Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Phân tích thiết kế hệ thống với ứng dụng công nghệ thực tại ảo
Chơng 3: Phân tích thiết kế hệ thống với ứng dụng công nghệ thực tại ảo 3.1 - Phân tích và chọn công cụ mô phỏng. Từ những phân tích về cấu tạo, nguyên lý làm việc của HT CCNL động cơ diesel điển hình nh ở chơng 2, ta nhận thấy hệ thống có các cụm, bộ phận chính đó là: + Thùng nhiên liệu; + Các bình lọc thô; + Bơm thấp áp; + Van điều áp; + Các bình lọc tinh; + Bơm cao áp; + Các vòi phun. Các cụm đợc bố trí trong hệ thống theo sơ đồ nh sau: hình 3.1 Hình 3.1: Sơ đồ bố trí các cụm trong HT CCNL Trong đó mỗi bộ phận có những đặc tính riêng nh đã đợc phân tích ở ch- ơng 2. Giữa các cụm, bộ phận chính đó đợc kết nối với nhau bằng hệ thống các đờng ống dẫn gồm có đờng ống cao áp và đờng ống thấp áp. Ngoài các cụm bộ phận chính nh trên, trong hệ thống còn có một số các chi tiết phụ khác nh vít xả khí, bơm tay, đồng hồ nhiên liệu, . 53 Thùng nhiên liệu Bình lọc thô Bơm thấp áp Bình lọc tinh Bơm cao áp Vòi phun Van điều áp 3.1.1 - Mục đích mô phỏng HT CCNL Mục đích của việc mô phỏng HT CCNL là tạo ra một hệ thống mô phỏng nhằm phục vụ việc huấn luyện bộ đội kỹ thuật xe máy trong công tác khai thác sử dụng phơng tiện. Qua hệ thống mô phỏng: - Giúp cho học viên hiểu đợc quá trình làm việc của HT CCNL, - Huấn luyện cho học viên nắm đợc những đặc tính cơ bản và những điểm cần nhớ trong quá trình sử dụng, chăm sóc, bảo dỡng HT CCNL nói chung và từng bộ phận nói riêng của HT CCNL, - Huấn luyện cho học viên nắm đợc trình tự xử lý những sự cố h hỏng thông thờng của HT CCNL và khắc phục. - Sử dụng một hệ thống động để huấn luyện sẽ tạo cho học viên có sự hứng thú, say mê trong học tập. - Góp phần cải tiến phơng pháp giảng dạy và huấn luyện bộ đội ở đơn vị và nhà trờng - Qua sử dụng hệ thống mô phỏng trong huấn luyện sẽ tạo cho bộ đội có phản xạ và trình tự xử lý một số tình huống thờng xẩy ra trong quá trình sử dụng, trong việc tìm kiếm nguyên nhân để khắc phục sự cố (khi xe gặp sự cố), huấn luyện cho bộ đội thành thục công tác chuẩn bị khi xuất xe, trình tự công việc phải làm khi gặp sự cố, 3.1.2 - Yêu cầu đối với việc mô phỏng HT CCNL: Dựa vào mục đích của việc mô phỏng nh đã nêu ở trên và xuất phát từ yêu cầu thực tế ở đơn vị, HT CCNL của động cơ diesel đợc mô phỏng phải thể hiện đợc quá trình làm việc diễn ra trong hệ thống và một số hiện tợng h hỏng thờng gặp trong quá trình khai thác, sử dụng. Hình ảnh thể hiện phải trực quan sinh động, tạo ra đợc sự cuốn hút say mê đối với ngời học trong quá trình huấn luyện. 54 Bên cạnh đó, hệ thống mô phỏng cũng phải đảm bảo đơn giản, tiện lợi, dễ dàng trong sử dụng, đem lại hiệu quả cao trong quá trình huấn luyện bộ đội. 3.1.3 - Các giả thiết và hớng mô phỏng: Các giả thiết khi mô phỏng sự làm việc của hệ thống: - Trớc khi cho động cơ làm việc, giả thiết nhiên liệu đã đợc bơm đầy đ- ờng nhiên liệu thấp áp trong HT CCNL bằng bơm tay, sau đó bơm tay đã đợc khoá lại. - Trong quá trình hoạt động thì động cơ mô phỏng luôn làm việc ở 1 chế độ nhất định, với mức tiêu hao nhiên liệu nhất định và xe luôn chạy ở một vận tốc nhất định (lấy theo vận tốc trung bình của loại xe đó). Cụ thể ta lấy theo số liệu của xe tăng T- 76: g nl = 1,3 lít/km; v = 20 km/h. [3] - Mô phỏng cho HT CCNL của động cơ có 6 máy (động cơ B-6 sử dụng trên xe tăng T- 76) với thứ tự làm việc là: 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4 - Khi nhiên liệu hết (Q = 0) thì HT CCNL sẽ không làm việc (không có dấu hiệu nhiên liệu phun ra ở đầu vòi phun). - Khi đến kỳ bảo dỡng (S BD1 = 0 hoặc S BD2 = 0) thì HT CCNL sẽ không làm việc (không có dấu hiệu nhiên liệu phun ra ở đầu vòi phun). - Khi gặp bất cứ sự cố nào thì HT CCNL sẽ không làm việc (không có dấu hiệu nhiên liệu phun ra ở đầu vòi phun). - Giả thiết không có hiện tợng lọt khí trong đờng ống. - Nếu không có sự cố nào, nhiên liệu còn (Q>0), số km tới các kỳ bảo d- ỡng còn (S BD1 > 0 và S BD2 > 0), khi khởi động HT CCNL sẽ làm việc (có dấu hiệu nhiên liệu phun ra ở đầu vòi phun). - Khi mô phỏng, ta quy ớc: hệ thống mô phỏng làm việc 1 phút tơng đ- ơng với thời gian thực là 5giờ HT CCNL làm việc (tức là thời gian mô phỏng nhanh gấp 300 lần thời gian thực). Hớng mô phỏng: 55 Xuất phát từ mục đích, yêu cầu của việc mô phỏng HT CCNL của động cơ diesel nh đã nêu trên, ta tiến hành xây dựng 2 chơng trình mô phỏng nh sau: + Chơng trình mô phỏng sự hoạt động của HT CCNL động cơ diesel: phục vụ trong quá trình lên lớp để giáo viên giới thiệu cho học viên về quá trình hoạt động của hệ thống. + Chơng trình thứ hai dùng để huấn luyện cho bộ đội việc kiểm tra hệ thống, công tác chuẩn bị khi xuất xe, việc xử lý một số tình huống thờng xẩy ra trong quá trình sử dụng, việc tìm kiếm nguyên nhân và khắc phục sự cố (khi xe gặp sự cố). Trên đó giáo viên có thể tạo ra các tình huống giả định về tình trạng kỹ thuật của hệ thống để học viên thực hành xử lý tình huống đó. 3.1.4 - Chọn giải pháp kỹ thuật mô phỏng: Để thiết kế hệ thống mô phỏng hoạt động của HT CCNL động cơ diesel, chúng ta ứng dụng công nghệ mô phỏng và thực tại ảo. Đó là công nghệ tạo ra một hệ thống mô phỏng mà trong đó đồ hoạ máy tính đợc sử dụng cho phép tạo ra một hệ thống hoạt động tơng đơng với hệ thống hiện có và có thể phản ứng, thay đổi theo ý muốn của chúng ta. Để đạt đợc các mục đích và yêu cầu của việc thiết kế hệ thống mô phỏng nh đã nêu ở trên, với sự phát triển của CNTT nh hiện nay có rất nhiều công cụ có thể đáp ứng đợc. Song mỗi công cụ đều có mặt mạnh và mặt yếu riêng của nó, vì vậy ta phải lựa chọn một công cụ phù hợp với điều kiện thực tế của đề tài. Qua tìm hiểu và nghiên cứu, ta thấy có một số công cụ tin học có thể đáp ứng đợc yêu cầu của đề tài đó là: + Phần mềm 3D Max là một công cụ thiết kế đồ hoạ khá phổ biến hiện nay. Nó có một số u điểm nổi trội nh: hình ảnh hiển thị ra của chơng trình có tính trực quan sinh động cao, việc sử dụng khá dễ dàng. Song nó có một nhợc điểm lớn đó là không cho phép chúng ta lập trình, tính toán. + Lab View là một công cụ khá hiện đại, cơ bản có thể đáp ứng đợc mục đích, yêu cầu của đề tài đặt ra. Song, để hiển thị đợc hình ảnh sinh động thì tơng 56 đối khó, sử dụng công cụ thì khá phức tạp đòi hỏi ngời sử dụng phải tập trung đầu t rất nhiều thời gian và công sức để nghiên cứu mới có thể làm đợc. + Sử dụng một số công cụ tin học khác nh Visual Basic, Visual C ++ , cũng có thể đáp ứng đợc các mục đích, yêu cầu cơ bản của đề tài. Song việc nghiên cứu để khai thác, sử dụng công cụ là rất khó khăn, tốn nhiều thời gian. Sự hạn chế về thời gian thực hiện đề tài không cho phép chúng ta thực hiện đợc. + Macromedia Flash là một phần mềm ứng dụng bao gồm các công cụ đ- ợc sử dụng để tạo ra các hoạt hình, đồ hoạ véctơ, các ứng dụng, phần mềm, các bản trình diễn, .Flash có thể xuất ra các tập tin với phần mở rộng *SWF chứa đựng những gì mà ta đã xây dựng trong Flash, tập tin này có kích thớc nhỏ và t- ơng thích với nhiều môi trờng, sau đó có thể đợc xem thông qua trình thể hiện Flash Player. Các công cụ đa dạng trong Flash cho phép ta phát huy khả năng sáng tạo, làm cho các tập tin của mình có tính tơng tác và tính động, trực quan sinh động cao. Flash sử dụng một ngôn ngữ kịch bản đó là ActionScript, đây là một ngôn ngữ mạnh và tuân theo chuẩn dựa trên ECMAScript và tơng tự nh Javascript và Java. Sử dụng phần mềm Macromedia Flash (với phiên bản mới nhất hiện nay version 8.0 professional) cùng với ngôn ngữ lập trình trong nó, ActionScript có thể tạo ra hình ảnh mô phỏng HT CCNL động cơ diesel với tính trực quan sinh động cao, thể hiện các quá trình diễn ra bên trong hệ thống, hoàn toàn có thể đáp ứng đợc các mục đích, yêu cầu của đề tài nh đã nêu trên. Bên cạnh đó việc sử dụng Macromedia Flash khá đơn giản nhng hiệu quả nên việc nghiên cứu để khai thác sử dụng công cụ không mất quá nhiều thời gian, phần mềm mô phỏng tạo ra dễ dàng trong việc sử dụng. Nh vậy sử dụng Macromedia Flash 8.0 professional để thực hiện đề tài là hoàn toàn phù hợp, đáp ứng đợc tất cả các yêu cầu đặt ra, cả về lý thuyết lẫn tính thực tiễn. 57 3.2 - Giải pháp kỹ thuật mô phỏng các bộ phận trong hệ thống. Để thiết kế các bộ phận của hệ thống, chúng ta phải dựa vào các phân tích về kết cấu và đặc tính kỹ thuật của các cụm chi tiết bộ phận đó, dựa vào các sự cố thông thờng hay xẩy ra đối với các cụm bộ phận nói riêng và đối với toàn bộ hệ thống nói chung mà lực lợng tại chỗ ở đơn vị (đây chính là đối tợng cần huấn luyện) có khả năng khắc phục đợc nh đã đợc ta phân tích kỹ ở chơng 2. Giải pháp công nghệ đó là áp dụng công nghệ thực tại ảo mà cụ thể là sử dụng phần mềm thiết kế đồ hoạ Macromadia Flash 8.0 professional và ngôn ngữ lập trình ActionScript là một dạng ngôn ngữ kịch bản đợc viết trong Macromadia Flash. 3.2.1 - Thùng nhiên liệu: Từ những phân tích về kết cấu và đặc tính kỹ thuật, ta xây dựng lu đồ thuật toán của thùng nhiên liệu nh hình 3.2.(trong đó quy ớc thời gian mô phỏng 1 phút tơng đơng với thời gian thực là 5h) Các dữ liệu ban đầu gồm có: + Lợng nhiên liệu trong thùng Q: Lợng nhiên liệu trong thùng Q quyết định thời gian làm việc của động cơ, nó có giá trị lớn nhất bằng lợng nhiên liệu cực đại mà thùng nhiên liệu trên xe đó có thể chứa đợc Q max . ứng với mỗi loại xe, Q max có một giá trị khác nhau, với xe tăng T-76 thì Q max = 260 lít. [3] Vậy: 0 Q 260 (lít) + Số km tới kỳ bảo dỡng: Cứ sau một quãng đờng xe chạy bằng với một chu kỳ bảo dỡng thì phải tiến hành bảo dỡng xe, nếu không làm bảo dỡng, hệ thống sẽ không làm việc. 58 Hệ thống không làm việc Dữ liệu ban đầu Lượng nhiên liệu Số km tới BD2 Sự cố Các cụm khác Hệ thống làm việc Bổ sung BD BD Khắc phục Khắc phục Số km tới BD1 Q th =v.t.g nl S = v.t Hết Còn Còn Còn Không có Tốt Có sự cố Có Hết Hết Hình 3.2: Lu đồ thuật toán của thùng nhiên liệu Đối với xe tăng T-76, sau 800 km xe chạy thì tiến hành BD1 và sau 1600 km thì tiến hành BD2. Thông thờng, nội dung của BD2 là làm tất cả các nội dung của BD1 và làm thêm các nội dung riêng của BD2. Nh vậy với: S BD1 - số km xe chạy tới kỳ BD1; S BD2 - số km xe chạy tới kỳ BD2, ta có: 0 S BD1 800 ; 0 S BD2 1600 và: S BD2 - 800 nếu 800 < S BD2 1600; 59 S BD1 = S BD2 nếu S BD2 < 800; 0 nếu S BD2 = 800 hoặc S BD2 = 0. + Các sự cố kỹ thuật: Đối với cụm chi tiết thuộc thùng chứa nhiên liệu thì sự cố thông thờng hay xẩy ra đó là hiện tợng nhiên liệu bị tắc, nếu không đợc kiểm tra khắc phục thì động cơ không hoạt động đợc. Nh vậy dữ liệu đợc nhập vào là có hay không có hiện tợng tắc nhiên liệu. Từ các dữ liệu ban đầu và lu đồ thuật toán, ta xây dựng một bảng nhập dữ liệu cho thùng nhiên liệu nh hình 3.3 Hình 3.3: Nhập dữ liệu cho thùng nhiên liệu Sau một thời gian hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ biến đổi nh sau: +Lợng nhiên liệu còn lại trong thùng: Sau một thời gian làm việc t thì động cơ sẽ tiêu hao hết một lợng nhiên liệu: Q th =v.t.g nl trong đó: v - vận tốc trung bình của xe (lấy v = 20km/h); t - thời gian hệ thống làm việc quy ra thời gian thực; g nl - lợng tiêu hao nhiên liệu (lấy g nl = 1,3 lít/km). Nh vậy sau thời gian t, lợng nhiên liệu trong thùng còn lại: Q còn lại = Q - Q th = Q - v.t.g nl Khi Q còn lại = 0 thì thùng chứa hết nhiên liệu, hệ thống không làm việc. + Số km tới kỳ bảo dỡng: 60 Sau thời gian t hệ thống hoạt động, xe chạy đợc quãng đờng S = v.t, vì thế số km tính tới kỳ bảo dỡng của xe cũng sẽ thay đổi: S t BD2 = S BD2 - S = S BD2 - v.t Số km tới BD1 cũng thay đổi và đợc tính theo S t BD2 nh sau: S t BD2 - 800 nếu 800 < S t BD2 1600; S t BD1 = S t BD2 nếu S t BD2 < 800; 0 nếu S t BD2 = 800 hoặc S t BD2 = 0. Khi ít nhất một trong hai giá trị S t BD1 hoặc S t BD2 bằng 0 thì hệ thống không làm việc. 3.2.2 - Bình lọc thô: Từ những phân tích về bình lọc thô nh ở chơng 2, ta xây dựng lu đồ thuật toán của bình lọc thô nh hình 3.4. (trong đó quy ớc thời gian mô phỏng 1 phút t- ơng đơng với thời gian thực là 5h) Dữ liệu đầu vào gồm có: + Số km tới kỳ BD2: 0 S BD2 1600 + Số km tới kỳ BD1: 0 S BD1 800 S BD2 - 800 nếu 800 < S BD2 1600; S BD1 = S BD2 nếu S BD2 < 800; 0 nếu S BD2 = 800 hoặc S BD2 = 0. + Sự cố kỹ thuật thông thờng có thể xẩy: tắc hay không tắc bình lọc. 61 Dữ liệu ban đầu Số km tới BD2 Sự cố Các cụm khác Hệ thống làm việc BD Hệ thống không làm việc BD Khắc phục Khắc phục Số km tới BD1 S = v.t Còn Còn Không có Tốt Có sự cố Có Hết Hết Hình 3.4: Lu đồ thuật toán của bình lọc thô Từ các dữ liệu đầu vào và lu đồ thuật toán, ta xây dựng một bảng nhập dữ liệu cho bình lọc thô nh sau: (hình 3.5) Hình 3.5: Bảng nhập dữ liệu cho bình lọc thô Trong quá trình hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ biến đổi nh sau: S t BD2 = S BD2 - S = S BD2 - v.t S t BD2 - 800 nếu 800 < S t BD2 1600; S t BD1 = S t BD2 nếu S t BD2 < 800; 0 nếu S t BD2 = 800 hoặc S t BD2 = 0. Trong đó: t - thời gian hệ thống làm việc quy ra thời gian thực; v - vận tốc trung của xe (lấy v = 20km/h. 62 [...]... Lu đồ thuật toán của hệ thống mô phỏng 74 Quá trình xử lý tín hiệu của hệ thống nh sau: Các dữ liệu đầu vào của hệ thống đợc lấy từ các bảng nhập dữ liệu của từng cụm trong hệ thống do giáo viên nhập vào, hệ thống sẽ phân tích và xử lý dữ liệu Khi thấy lợng nhiên liệu trong thùng chứa không còn, số km tới kỳ bảo dỡng đã hết hoặc có bất kỳ sự cố kỹ thuật nào trong hệ thống thì hệ thống sẽ không hoạt... thô làm việc Không đáp ứng Đáp ứng Khắc phục ĐK để Bơm thấp áp làm việc Không đáp ứng Đáp ứng Khắc phục ĐK để Van điều áp làm việc Không đáp ứng Đáp ứng Khắc phục ĐK để Bình lọc tinh làm việc Không đáp ứng Đáp ứng Khắc phục ĐK để Bơm cao áp làm việc Không đáp ứng Đáp ứng Khắc phục ĐK để Vòi phun làm việc Không đáp ứng Đáp ứng Khắc phục ĐK để Các đường ống làm việc Không đáp ứng Hệ thống hoạt động Hình... các mục trong tất cả menu ứng với từng cụm chi tiết của hệ thống, ngời giáo viên nhấn vào nút chấp nhận, chơng trình sẽ chạy ra màn hình một hệ thống đã đợc che kín và các nút để điều khiển nh hình 3.22 78 Hình 3.22: Hệ thống mô phỏng để huấn luyện bộ đội Học viên sẽ nhấn vào nút Khởi động để cho hệ thống làm việc hoặc nhấn vào nút Tắt máy, hệ thống sẽ dừng lại Nếu nh hệ thống không có sự cố gì (không... nhập dữ liệu cho các đờng ống 3.3 - Tích hợp hệ thống: Trên cơ sở lý thuyết về nguyên lý cấu tạo, hoạt động và đặc tính kỹ thuật của các từng cụm chi tiết nói riêng và của hệ thống thật nói chung cùng với các cụm mô phỏng nh ta đã thiết kế ở trên, ta xây dựng lu đồ thuật toán cho hệ thống mô phỏng nh hình 3.18 Quy ớc thời gian mô phỏng 1 phút tơng đơng với thời gian thực là 5h Dữ liệu đầu vào cho mỗi... Trong quá trình hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ biến đổi nh sau: StBD1 = SBD1 - S = SBD1 - v.t Trong đó: t - thời gian hệ thống làm việc quy ra thời gian thực; Dữ liệu (lấy v = v - vận tốc trung của xeban đầu 20km/h) Khi ít nhất StBD1 = 0 thì hệ thống không làm việc BD S = v.t Số km tới BD1 Hết Còn Khắc phục Các sự cố Có Không có Khắc phục Các cụm khác Tốt Hệ thống làm việc Có sự cố Hệ thống không... và cho chạy chơng trình, ta nhận thấy hệ thống đáp ứng đợc các mục đích và yêu cầu đặt ra 81 Hớng dẫn sử dụng: *) Cài đặt: - Cài đặt hệ điều hành Windows (tốt nhất là sử dụng Window XP) cho máy tính của lớp học, - Cài đặt phần mềm Macromedia Flash 8.0 Professional, - Cài đặt các phần mềm mô phỏng HT CCNL động cơ diesel đã đợc thiết kế vào máy tính *) Sử dụng hệ thống: Sau khi lên lớp về cấu tạo và... thì hệ thống không làm việc 3.2.3 - Bơm thấp áp: Dữ liệu ban đầu BD S = v.t Số km tới BD2 Hết Còn Khắc phục Sự cố Có Hệ thống không làm việc Không có Khắc phục Các cụm khác Có sự cố Tốt Hệ thống làm việc Hình 3.6: Lu đồ thuật toán của bơm thấp áp Từ các phân tích về bơm thấp áp nh ở chơng 2, ta xây dựng lu đồ thuật toán của bơm thấp áp nh hình 3.6 (trong đó quy ớc thời gian mô phỏng 1 phút tơng đơng với. .. nhiên liệu hết hoặc bất cứ một cụm, một chi tiết nào tới kỳ bảo dỡng, sửa chữa thì hệ thống cũng sẽ dừng lại Khi hệ thống có sự cố thì đòi hỏi ngời học phải tìm kiếm và khắc phục Ngời học sẽ nhấn vào nút Kiểm tra HT thì chơng trình sẽ xuất hiện danh mục 79 tình trạng của hệ thống nh hình 3.23 Trên đó có lần lợt các cụm chi tiết chính của hệ thống, khi kích vào cụm chi tiết nào màn hình sẽ hiện ra tình... S = SBD2 - v.t Trong đó: t - thời gian hệ thống làm việc quy ra thời gian thực; v - vận tốc trung của xe (lấy v = 20km/h) Khi St BD2 = 0 thì hệ thống không làm việc 3.2.4 - Van điều áp: Từ các phân tích về van điều áp nh ở chơng 2, ta xây dựng lu đồ thuật toán của van điều áp nh trên: (hình 3.8) (trong đó quy ớc thời gian mô phỏng 1 phút tơng đơng với thời gian thực là 5h) Dữ liệu đầu vào gồm có: Dữ... giao diện cho học viên nh hình 3.22, + Giáo viên giao nhiệm vụ thực hành cho học viên, 82 + Học viên tiến hành kiểm tra hệ thống, các bớc tiến hành kiểm tra làm giống nh chuẩn bị xuất xe, + Học viên tiến hành khởi động hệ thống bằng cách nhấn vào nút Khởi động, + Khi hệ thống dừng lại hoặc không làm việc, học viên tiến hành kiểm tra hệ thống, khắc phục các sự cố Cách tiến hành kiểm tra nh sau: nhấn
