Разработка 3D модели многовыходного электромагнитного мехатронного модуля и Разработка программного обеспечения управления движением мехатронного модуля на основе его 3D модели

VCC внешний 5 В

GND GND внешнего

Рис.13 16-канальный релейный модуль
1-16 Реле интерфейс управления подключен к микроконтроллеру порта ввода-вывода

ГЛАВА 3. ОЗНАКОМЛЕНИЕ С СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАТРОННЫМ МОДУЛЕМ ПРИ ПОМОЩИ ЕЁ 3D МОДЕЛИ

Эффективность визуализации обусловлена особенностями пользователя, позволяющими лучше воспринимать, быстрее запоминать и легче воспроизводить образную информацию. Обучение, мониторинг, администрирование, организация работ — на любом из этапов цикла управления использование визуальных инструментов с использованием современных технологий позволяет оптимизировать производство. Каждый из этапов может быть потенцирован с помощью визуализации процессов и метрик. При разработке данной визуализации управления мехатронным модулем учитывается важность представления пользовательского интерфейса и удобность его использования.

Глобальные изменения в мировых производственных процессах создают запрос на исследования и углубление познания в областях производственной и промышленной информатики. Новые технологии, которые появляются в рамках концепции «Industry 4.0», позволяют провести дополнительные научные изыскания и внедрить новейшие разработки в производственные процессы. Среди этих технологий — цифровые двойники. Согласно исследованиям Gartner, уже к 2021 году 50% крупных производственных компаний будут использовать концепцию цифровых двойников.
Объектом данного исследования является концепция цифровых двойников в визуализации управления, а предметом — визуализация для системы управления цифровым двойником мехатронного модуля привода технологического оборудования. Реализация концепции цифрового двойника актуальна при наличии связующих звеньев — необходимое внимание в исследовании уделено проектированию и реализации визуализации системы управления между субъектом взаимодействия (человеком или искусственным интеллектом) и объектом (цифровым двойником).

Цифровой двойник является не только представлением реального объекта в виртуальном мире, который упрощает взаимодействие с физической сущностью, но и является инструментом доступа к физическому объекту или его виртуальной копии. В этой связи исключительно важно обеспечить целостность передачи информации с помощью определенной структуры.

Концептуальная система связи моделей и пользовательского интерфейса показана на Рис. 14.


Рис.14 Концептуальный основа процесса разработки
Концепция состоит из трех модулей: физического, цифрового и пользовательского интерфейса. Физический модуль означает физические продукты и услуги, цифровой модуль означает ресурсы виртуального совместного проектирования. Система конфигурации продукта, а также модуль пользовательского интерфейса обозначает когнитивное и аффективное поведение пользователя (например, посредством обратной связи, тестированием визуализации и внесения предложений) в процессе разработки продукта.
На Рис. 15 показаны системные процессы функционирования визуализации и управления им с учётом особенностей концептуальной системы.

Рис. 15 – Процессы функционирования визуализации 3D модели
Важнейшим аспектом применения цифрового двойника является возможность дистанционной обработки, анализа и управления данными через информационную систему визуализации. Например, поступающая в цифровой двойник информация позволяет в том числе дистанционно управлять всем процессом удалённо, что повышает эффективность, доступность, оперативность и прозрачность функционирования.


Рис.16 Визуальное представление алгоритма системы управления мехатронным модулем
3.1 Алгоритм работы системы управления мехатронным модулем

Алгоритм системы управления в основном состоти из цикла который принимает и обрабатывает сигналы посылаемые 3D моделью. При движении 3D модели на порты микроконтроллера (Arduino) отправляется управляющий сигнал который контралирует подачу питания реле. Процесс происходить следующим образом:

1. 
   Сначала запускается система
   
2. 
   Программа приходит в состояние цикла следящим за событиями
   
3. 
   При совершении движения 3D моделью программа вызывает соответсвующий модуль, часть кода которая была связана к совершаемому событию
   
4. 
   Вызванный модуль передает соответсвующий управляющий сигнал в порты микроконтроллера
   
5. 
   Микроконтроллер меняет состояние порта/пина для подачи питания
   
6. 
   Соверщается движение мехатронным модулем
   
7. 
   Программа возвращается в цикл следящим за событиями
   
8. 
   Если была запрошена остановка программа закрывается