ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ УПРАВЛІННЯ

ВИРОБНИЧИМИ ПРОЦЕСАМИЗА ДАНИМИ ВІДЕОСПОСТЕРЕЖЕННЯ

Андрій ЯрмілкоЧеркаський національний університет

ім. Б.Хмельницького

Київ – 2014

Доповідь за матеріалами дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата

технічних наук

Спеціальність 05.13.06 – Інформаційні технології

Мета дослідження

Розробка інформаційних технологій управління виробничими процесами гнучкого виробничого модуля з інтелектуальними функціями за даними відеоспостереження перебігу технологічного процесу.

Актуальність дослідження

Дослідження методів забезпечення гнучкого управління виробничими системами на тактичному та стратегічному рівнях за рахунок підвищення інтелектуальності обладнання з використанням візуального каналу спостереження є актуальними, оскільки використання наявного потенціалу методів візуалізації в управлінні потребує вирішення ряду теоретичних та практичних завдань, серед яких:

розробка методів інтеграції візуальної інформації у системах керування та прийняття рішень;

удосконалення методів виділення інформаційних ознак; забезпечення рівня параметрів інформаційних процесів

візуалізації на рівні вимог керування сучасними виробничими системами.

Практична цінність

Підвищення експлуатаційних характеристик технологічного устаткування, особливо складного малосерійного та унікального, при нестабільній номенклатурі виробництва, внаслідок:

зменшення кількості бракованих виробів; локалізації та спеціалізації процедур контролю; підвищення коефіцієнту готовності обладнання за рахунок

оптимізації виробничої програми та обслуговуючих операцій.

Об’єкт та предмет дослідження

Об’єкт дослідження:

методи та засоби комп’ютерного управління виробничими процесами.

Предмет дослідження:інформаційні технології інтелектуального управління виробничими процесами за даними візуалізації.

Завдання дослідження

дослідження впливу факторів формування видової сцени та способів її інтерпретації;

визначення методу оцінки параметрів зони обробки за растровим представленням результатів відеоспостереження, отримання ефективної реалізації програмних компонентів системи технічного зору, здатних забезпечити стійке функціонування в реальному масштабі часу за умов наявності завад різного походження;

розробка економічно ефективного методу управління виробничою системою за даними візуалізації;

визначення вимог до засобів забезпечення зміни моделей у вбудованих системах реального часу, розробка методики їхньої оцінки;

реалізація у вигляді інформаційних технологій та експериментальне дослідження розроблених методів.

Зв’язок роботи з науковими програмами,планами, темами

Науково-дослідна робота “Використання методів візуалізації в управлінні та діагностиці”, державний реєстраційний номер 0113U001695

Науково-дослідна робота “Розробка методики тривимірного цифрового моделювання гірських масивів закритих шахт на основі інтеграції даних геомеханічних і геолого-географічних досліджень”, державний реєстраційний номер 0111U009083С

Наукова новизна Вперше запропоновано метод формування поведінкової стратегії інтелектуального

технологічного модуля за даними відеоспостереження, що передбачає адаптацію виробничої системи за допомогою модифікації моделі управління при зміні прогнозу її функціонування на основі екстремального принципу управління цільовим параметром. Метод забезпечує вироблення стратегії експлуатації інтелектуального модуля у виробничому середовищі на основі економічних показників засобами прогнозування та оптимізації, що дозволяє інтегрувати дані відеоспостереження в процес управління на стратегічному рівні.

Вперше розроблено метод оцінки динамічних характеристик середовища функціонування системи інтелектуального управління на базі вбудованих систем реального часу зі зміною моделей функціонування, який відрізняється комплексністю врахування їхніх характеристик, що дозволяє отримати оцінку ефективності реалізації системи інтелектуального управління на конкретній програмно-апаратній платформі.

Набуло подальшого розвитку використання методів теорії надійності виробничих систем. Запропоновано комплексне використання даних візуалізації для визначення показників надійності, що дозволяє формувати прогноз стану виробничої системи.

Набули подальшого розвитку методи візуалізації, що дозволило модифікувати обробку растрових кольорових видових сцен, отриманих при спостереженні високоенергетичних процесів обробки. Запропоновано використовувати роздільну поетапну обробку відеоданих, отриманих за окремими спектральними каналами, що дозволяє знизити розмірність задачі виявлення та локалізації у зоні спостереження артефактів із заданими показниками температури.

Дослідження інформативностірастрових зображень

Бінарні ознаки Тонові ознаки Ознаки за яскравістю Статистичні ознаки Ознаки форми

Растрові зображення технологічної зони містять велику кількістьтехнологічно значимих візуальних ознак наступних типів:

Спектральні ознаки Точкові ознаки Контурні ознаки Сегментаційні ознаки Остовні ознаки

Візуальні сцени у процесахвисокоенергетичного впливу

1. ІЧ-зображення з камери: під час лазерного зварювання (A) та одразу після того, як лазер був вимкнений, показуючи профілі охолодження (B). Температури в °C (P. L. Moore). 2. Варіація видових сцен (різання сталі (С – Ст 3, 2 мм, D, E, F – оцинкована сталь, 0,8 мм). АІГ-лазер, імпульсний режим). Камера Basler piA640-210gm, фільтри BP 525 (C), BP850 (D,E,F).

С

D E F

Визначення контуру світлової плями за натурною моделлю зварювальної плями

Визначення межі світлової плями на 32-бітовому кольоровому зображенні (відносно вказаної початкової точки контуру)

Базис ядра фільтра – 3..7 одиниць (пікселів)

Визначення технологічних параметрів за синтетичною моделлю зварювальної плями (1)

Відхилення результатів ідентифікації відзаданих параметрівзображення (линійніта кутові розміри):- для симетричних плям – ≤1%- для асиметричних плям –≤10%

Визначення технологічних параметрів за синтетичною моделлю зварювальної плями (2)

Визначення остовниххарактеристик (розподіляскравості за R, G, B-каналами, центр,радіус та площаприведеного кола) для спектральнихобластей зображеннятехнологічної зони

Визначення технологічних параметрів за синтетичною моделлю зварювальної плями (3)

Визначення статистичнихознак зображення за яскравістю для заданихгоризонтальної тавертикальної лінійсканування (за каналами R, G, B)

Визначення показників якості виробу за натурним зображенням

1, 2, 3, 4 - області з різними показниками променезаломлення скла внаслідокзалишкових внутрішніх напружень після електронно-променевого мікрополірування

Напрямки використання даних відеомоніторингу технологічної зони

отримання поточних значень корегуючих впливів системи управління технологічного процесу;

отримання оцінок якості виробу; оптимізація програми випробувань виробу; оцінка стану виробничої системи та прогноз його зміни за

показниками надійності; модифікація режимів технологічного процесу відповідно до

прогностичних даних на час виробничої операції (виробничого циклу);

формування програми виробничого завантаження обладнання, адаптованої до його поточного стану та прогнозу;

генерування сценарію проведення ремонтних та регламентних робіт з елементами планування матеріально-технічного забезпечення та залучення фахівців.

Тактичний рівень управління

{візуальні ознаки}=>{управління технологічним параметром}

управління траєкторією; управління швидкістю; управління характером розподілу енергії; управління фокусуванням енергетичного потоку; післяопераційна діагностика.

Стратегічний рівень управління

{візуальні ознаки}=>{спосіб здійснення виробничої діяльності}

вибір економічно обґрунтованої стратегії експлуатації виробничого обладнання;

оцінка ефективності портфелю замовлень; керування виробничою логістикою та сервісом.

Інтелектуальний регулятору контурі управління

прогноз стану

виробничої системи

візуальний образ технологічної ситуації

модельтехнологічної ситуації

Модель надійності

Модель візуалізації

Модель ефективної

стратегії

Виробничий процес

Модель управління

модельвиробничого

завдання

наслідки виробничоїдіяльності

Імітаційний експеримент: модель станів виробничого обладнання

Модель В

Модель А

Відеоспостереження виробничого процесу – джерело даних длявизначення поточних показниківнадійності виробничої системи

Імітаційний експеримент:вибір режимів для різних виробничих ситуацій

Імітаційний експеримент:статистичні параметри

Модель виробнич

ої системи

Середня продуктив

ність(шт.)

Середнєвідхиленн

я(шт.)

Приріст продуктивності,

%

Базовий режим

16,16 1,9680 –

Спрощена модель

16,67 2,0632 3,16

Модель А 17,306 1,9875 7,09

Модель Б 21,698 9,0602 34,27

Програма експерименту: 10 серій по 100 продуктивнихперіодів

Оцінка засобів підтримки методу: результати експерименту

ЗасібІніціалізація середовища

Відкривання моделі

Виконання моделі

Звільненнясередовища

Lua 108 48 631 21

LuaJIT 65 32 206 31

DLL 0 33 205 7

Python 17726 98 976 3819

Python: 0.277

DLL (С++) 0.345

LuaJIT: 0.358

Тривалість виконання етапів роботи при відпрацюванні синтетичної моделі

Комплексна оцінка ефективності

1000

1

)sin(

i

i

i

iiY

Висновки (1)

Проведено дослідження інформативності натурних та імітаційних моделей візуальних сигналів високоенергетичних процесів. Встановлено, що використання каналу зворотного зв’язку на основі СТЗ дозволяє організувати інтелектуальне управління та вирішити всі основні задачі управління високоенергетичними технологічними процесами, а також отримати додаткові можливості контролю якості виробів та моніторингу технічного стану обладнання.

Запропоновано інтерпретацію візуальних даних спостереження виробничого процесу на основі теорії надійності для оцінки та формування прогнозу стану виробничої системи.

Висновки (2)

Запропоновано та досліджено метод вироблення стратегії інтелектуального модуля у виробничому середовищі на основі економічних показників, який дозволяє формувати поведінкову стратегію інтелектуального модуля шляхом адаптації виробничої системи за допомогою модифікації моделі управління при зміні прогнозу її функціонування на основі екстремального принципу управління цільовим параметром.

Запропоновано механізми забезпечення швидкої зміни моделей у вбудованих адаптивних системах реального часу. Вироблено критерії і методи оцінки їхньої ефективності.

Досліджено метричні характеристики запропонованих методів за допомогою оригінальних синтетичних тестових моделей.

Отримані результати сприяють реалізації наступних з основних принципів ефективності виробничих процесів: ритмічності,безперервності, інтегративності, гнучкості та адаптивності.

Апробація дослідження

Основні положення і результати роботи доповідалися іобговорювалися на: 4 наукових семінарах; засіданні секції №1 Вченої ради Інституту проблем

математичних машин і систем “Технічні та програмні засоби інформатизації”;

9 наукових конференціях.

Публікації

Результати дисертації викладені у 14 друкованих та 1 електронній

працях: 5 статей (з них 2 дноосібних) – у спеціалізованих наукових

виданнях і збірниках наукових праць згідно з переліком фахових видань України;

1 стаття – у закордонному науковому журналі; 9 публікацій – у збірниках і матеріалах наукових

конференцій (1 стаття – в електронному вигляді).

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ