Особенность задачи адаптивного контроля в условиях ГАП заключается в том, что технологическое оборудование со встроенным САУ должно находиться не в стабильной обстановке массового производства с устоявшейся технологией и номенклатурой, а в не детерминированной и постоянно меняющейся обстановке мелкосерийного или даже единичного производства. Поэтому САУ должны обладать способностью автоматически перенастраиваться при переходе ГАП на выпуск новых изделий, а также приспосабливаться к непредсказуемым изменениям производственных условий. Иначе говоря, встроенные САУ должны быть достаточно универсальными, гибкими и адаптивными.

Важно отметить, что программы управления ГАП (в том числе и программы, разработанные с помощью САПР) принципиально не могут предусмотреть всех факторов и особенностей, возникающих в процессе фактического изготовления каждой конкретной детали и непосредственно влияют на качество продукции. К таким факторам и особенностям можно отнести непредсказуемые изменения физико-механических свойств заготовок и инструментов в процессе гибкого производства, колебания припусков, диапазон параметров исполнительных приводов и механизмов и многое другое. Эти скрытые факторы, которые не учитываются в программах управления станками и САУ, могут сильно влиять на точность изготовления деталей и часто приводят к браку. Поэтому для обеспечения заданного качества продукции необходимо, чтобы все технологическое оборудование и САУ, входящие в состав ГАП, обладали способностью адекватно реагировать на текущие изменения параметров и условий производства за счет самонастройки системы управления технологическим оборудованием и САУ. Обычно эта способность реализуется с помощью алгоритмов и программ адаптивного управления и контроля. Благодаря указанным алгоритмам и программам система управления ГАП сохраняет работоспособность и эффективность в широком классе непредсказуемых изменений условий производства, характерных для мелкосерийного многономенклатурного производства.[1]

Оборудование с ЧПУ может быть полностью оптимизировано путем внедрения дополнительных адаптивных систем управления, которые постоянно отслеживают процесс обработки резанием в режиме реального времени. Такая оптимизация машинных систем необходима, если дорогие станки с ЧПУ постоянно работают на полную мощность, и если режущие инструменты должны быть использованы максимально долго, а не подвергаясь в процессе обработки износу, что приводит к простою оборудования. [2]

Одним из наиболее привлекательных особенностей этих систем является то, что они применяют оптимальную подачу в режиме реального времени на основе основных параметров, влияющих на процесс механической обработки для каждого конкретного инструмента и обрабатываемого материала. Эти параметры могут быть введены, если необходимо, из внешних библиотек. Оператор не обязан знать определенный порог нагрузки для каждого инструмента, а внутренняя экспертная система определяет эти границы для себя.

Можно выделить два подхода при разработке систем адаптивного контроля [3]

• Адаптивное управление с оптимизацией

• Адаптивное управление с ограничениями

Адаптивное управление с оптимизацией. При такой форме адаптивного управления задается критерий качества, который служит показателем эффективности всего процесса в целом (например, производительность, затраты на единицу объема удаленного металла). Цель адаптивного управления состоит в оптимизации этого критерия качества путем изменения скоростей резания и (или) подачи в процессе механической обработки. Хотя в этом направлении были разработки, но большой популярности адаптивное управление с оптимизацией не нашло. Основной проблемой было отсутствие датчиков, которые могли измерить необходимые переменные не прекращая обработку резанием.

Адаптивный процессор включает в себя подсистему обработки данных куда поступают данные с датчиков, а также рассчитана подача и число оборотов и набор ограничений. Подсистема производит 2 сигналы: Слой металла снят за 1 проход и скорость износа режущего инструмента.

                                                       MRR=w*a*V                                                              ( 1.1)

Слой металла снят за один проход требуется для расчета ограничений, которые определяются по формуле.

                                       TWR=K1(MRR)+K2Q+K3dT/dt                                          ( 1.2)

Где Q – температура инструмента

dT/dt – скорость изменения крутящего момента

K1,K2,K3 – константы зависящие от инструмента и обрабатываемой детали

MRR и TWR сигналы поступают к компьютеру, который рассчитывает производительность индекса Ф.

                               Ф=MRR/c1+ (c1t1+c2b)(TWR)/W0                                        (1.3)

c1 -стоимость станка и оператора за единицу времени

c2- стоимость инструмента за смену

t1 -время перестановки инструмента

W0 -срок допустимого износа режущего инструмента

Индекс Ф отправляется в процессор оптимизации, который выбирает стратегию, в отношении котороой оптимизация продуктивна.

Адаптивное управление с ограничениями. В производственных системах накладывают ограничения на определенные измеряемые переменные, характеризующие процесс обработки; тем самым устанавливаются границы их изменений. Согласно этому, такие системы носят название систем АК с ограничениями. Цель этих систем состоит в такой коррекции скорости резания или (и) подачи, чтобы значения измеряемых переменных процесса содержались не выше уровня заданных ограничений.

Практически все АК для грубого точения и фрезерования базируются на принципе адаптивного управления с ограничением и редко включают более одного измеряемую переменную. [4, 5]

Наиболее часто используют константы: усилия резания, крутящий момент. [6, 7] Рабочие параметры, как правило, скорость резания V (в миллиметрах в минуту или дюймах в минуту) и скоростью вращения шпинделя N (в оборотах в минуту), ими легко манипулировать с помощью компьютера. Подача s определяется отношением

                                                                    S = V / pN                                                        (1.4)

p – количество зубьев фрезы в фрезерной операции (при точении и сверлении p = 1)

N-количество оборотов в минуту.

V-скорость резания.

Система адаптивного контроля является логическим продолжением ЧПУ-механизма. В механизме с ЧПУ скорость резания и подача предусмотренные частью программы. В отличие от этого адаптивные системы способствуют улучшению скорости производства и снижения стоимости обработки в результате расчета и установления оптимальных параметров в процессе обработки. Этот расчет основан на измерении технологических параметров в режиме реального времени и поддается обработке для того, чтобы оптимизировать производительность системы в целом.

Предметом исследования данной статьи являются информативные параметры фотоплетизмосигнала. В процессе исследования были выбраны физиологические сигналы и сформировано пространство информативных признаков, с помощью которых можно контролировать изменение адаптационных свойств организма человека под воздействием МЛТ.

В результате анализа фотоплетизмографического сигнала установлено, что при извлечении из него информативных признаков целесообразно использовать структурные методы анализа как во временной, так и в частотной областях. Для анализа фотоплетизмосигнала во временной области выбрано кодирование фотоплетизмограммы пятью точками. На основе такого кодирования введен информативный параметр S, определяемый площадью под кривой фотоплетизмограммы.

Введение

Предыдущие исследования показали, что основной проблемой магнитолазерной терапии (МЛТ) является непонимание, каким образом можно перенести результаты исследований контрольных проб за пределами живого организма. Это связано с тем, что обратная связь с контролирующей средой отсутствует [1]. Отсутствие единой теории механизмов действия МЛТ на биообъекты, которая объединяет все известные эффекты, не позволяет осуществлять прогноз относительно наиболее значимых параметров регулирования физиологических параметров живых систем с помощью МЛТ. Это ограничивает развитие методологии МЛТ и применение метода в клинической практике в целом.

На основании проведенного авторами статьи аналитического обзора можно сделать вывод, что контроль изменения адаптационного статуса организма позволяет определить системные реакции на МЛТ, но отсутствие надежных аналитических критериев этих реакций снижает эффективность управления ею [1-4]. Для получения таких критериев может быть использована методика пальцевой фотоплетизмографии [5]. В то же время, современные математические методы и информационные технологии, опираясь на идеологию системного подхода, позволяют решать исследуемые классы задач с достаточной для практики качеством в условиях нечеткого и неполного описания исходных данных и при структуре классов, плохо формализуется.

С учетом сказанного, целью данной работы является повышение эффективности МЛТ с помощью нечеткого управления интенсивностью лазерного излучения на основе анализа динамики структурных и спектральных характеристик фотоплетизмограмы.

Для достижения поставленной цели необходимо разработать способ управления магнитолазерной терапевтическим действием в процессе проведения физиотерапевтической процедуры МЛТ, с помощью которого можно снизить или полностью исключить негативные явления, связанные с МЛТ.

Для реализации способа управления лазерной терапией необходимо выбрать физиологические сигналы и сформировать пространство информативных признаков, с помощью которого можно контролировать изменение адаптационных свойств организма человека под влиянием МЛТ.

 Кодовые точки фотоплетизмограмы

Информативные параметры фотоплетизмограмы группируются по двум признакам:

1. По вертикальной оси исследуются амплитудные характеристики пульсовой волны, соответствующие анакротичному и дикротической периода. Несмотря на то, что эти параметры являются относительными, их изучение в динамике предоставляет ценную информацию о силе сосудистой реакции. В этой группе признаков изучаемых амплитуда анакротичнои и дикротической волны, индекс дикротической волны. Последний показатель имеет абсолютное значение и собственные нормативные показатели.

2. По горизонтальной оси исследуются временные характеристики пульсовой волны, которые предоставляют информацию о продолжительности сердечного цикла, соотношение и продолжительность систолического и диастолического. Эти параметры имеют абсолютные значения и могут сравниваться с существующими нормативными показателями. В этой группе параметров изучаются продолжительность анакротичнои фазы пульсовой волны, продолжительность дикротической фазы пульсовой волны, продолжительность фазы изгнания, продолжительность пульсовой волны, индекс восходящей волны, время наполнения, продолжительность фазы систолы сердечного цикла, продолжительность фазы диастолы сердечного цикла, время отражения пульсовой волны, частота сердечных сокращений [8].

На рис. 1. представлены основные кодирующие точки объемного пульса.

Рис. 1 Основные кодирующие точки объемного пульса

  Точка В1 соответствует началу периода изгнания периода систолы, точка В2 соответствует моменту максимального расширения сосуда в фазу форсированного изгнания, точка В3 отвечает протодиастоличному периода, точка В4 соответствует началу диастолы, точка В5 соответствует началу конца диастолы и указывает на завершение сердечного цикла.

 На рис.1 можно выделить амплитудные параметры фотоплетизмограмы (ось ординат а) и ее временные параметры (ось абсцисс t).

Информативные параметры фотоплетизмограмы

Как показал анализ параметров фотоплетизмограмы, как носители информации могут быть использованы амплитудные, временные и частотные параметры фотоплетизмограмы, поэтому для их исследования необходимо использовать комбинацию амплитудных и временных методов анализа.

В качестве амплитудно-временного параметра фотоплетизмограмы было предложено параметр, описывающий площадь фотоплетизмограмы (т.е. площадь фигуры, заштрихованной на рис.1). Размерность этого параметра определяется следующим образом:

• Измеряется в относительных единицах.

• Размерность: (амплитуда) х (время).

Амплитудно-частотный параметр фотоплетизмограмы вычисляется по формуле:

где ai – величина i-го отсчета фотоплетизмограмы, N – число отсчетов в анализируемой фотоплетизмограмы в интервале [B1t, B5t].

Перед тем, как приступать к анализу фотоплетизмограмы, выберем апертуру ее анализа. Исходя из обзора литературных источников [6,7], можно сделать вывод, что исследовать необходимо волне первого, второго и третьего порядка. Поскольку волны третьего порядка наблюдать весьма проблематично, то ограничимся анализом волн первого и второго порядка. Учитывая, что средняя частота колебаний, которая соответствует волнам второго порядка, составляет 0,2 Гц, ограничимся апертурой наблюдения фотоплетизмограмы 30 с, на которой могут разместиться, в среднем, шесть дыхательных циклов. На рис. 2 показан амплитудный спектр Фурье в окне длиной 30000 отсчетов, а на рис. 3 показан амплитудный спектр Фурье того же сигнала, но в окне длиной 3000 отсчетов.

Представленные рисунки показывают, что увеличение длины окна не имеет существенного влияния на структуру сигнала.

Верность избрания диапазона анализа фотоплетизмограм подтвердить иллюстративно.

Рис. 2. Амплитудный спектр Фурье фрагмента фотоплетизмограмы

(30000 отсчетов, частота дискретизации 100 Гц)

Рис.3. Амплитудный спектр Фурье фрагмента фотоплетизмограмы (3000 отсчетов, частота дискретизации 100 Гц)

  Выводы

В результате анализа фотоплетизмографичного сигнала установлено, что при добыче из него информативных признаков целесообразно использовать структурные методы анализа как во временной, так и в частотной областях.

 Для анализа фотоплетизмосигнала во временной области выбрана кодировка фотоплетизмограмы пятью точками. На основе такого кодирования введен информативный параметр S, который определяется площадью под кривой фотоплетизмограмы.

 На основе статистических исследований фотоплетизмосигналив и их спектров выбрана апертура наблюдения фотоплетизмосигналив и частота их дискретизации.

 Информативные признаки необходимо добывать как с временных параметров, так и из спектральных параметров фотоплетизмосигнала.

Литература:

1. Гаркави, Л.Х. Антистрессорные реакции и активационная терапия [Текст] / Л. X. Гаркави. -М.: Имедис, 1998. 556 с.
2. Гаркави, Л.Х. Адаптационные реакции и резистентность организма [Текст] / Л.Х. Гаркави.- Ростов-на-Дону, 1990. 224 с.
3. Загускин, С.Л. Лазерная и биоуправляемая квантовая терапия [Текст]/ С.Л. Загускин, С.С. Загускина. – М.: «Квантовая медицина», 2005. 220с.
4. Капустина, Г.М. Внутрисосудистое облучение крови, механизмы клинической эффективности, побочные действия, показания и противопоказания [Текст] / Г.М. Капустина, Г.Н. Максюшина, В.В. Малахов // Матер. Междунар. конфер. «Новые направления лазерной медицины». – М., 1996. С. 230-231.
5. Капустина, Г.М. Пути индивидуального подбора доз внутривенной лазерной терапии [Текст] / Г.М. Капустина, Н.И. Сюч, В.Л. Наминов и др. // Совр. возм. лазерн. тер. – Матер. XIV научно-практич. конф. – Великий Новгород, Калуга, 2004. С. 52-62.
6. Мошкевич, B.C. Фотоплетизмография [Текст]/ B.C. Мошкевич. -М.: Медицина, 1970. 154 с.
7. Баевский, P.M. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний [Текст] / P.M. Баевский, А.П. Берсенева. – М.: Медицина, 1997.235 с.
8.  Халед Абдул, Р.С. Способ перехода от категориальных данных к порядковым в экспертных системах медико-биологического назначения [Текст] / Р.С. Халед Абдул, А.Е. Белозеров, С.А. Филист //Системные исследования в науке и образовании: Сборник научных трудов/ Курск.гос.ун-т: МУ». Издательский центр «ЮМЭКС», 2007. С.7-10.