецк: ДонГТУ, 2001. Вып. 16. - С. 230 - 235.

Рішення про видачу деклараційного патенту по заявці №2000084852. Система кодування параметрів об'єкта / Р.З. Аміров (Україна). - принято 05.07.2001.

Размещено на Allbest.ru