Phân tích thiết kế hệ thống với ứng dụng công nghệ thực tại ảo

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 độngcơ diesel điển hình nh ở chơng 2, ta nhận thấy hệ thống có các cụm, bộ phậnchính đó là:

nh vít xả khí, bơm tay, đồng hồ nhiên liệu, …

3.1.1 - Mục đích mô phỏng HT CCNL

Mục đích của việc mô phỏng HT CCNL là tạo ra một hệ thống môphỏng nhằm phục vụ việc huấn luyện bộ đội kỹ thuật xe máy trong công táckhai thác sử dụng phơng tiện

Bơmthấp

áp

Bìnhlọctinh

Bơmcao

áp

Vòiphun

Van

điều

áp

- 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 nóichung và từng bộ phận nói riêng của HT CCNL,

- Huấn luyện cho học viên nắm đợc trình tự xử lý những sự cố h hỏngthông thờng của HT CCNL và khắc phục

- Sử dụng một hệ thống động để huấn luyện sẽ tạo cho học viên có sựhứng 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 sửdụng, 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 côngviệc 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 từyêu cầu thực tế ở đơn vị, HT CCNL của động cơ diesel đợc mô phỏng phải thểhiện đợc quá trình làm việc diễn ra trong hệ thống và một số hiện tợng h hỏngthờng 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

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 ờng nhiên liệu thấp áp trong HT CCNL bằng bơm tay, sau đó bơm tay đã đợckhoá lại

đ Trong quá trình hoạt động thì động cơ mô phỏng luôn làm việc ở 1chế 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 lấytheo số liệu của xe tăng ПT-T-76: gnl = 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 dụngtrên xe tăng ПT-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 códấu hiệu nhiên liệu phun ra ở đầu vòi phun)

- Khi đến kỳ bảo dỡng (SBD1= 0 hoặc SBD2 = 0) thì HT CCNL sẽ khônglàm 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 códấu 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 bảodỡng còn (SBD1 > 0 và SBD2 > 0), khi khởi động HT CCNL sẽ làm việc (có dấuhiệu 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 phỏngnhanh gấp 300 lần thời gian thực)

+ Chơng trình thứ hai dùng để huấn luyện cho bộ đội việc kiểm tra hệthống, 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 vềtình 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 cơdiesel, chúng ta ứng dụng công nghệ mô phỏng và thực tại ảo Đó là côngnghệ 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 cóthể 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 môphỏng nh đã nêu ở trên, với sự phát triển của CNTT nh hiện nay có rất nhiềucông cụ có thể đáp ứng đợc Song mỗi công cụ đều có mặt mạnh và mặt yếuriêng 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 hiệnnay Nó có một số u điểm nổi trội nh: hình ảnh hiển thị ra của chơng trình cótính 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 đợcmục đích, yêu cầu của đề tài đặt ra Song, để hiển thị đợc hình ảnh sinh độngthì tơng đối khó, sử dụng công cụ thì khá phức tạp đòi hỏi ngời sử dụng phảitập 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 việcnghiên 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 ợc

+ Macromedia Flash là một phần mềm ứng dụng bao gồm các công cụ

đợc 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 *SWFchứa đựng những gì mà ta đã xây dựng trong Flash, tập tin này có kích thớcnhỏ và tơng thích với nhiều môi trờng, sau đó có thể đợc xem thông qua trìnhthể hiện Flash Player Các công cụ đa dạng trong Flash cho phép ta phát huykhả 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 làActionScript, đây là một ngôn ngữ mạnh và tuân theo chuẩn dựa trênECMAScript và tơng tự nh Javascript và Java

Sử dụng phần mềm Macromedia Flash (với phiên bản mới nhất hiện nayversion 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 quansinh động cao, thể hiện các quá trình diễn ra bên trong hệ thống, hoàn toàn cóthể đáp ứng đợc các mục đích, yêu cầu của đề tài nh đã nêu trên Bên cạnh đóviệc sử dụng Macromedia Flash khá đơn giản nhng hiệu quả nên việc nghiêncứu để khai thác sử dụng công cụ không mất quá nhiều thời gian, phần mềmmô 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 lẫntính thực tiễn

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 phântích về kết cấu và đặc tính kỹ thuật của các cụm chi tiết bộ phận đó, dựa vàocác sự cố thông thờng hay xẩy ra đối với các cụm bộ phận nói riêng và đối vớitoàn bộ hệ thống nói chung mà lực lợng tại chỗ ở đơn vị (đây chính là đối tợngcần huấn luyện) có khả năng khắc phục đợc nh đã đợc ta phân tích kỹ ở chơng2

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 vàngôn ngữ lập trình ActionScript là một dạng ngôn ngữ kịch bản đợc viết trongMacromadia Flash

3.2.1 - Thùng nhiên liệu:

Từ những phân tích về kết cấu và đặc tính kỹ thuật, ta xây dựng lu đồthuật toán của thùng nhiên liệu nh hình 3.2.(trong đó quy ớc thời gian môphỏng 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 Qmax ứng với mỗi loại xe, Qmax có một giá trị khácnhau, với xe tăng T-76 thì Qmax = 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 phảitiến hành bảo dỡng xe, nếu không làm bảo dỡng, hệ thống sẽ không làm việc

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 cácnội dung của BD1 và làm thêm các nội dung riêng của BD2

Nh vậy với: SBD1- số km xe chạy tới kỳ BD1;

SBD2- số km xe chạy tới kỳ BD2,

ta có: 0  SBD1  800 ; 0  SBD2  1600

và: SBD2 - 800 nếu 800 < SBD2  1600;

Hệ thốngkhông làm việc

Dữ liệu ban đầu

Hết

Từ các dữ liệu ban đầu và lu đồ thuật toán, ta xây dựng một bảng nhậpdữ 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:

Qth=v.t.gnltrong đó: v - vận tốc trung bình của xe (lấy v = 20km/h);

t - thời gian hệ thống làm việc quy ra thời gian thực;

gnl - lợng tiêu hao nhiên liệu (lấy gnl= 1,3 lít/km)

Nh vậy sau thời gian t, lợng nhiên liệu trong thùng còn lại:

Qcòn lại = Q - Qth = Q - v.t.gnlKhi Qcòn lại = 0 thì thùng chứa hết nhiên liệu, hệ thống không làm việc

0 nếu St BD2 = 800 hoặc S t BD2 = 0.

Khi ít nhất một trong hai giá trị St 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 đồthuật toán của bình lọc thô nh hình 3.4 (trong đó quy ớc thời gian mô phỏng 1phút tơng đơng với thời gian thực là 5h)

Dữ liệu đầu vào gồm có:

+ Số km tới kỳ BD2: 0  SBD2  1600+ Số km tới kỳ BD1: 0  SBD1  800

SBD2 - 800 nếu 800 < SBD2  1600;

SBD1 = SBD2 nếu SBD2 < 800;

0 nếu SBD2 = 800 hoặc SBD2 = 0.+ Sự cố kỹ thuật thông thờng có thể xẩy: tắc hay không tắc bình lọc

Dữ liệu ban đầu

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 bảngnhập dữ liệu cho bình lọc thô nh sau: (hình 3.5)

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 ít nhất một trong hai giá trị St BD1 hoặc S t BD2 bằng 0 thì hệ thốngkhông làm việc

3.2.3 - Bơm thấp áp:

Hình 3.6: Lu đồ thuật toán của bơm thấp áp

Dữ liệu ban đầu

Từ các phân tích về bơm thấp áp nh ở chơng 2, ta xây dựng lu đồ thuậttoán của bơm thấp áp nh hình 3.6 (trong đó quy ớc thời gian mô phỏng 1 phúttơng đơng với thời gian thực là 5h)

Dữ liệu đầu vào gồm có:

Hình 3.7: Bảng nhập dữ liệu cho bơm thấp áp

Trong quá trình hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ biến đổi nh sau:

St BD2 = SBD2 - 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 1phút tơng đơng với thời gian thực là 5h)

Dữ liệu đầu vào gồm có:

+ Số km tới kỳ BD2: 0  SBD2  1600+ Số km tới kỳ BD1: 0  SBD1  800

SBD2 - 800 nếu 800 < SBD2  1600;

SBD1 = SBD2 nếu SBD2 < 800;

0 nếu SBD2 = 800 hoặc SBD2 = 0.+ Sự cố kỹ thuật thông thờng có thể xẩy: đủ hay không đủ dầuthấp áp cung cấp cho bơm cao áp

Dữ liệu ban đầu

Hết

Hình 3.8: Lu đồ thuật toán của van điều áp

Từ các dữ liệu đầu vào và lu đồ thuật toán, ta xây dựng một bảng nhậpdữ liệu cho van thấp áp nh sau: (hình 3.9)

Hình3.9: Bảng nhập dữ liệu cho van điều áp

Trong quá trình hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ biến đổi nh sau:

St BD2 = SBD2 - S = SBD2 - v.t

Và: St BD2 - 800 nếu 800 < S t BD2  1600;

St BD1 = S t BD2 nếu St BD2 < 800;

0 nếu St 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)

Khi ít nhất một trong hai giá trị St BD1 hoặc S t BD2 bằng 0 thì hệ thốngkhông làm việc

3.2.5 - Bình lọc tinh:

Hình 3.10: Lu đồ thuật toán của bình lọc tinh

Từ những phân tích về bình lọc tinh nh ở chơng 2, ta xây dựng lu đồthuật toán của bình lọc tinh nh hình 3.10 (Trong đó quy ớc thời gian môphỏng 1 phút tơng đơng với thời gian thực là 5h)

Dữ liệu đầu vào gồm có:

Từ các dữ liệu đầu vào và lu đồ thuật toán, ta xây dựng một bảng nhậpdữ liệu cho bình lọc tinh nh sau: (hình 3.11)

Dữ liệu ban đầu

Hết

Hình 3.11: Bảng nhập dữ liệu cho bình lọc tinh

Trong quá trình hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ biến đổi nh sau:

St BD2 = SBD2 - S = SBD2 - v.t

St BD2 - 800 nếu 800 < S t BD2  1600;

St BD1 = S t BD2 nếu St BD2 < 800;

0 nếu St 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)

Khi ít nhất một trong hai giá trị St BD1 hoặc S t BD2 bằng 0 thì hệ thốngkhông làm việc

3.2.6 - Bơm cao áp:

Từ những phân tích về bơm cao áp nh ở chơng 2, ta xây dựng lu đồthuật toán của bơm cao áp nh hình 3.12 (Trong đó quy ớc thời gian mô phỏng

1 phút tơng đơng với thời gian thực là 5h)

Dữ liệu ban đầu

Hình 3.12: Lu đồ thuật toán của bơm cao áp

Dữ liệu đầu vào gồm có:

+ Số km tới kỳ BD2: 0  SBD2  1600

(vì chỉ trong nội dung BD2 mới làm bảo dỡng bơm cao áp, BD1 không làm)+ Sự cố kỹ thuật thông thờng có thể xẩy ra: hỏng hay không hỏng bơmcao áp

Từ các dữ liệu đầu vào và lu đồ thuật toán, ta xây dựng một bảng nhậpdữ liệu cho bơm cao áp nh sau: (hình 3.13)

Hình 3.13: Bảng nhập dữ liệu cho bơm cao áp

Trong quá trình hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ biến đổi nh sau:

St BD2 = SBD2 - S = SBD2 - v.tTrong đó: t - thời gian hệ thống làm việc quy ra thời gian thực;

v - vận tốc trung của xe (lấy v = 20km/h)

Dữ liệu đầu vào gồm có:

+ Số km tới kỳ BD1: 0  SBD1  800+ Các sự cố kỹ thuật thông thờng có thể xẩy ra: có bị nhỏ rọt haykhông; tấm lọc có bị tắc hay không

Từ các dữ liệu đầu vào và lu đồ thuật toán, ta xây dựng một bảng nhậpdữ liệu cho vòi phun nh hình 3.15

Trong quá trình hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ biến đổi nh sau:

St BD1 = SBD1 - S = SBD1 - 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 ít nhất St BD1 = 0 thì hệ thống không làm việc.

Hình 3.14: Lu đồ thuật toán của vòi phun

Hình 3.15: Bảng nhập dữ liệu cho vòi phun

3.2.8 - Các đờng ống dẫn:

Từ những phân tích về đặc tính của các đờng ống dẫn nhiên liệu nh ởchơng 2, ta xây dựng lu đồ thuật toán của đờng ống nh hình 3.16 (Trong đóquy ớc thời gian mô phỏng 1 phút tơng đơng với thời gian thực là 5h)

Đối với các đờng ống dẫn nhiên liệu thì kiểm tra, bảo dỡng là công việcthờng xuyên mỗi khi sử dụng phơng tiện, trớc khi lên xe ngời lái xe phải có

động tác kiểm tra Với mục đích huấn luyện tạo nên thói quen ấy ta đa các

Dữ liệu ban đầu

Dữ liệu ban đầu

Kiểm tra tr ớc khi hoạt động

không hoạt

độngKhắc phục

Ch a kiểm tra