Конспект лекцій з дисципліни
"Комп'ютеризація металургійних процесів"
Тема 1. Загальні Відомості про комп'ютерні системи.
Комп'ютер - як пристрій переробки інформації - використовується в управлінні і дослідженнях металургійних процесів досить широко.
Причому, як правило, під комп'ютером увазі ЕЦОМ (електронні цифрові обчислювальні машини). Хоча в дослідницькій практиці застосовують і АВМ (аналогові обчислювальні машини).
Умовно комп'ютери можна розділити на декілька класів, персональні, міні, мейнфрейми, ін У металургійній практиці найчастіше використовують персональні та мікро-ЕОМ.
Персональні комп'ютери - електронні цифрові обчислювальні машини широкого призначення, за допомогою змінного програмного забезпечення можуть використовуватися для вирішення самих різних завдань.
Мікро-ЕОМ - електронні цифрові обчислювальні машини спеціального призначення.
Мікропроцесори і мікро-ЕОМ
Мікропроцесор являє собою функціонально закінчений пристрій обробки цифрової інформації, кероване зберiгається в пам'ятi і конструктивно виконаний у вигляді однієї або декількох ВІС (великих інтегральних схем). За своїм логічним функцій і структури мікропроцесор близький до процесорів ЕОМ, але відрізняється меншими розмірами, вартістю, енергетичними витратами, більшою надійністю. Оперує найчастіше з коротким словом від 8 до 16 розрядів. Мікропроцесори знаходять в даний час дуже широке поширення як в якості вбудованих обчислювачів в різні прилади та обладнання, так і в якості основи мікро-ЕОМ.
Мікро-ЕОМ представляє собою комплекс пристроїв, виконаних на БІС, що складається з мікропроцесора, запам'ятовуючих пристроїв і засобів зв'язку з периферійними пристроями.
У структурі мікропроцесора можна виділити три основні частини: центральний процесор, постійну пам'ять мікропрограм і блок управління. Центральний процесор має арифметико-логічний пристрій (АЛП), оперативну пам'ять на регістрах, а також функціональні регістри. АЛП виконує команди додавання, віднімання логічного І, АБО, і команди зрушень. Більш складні команди реалізуються за допомогою мікропрограм. Mікропроцессори мають так званий загальний інтерфейс (систему сполучення), що обслуговує як зовнішню оперативну пам'ять, так і периферійні пристрої.
До складу мікро-ЕОМ загального призначення входять постійна (ПЗУ) і оперативна (ОЗУ) пам'ять на БІС, а також зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ВЗУ) на жорстких чи гнучких магнітних дисках і пристрої введення - виведення (УВВ). Наявність ВЗП дозволяє створювати бібліотеки прикладних дослідних (робочих) nporpaмм, а керуючі мікро-ЕОМ, що мають у своєму складі також пристрої зв'язку з об'єктами, відкривають можливості автоматизації управління і експерименту шляхом збору та обробки інформації безпосередньо з об'єкта.
Використання комп'ютерів
Як правило, мікроЕОМ використовують у складі систем управління металургійними процесами (наприклад, система управління завантаженням доменної печі, плавкою в конвертері, ін.)
У сучасних системах автоматичного регулювання та керування використовуються величезні потоки інформації, що характеризують початкове і поточне стану системи і кінцеві результати її роботи. Отримання, перетворення, зберігання і використання інформації для автоматичного регулювання та управління здійснюються за допомогою різних функціональних пристроїв (елементів), з яких у поєднанні з керуючими машинами (КОМ), виконавчими і регулюючими механізмами синтезується АСУ (автоматичні системи управління).
Для використання комп'ютерів у системах управління необхідні аналогово-цифрові перетворювачі (АЦП) і цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП). Це пристрої, які переводять безперервний сигнал, що поступає з пристрою (наприклад, датчика вимірює температуру) в дискретну, цифрову форму, придатну для обробки в ЕОМ.
В основному комп'ютери використовують для управління частиною операцій технологічного процесу. Повне управління здійснюється, як правило в режимі "порадника".
Тема 2. Математичне та Програмне забезпечення розрахунків металургійніх процесів.
Створення алгоритму розрахунку - один з етапів розробки математичної моделі процесу.
Алгоритм - формальне припис, однозначно визначає зміст і послідовність операцій, які переводять сукупність вихідних даних у шуканий результат - рішення задачі.
Як правило алгоритм реалізують у вигляді т.зв. блок-схем.
Приклад блок схеми моделі процесу зневуглецювання сталі в конвертері зображений на рис. 2.1
На наступному етапі розробки складається алгоритм (блок-схема) окремого блоку моделі і т.д., до тих пір поки не буде написаний алгоритм реалізований на якому або мовою програмування ЕЦОМ.
Для реалізації таких розрахунків потрібно знання мов програмування.
Іншим шляхом розрахунків може бути використання готових програм (т.зв. додатків), що дозволяють реалізувати алгоритм розрахунку без знання мов програмування, з використанням мінімальної кількості формальних правил.
\ S
Рис. 2.1 Блок схема моделі процесу зневуглецювання сталі в конвертері
2.1 Електронні таблиці
Один з основних класів таких програм - електронні таблиці (ЕТ).
Найбільш популярні ЕТ - Excel і Lotus.
Додаток Excel входить до складу пакету Microsoft Office.
Інтерфейс програми Excel
Програма надає користувачеві розлінованих в клітинку лист. У клітинки називемие осередками вводять вихідні дані у вигляді чисел, текст та формули, за якими програма практично миттєво робить обчислення. Результати в числовій формі також показуються в осередках, але можуть бути представлені і у вигляді графіків, діаграм.
Елементи формул
Формула, що вводиться у клітинку, може складатися з п'яти типів елементів:
♦ Оператори. Символи, наприклад "+" (додавання) і "*" (множення).
♦ Посилання на клітинки. У цю категорію входять іменовані комірки та діапазони, пов'язані з поточним робочому листу, осередкам іншого листа поточної книги і навіть осередкам листа інший робочої книги.
♦ Значення або рядка. Наприклад, 7,5 або "Результати на кінець року".
♦ Функції та їх аргументи. Сюди відносяться функції, такі як СУМ або СРЗНАЧ і їхні аргументи.
♦ Дужки. Задають порядок виконання дій у формулі.
Введення формул
Коли ви вводите в клітинку знак рівності, програма сприймає наступну за цим знаком запис як формулу (формули в Ехсе! Завжди починаються зі знака рівності). На початку формули припустимо також використання знаків "плюс" і "мінус". Однак Ехсе1 автоматично замінить будь-який з них на знак рівності, як тільки ви закінчите вводити формулу. Ввести формулу в клітинку можна двома способами: вручну або вказавши посилання на клітинки. Обидва методи описані нижче.
Ручне введення формул
Ручне введення формул означає, що ви просто активізуєте клітинку і вводьте в ній знак рівності (=), а за ним - саму формулу. Введені вами символи одночасно з'являються в комірці і в рядку формул. При введенні формул ви, звичайно ж, можете використовувати клавіші, призначені для редагування. Закінчивши вводити формулу, натисніть <Enter>.
Після того як ви натиснете <Enter>, у клітинці буде відображено результат виконання формули. Сама ж формула буде з'являтися в рядку формул, коли відповідна осередок буде активна.
Введення формул з зазначенням посилань на клітинки
Цей спосіб також передбачає ручне введення деяких елементів. Ви можете вказати посилання на клітинки, замість того щоб задавати їх вручну. Наприклад, щоб ввести формулу = А1 + А2 у клітинці А3, необхідно виконати наступне:
1. Виділіть клітинку А3.
2. Введіть знак рівності (=).
3. Двічі натисніть на клавішу зі стрілкою вгору. Натиснувши на цю клавішу, ви помітите навколо осередку рамку. Посилання на клітинку (А1) з'явиться в комірці АЗ і в рядку формул.
Якщо ви віддаєте перевагу використовувати мишу, наведіть вказівник на клітинку А1 і клацніть мишею.
4. Введіть знак плюс (+). Рухома рамка зникне.
5. Ще раз натисніть клавішу зі стрілкою вгору. До формули додасться А2.
Якщо ви віддаєте перевагу використовувати мишу, наведіть вказівник на клітинку А2 і клацніть кнопкою миші.
6. Закінчивши введення формули, натисніть <Enter>.
Застосування операторів у формулах
Як вже говорилося, оператор - один з основних елементів формули. Оператор - це символ, що позначає операцію. Ехсе1 підтримує наступні оператори:
+ Додавання
- Віднімання
/ Розподіл
* Множення
% Відсоток
& Об'єднання послідовностей символів в один рядок
^ Піднесення до степеня
= Логічне порівняння (так само)
> Логічне порівняння (більше)
<Логічне порівняння (менше)
> = Логічне порівняння (більше або дорівнює)
<= Логічне порівняння (менше або дорівнює)
<> Логічне порівняння (не дорівнює)
Ви, звичайно ж, можете застосовувати будь-яку кількість операторів. При використанні безлічі операторів формули можуть вийти досить складними.
Функція
Функція - вбудований інструмент програми Excel, що використовується у формулі. Фактично це формула створена програмістами. У звичайної функції (наприклад, СУММ) присутній один і більше аргументів. Функція повертає результат. Функція SUM, наприклад, приймає аргумент діапазону, а потім повертає суму значень цього діапазону. Функції вам у нагоді, оскільки вони:
♦ Спрощують формули
♦ Дозволяють робити обчислення, які неможливо здійснити без них
♦ Прискорюють виконання деяких завдань редагування
♦ Дозволяють визначати умови для виконання формул, що дає останнім елементарну здатність до прийняття рішень.
Приклад спрощення формули
Використання вбудованих функцій дозволяє істотно спростити формулу. Наприклад вам потрібно обчислити середнє арифметичне значень десяти осередків (А1: А10). Без застосування функцій вам доведеться створити приблизно таку формулу:
= (А1 + А2 + АЗ + А4 + А5 + А6 + А7 + А8 + А9 + А10) / 10
Громіздко, чи не так? Більш того, якщо надалі діапазон сумовних значень буде збільшений, вам доведеться редагувати цю формулу. Таку формулу можна замінити більш простий, в якій буде використана одна з вбудованих функцій робочого листа Excel. У наведеній нижче формулі використовується функція СРЗНАЧ:
= СРЗНАЧ (А1: А10)
Категорії функцій
Фінансові функції
Фінансові функції дозволяють виробляти економічні обчислення, пов'язані з розрахунком грошових коштів. Функція ПРОЦПЛАТ, наприклад, використовується для обчислення величини щомісячної виплати за позикою на придбання автомобіля. Для обчислення необхідно поставити такі аргументи: розмір позики, процентну ставку по позиці та термін, на який позика надана.
Функції дати й часу
Функції цієї категорії дозволяють аналізувати та працювати зі значеннями дати і часу у формулах. Наприклад, функція СЬОГОДНІ повертає поточну дату (яка вказана на системному годиннику).
Математичні функції
У цю категорію входять різноманітні функції, які виконують математичні та триг нометричній обчислення.
У всіх тригонометричних функціях кути вимірюються в радіанах (а не в градусах). Для того щоб перетворити градуси на радіани, використовуйте функцію радіан.
Статистичні функції
Функції цієї категорії призначені для проведення статистичного аналізу діапазонів значень. За допомогою статистичних функцій можна обчислити найменше значення набору, значення моди безлічі даних, стандартне відхилення по вибірці або дисперсію.
Деякі функції цієї категорії вимагають установки надбудови "Пакет аналізу".
Функції посилань і масивів
Функції цієї категорії використовуються для знаходження значень в списках або таблицях. Найпоширеніший приклад - пошук значення в таблиці податків. Функція ПОІСКПОЗ може використовуватися для визначення податкової ставки для конкретного рівня доходу.
Функції роботи з базами даних
Функції цієї категорії застосовуються для обчислення суми даних списку (також відомого як база даних робочого аркуша), який задовольняє певним умовам. Припустимо, у вас є список, що містить інформацію про місячний обсязі продажів. Функцію БСЧЕТ можна використовувати для підрахунку записів про обсяг продажів у північному регіоні, значення яких перевищує 10 000.
Текстові функції
Текстові функції дозволяють маніпулювати текстовими рядками в формулах. Функція ПСТР, наприклад, повертає задане число знаків з рядка тексту, починаючи із зазначеної позиції. Інші функції дозволяють змінити регістр рядки тексту (наприклад, перетворити символи нижнього регістра в символи верхнього регістру).
Логічні функції
Ця категорія складається всього з шести функцій. Ці функції дозволяють перевірити умову (для логічних TRUE або FALSE). Функція IF також може бути корисна, оскільки вона надає формулами здатність до прийняття рішень.
Інформаційні функції
Функції цієї категорії допомагають визначити тип даних, що зберігаються в комірці. Наприклад, функція ЕТЕКСТ повертає TRUE, якщо значення є текстом. За допомогою функції ЕПУСТО можна визначити, порожня чи осередок. Функція ОСЕРЕДОК повертає корисну інформацію про конкретну осередку.
Представлення даних на діаграмах
Excel підтримує більше 100 різних типів діаграм, і майже всі елементи і параметри діаграм задаються користувачем.
Діаграми використовуються головним чином для наочного подання таблиць даних. Відображення даних за допомогою добре побудованої діаграми може зробити їх більш зрозумілими. Так як діаграми представляють собою малюнок, їх використання особливо корисно для розуміння призначення великих послідовностей даних, а також взаємозв'язку різних значень. Побудова діаграм може допомогти в знаходженні тенденцій та аналізу закономірностей, які не можна виявити при звичайному вивченні масивів даних.
Діаграми будуються на основі даних, що знаходяться на робочому аркуші. Вони вводяться безпосередньо, або виходять у результаті обчислення формул. Звичайно використовувані для побудови діаграм дані знаходяться на одному аркуші, однак це не є строгим правилом. Діаграма може використовувати дані будь-якої кількості робочих листів або навіть різних робочих книг.
2.2Другіе програми для проведення розрахунків.
Програми MathCad, MatLab, Mathematica і ін спеціалізовані для виконання складних математичних розрахунків, реалізації моделей складних систем, що описуються диференціальними рівняннями та ін
Існують спеціалізовані програми для виконання статистичних розрахунків і досліджень: Statistica, SPSS, ін Використання таких програм вимагає достатніх знань в галузі математичної статистики і мінімальних - в комп'ютерах.
Тема 3. Комп'ютерна Графіка. Ідентіфікація металургійніх процесів.
Технічний малюнок, ескіз, діаграми і графіки найкраще будувати також у спеціалізованих програмах: Microsoft Visio, Concept Draw і ін
Проектування вузлів і машин виконують у програмі AutoCad.
Всі програми для роботи з комп'ютерною графікою умовно ділять на 2 класи: векторні і растрові.
Векторні програми створюють і запам'ятовують зображення використовуючи векторну запис інформації (у вигляді рівнянь описують лінії). Гідність векторних програм - можливість легко масштабувати зображення (довільно змінювати їх розміри), невеликий обсяг інформації для зберігання зображень.
Растрові програми запам'ятовують зображення у вигляді сукупності точок пофарбованих у різні кольори. Вони краще, ніж векторні передають колірні відтінки, однак з великими труднощами та похибками дозволяють змінити масштаб зображення. Для зберігання растрових зображень доводиться зберігати в кілька разів більше інформації, ніж для векторних.
Для технічної графіки в основному використовують векторні програми.
3.1 Програма Visio 2000.
Visio 2000 - потужний графічний редактор, призначений для швидкого та ефективного створення графічних зображень будь-якої складності. За допомогою вбудованих шаблонів, трафаретів і стандартних модулів можна створювати як найпростіші слайди, або схеми, так і дуже складні креслення або організаційні діаграми.
Додаток Visio 2000 є не зовсім традиційним графічним редактором: з одного, боку, воно має багаті можливості для побудови складних креслень і графічних зображень, а з іншого - має безліч корисних і зручних надбудов, які забезпечують, наприклад, доступ до організаційних діаграм або побудова звичайних і тривимірних графіків. Все це в поєднанні-з зручним інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом і простотою в освоєнні робить Visio 2000 незамінним помічником студентів, інженерів, ділових людей - тобто всіх тих, кому при мінімальних витратах на навчання необхідно отримати максимальний підсумковий результат.
Крім традиційних для графічних редакторів інструментів (олівець, лінія, ластик і ін), в програмі широко використовуються трафарети.
Трафарети - це спеціальні панелі, що містять різні майстри, графічні і допоміжне елементи, які можна вставляти в лист малюнка. Для розміщення трафаретів в головному вікні виділяється спеціальне вікно трафарету Stencil window, яке розташовується лівіше вікна редагування.
Графічний редактор Visio 2000 надає можливість для швидкої побудови фігур різного ступеня складності, ділових схем, діаграм, графіків і т. д. Після освоєння інтуїтивно зрозумілого інтерфейсу створення користувальницьких зображень будь-якої складності перетвориться на нескладну гру, схожу на кубики. Схожість Visio з цією грою полягає у використанні вже готових фігур, які розбиті по тематичним трафаретами. Таким чином, вашим головним завданням буде вибір необхідного трафарету і майстри потрібної фігури в ньому. Завдяки наочності трафаретів і активній системі підказок, якої забезпечені всі фігури, створення будь-якого зображення не складе труднощів. Весь основний інструментарій, який розташований на панелях інструментів Standard і Format, простий в обігу і за своїми функціями дуже схожий на подібні інструменти в інших додатках Windows, наприклад Microsoft Office. Більш спеціальні команди, включені в інші панелі інструментів, дозволяють спростити роботу зі специфічними інструментами.
Що надалі будемо називати терміном "фігура"? У Visio це поняття досить розпливчасто - під ним мається на увазі будь-який геометричний об'єкт, який може бути виділений одним клацанням лівої кнопки миші. Це може бути елементарна фігура - лінія, дуга, сплайн (кілька об'єднаних дуг), або складна замкнута фігура, що складається з будь-якого числа послідовно з'єднаних простих едементрв. Особливим випадком є постать, що виходить в результаті группіровкн декількох окремих фігур.
Залежно від складності, фігури відрізняються своїми властивостями. Наприклад, тільки замкнуту фігуру можна зафарбувати, а у розімкнутих фігур можуть бути змінені закінчення. ,
У Visio розрізняється три типи фігур: одномірні (1-D shapes), двовимірні (2-D shapes), і псевдотривимірного. (3-D shapes).
Тривимірні фігури виходять в резул'тате додавання тіні до звичайних двовимірним постатям, при цьому явне подання третьої координати у Visio відсутня - все це дозволяє говорити про псевдотривимірного.
Головна ознака фігури - це наявність маркерів при її виділенні. Основними є маркери виділення (selection handle). Кожна двовимірна фігура має вісім маркерів виділення, які утворюють прямокутник, що обмежує фігуру, Надалі, використовуючи термін «маркер», ми будемо мати на увазі маркер виділення. Крім візуального обмеження, маркери грають важливу роль у зміні розмірів фігури. Разом з маркерами виділення в деяких складних фігурах можуть використовуватися маркери контролю (control handle), які призначені для зміни внутрішніх, розмірів фігури.
3.2 Ідентифікація
Ідентифікацію можна визначити як оцінювання параметрів систем. Оскільки металургійні системи відносяться до складних систем з великою кількістю вхідних і вихідних параметрів, проблема їх ідентифікації зазвичай замінюється проблемою ідентифікації параметрів їх математичних моделей.
Можна умовно розділити методи ідентифікації на активні і пасивні.
Пасивні передбачають оцінку параметрів шляхом статистичної обробки інформації, отриманої при спостереженні за функціонуванням системи. Використовують методи математичної статистики, теорії систем управління, ін Найчастіше, виходячи з деякого обсягу попередніх відомостей про досліджувану систему, задають функцію, що зв'язує досліджувані параметри. За допомогою статистичних процедур обробляють наявні дані і оцінюють числові коефіцієнти в рівнянні. До переваг такого методу можна віднести порівняльну простоту обробки інформації. Недолік - отримані рівняння не є функціональними, тобто відображають не реальні фізичні зв'язки між параметрами, а тільки статистичні.
Активні передбачають отримання необхідної інформації шляхом спланованого впливу на систему і спостереження за її поведінкою на такий вплив.
Планування експериментів здійснюють за допомогою відповідних методик, досить добре розроблених в математичній статистиці.
Переваги методів - максимальну кількість інформації, яку можна отримати від постановки експериментів. Найкраще такі методи застосовувати при вирішенні завдань пошуку екстремумів.
"Комп'ютеризація металургійних процесів"
Тема 1. Загальні Відомості про комп'ютерні системи.
Комп'ютер - як пристрій переробки інформації - використовується в управлінні і дослідженнях металургійних процесів досить широко.
Причому, як правило, під комп'ютером увазі ЕЦОМ (електронні цифрові обчислювальні машини). Хоча в дослідницькій практиці застосовують і АВМ (аналогові обчислювальні машини).
Умовно комп'ютери можна розділити на декілька класів, персональні, міні, мейнфрейми, ін У металургійній практиці найчастіше використовують персональні та мікро-ЕОМ.
Персональні комп'ютери - електронні цифрові обчислювальні машини широкого призначення, за допомогою змінного програмного забезпечення можуть використовуватися для вирішення самих різних завдань.
Мікро-ЕОМ - електронні цифрові обчислювальні машини спеціального призначення.
Мікропроцесори і мікро-ЕОМ
Мікропроцесор являє собою функціонально закінчений пристрій обробки цифрової інформації, кероване зберiгається в пам'ятi і конструктивно виконаний у вигляді однієї або декількох ВІС (великих інтегральних схем). За своїм логічним функцій і структури мікропроцесор близький до процесорів ЕОМ, але відрізняється меншими розмірами, вартістю, енергетичними витратами, більшою надійністю. Оперує найчастіше з коротким словом від 8 до 16 розрядів. Мікропроцесори знаходять в даний час дуже широке поширення як в якості вбудованих обчислювачів в різні прилади та обладнання, так і в якості основи мікро-ЕОМ.
Мікро-ЕОМ представляє собою комплекс пристроїв, виконаних на БІС, що складається з мікропроцесора, запам'ятовуючих пристроїв і засобів зв'язку з периферійними пристроями.
У структурі мікропроцесора можна виділити три основні частини: центральний процесор, постійну пам'ять мікропрограм і блок управління. Центральний процесор має арифметико-логічний пристрій (АЛП), оперативну пам'ять на регістрах, а також функціональні регістри. АЛП виконує команди додавання, віднімання логічного І, АБО, і команди зрушень. Більш складні команди реалізуються за допомогою мікропрограм. Mікропроцессори мають так званий загальний інтерфейс (систему сполучення), що обслуговує як зовнішню оперативну пам'ять, так і периферійні пристрої.
До складу мікро-ЕОМ загального призначення входять постійна (ПЗУ) і оперативна (ОЗУ) пам'ять на БІС, а також зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ВЗУ) на жорстких чи гнучких магнітних дисках і пристрої введення - виведення (УВВ). Наявність ВЗП дозволяє створювати бібліотеки прикладних дослідних (робочих) nporpaмм, а керуючі мікро-ЕОМ, що мають у своєму складі також пристрої зв'язку з об'єктами, відкривають можливості автоматизації управління і експерименту шляхом збору та обробки інформації безпосередньо з об'єкта.
Використання комп'ютерів
Як правило, мікроЕОМ використовують у складі систем управління металургійними процесами (наприклад, система управління завантаженням доменної печі, плавкою в конвертері, ін.)
У сучасних системах автоматичного регулювання та керування використовуються величезні потоки інформації, що характеризують початкове і поточне стану системи і кінцеві результати її роботи. Отримання, перетворення, зберігання і використання інформації для автоматичного регулювання та управління здійснюються за допомогою різних функціональних пристроїв (елементів), з яких у поєднанні з керуючими машинами (КОМ), виконавчими і регулюючими механізмами синтезується АСУ (автоматичні системи управління).
Для використання комп'ютерів у системах управління необхідні аналогово-цифрові перетворювачі (АЦП) і цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП). Це пристрої, які переводять безперервний сигнал, що поступає з пристрою (наприклад, датчика вимірює температуру) в дискретну, цифрову форму, придатну для обробки в ЕОМ.
В основному комп'ютери використовують для управління частиною операцій технологічного процесу. Повне управління здійснюється, як правило в режимі "порадника".
Тема 2. Математичне та Програмне забезпечення розрахунків металургійніх процесів.
Створення алгоритму розрахунку - один з етапів розробки математичної моделі процесу.
Алгоритм - формальне припис, однозначно визначає зміст і послідовність операцій, які переводять сукупність вихідних даних у шуканий результат - рішення задачі.
Як правило алгоритм реалізують у вигляді т.зв. блок-схем.
Приклад блок схеми моделі процесу зневуглецювання сталі в конвертері зображений на рис. 2.1
На наступному етапі розробки складається алгоритм (блок-схема) окремого блоку моделі і т.д., до тих пір поки не буде написаний алгоритм реалізований на якому або мовою програмування ЕЦОМ.
Для реалізації таких розрахунків потрібно знання мов програмування.
Іншим шляхом розрахунків може бути використання готових програм (т.зв. додатків), що дозволяють реалізувати алгоритм розрахунку без знання мов програмування, з використанням мінімальної кількості формальних правил.
Рис. 2.1 Блок схема моделі процесу зневуглецювання сталі в конвертері
2.1 Електронні таблиці
Один з основних класів таких програм - електронні таблиці (ЕТ).
Найбільш популярні ЕТ - Excel і Lotus.
Додаток Excel входить до складу пакету Microsoft Office.
Інтерфейс програми Excel
Програма надає користувачеві розлінованих в клітинку лист. У клітинки називемие осередками вводять вихідні дані у вигляді чисел, текст та формули, за якими програма практично миттєво робить обчислення. Результати в числовій формі також показуються в осередках, але можуть бути представлені і у вигляді графіків, діаграм.
Елементи формул
Формула, що вводиться у клітинку, може складатися з п'яти типів елементів:
♦ Оператори. Символи, наприклад "+" (додавання) і "*" (множення).
♦ Посилання на клітинки. У цю категорію входять іменовані комірки та діапазони, пов'язані з поточним робочому листу, осередкам іншого листа поточної книги і навіть осередкам листа інший робочої книги.
♦ Значення або рядка. Наприклад, 7,5 або "Результати на кінець року".
♦ Функції та їх аргументи. Сюди відносяться функції, такі як СУМ або СРЗНАЧ і їхні аргументи.
♦ Дужки. Задають порядок виконання дій у формулі.
Введення формул
Коли ви вводите в клітинку знак рівності, програма сприймає наступну за цим знаком запис як формулу (формули в Ехсе! Завжди починаються зі знака рівності). На початку формули припустимо також використання знаків "плюс" і "мінус". Однак Ехсе1 автоматично замінить будь-який з них на знак рівності, як тільки ви закінчите вводити формулу. Ввести формулу в клітинку можна двома способами: вручну або вказавши посилання на клітинки. Обидва методи описані нижче.
Ручне введення формул
Ручне введення формул означає, що ви просто активізуєте клітинку і вводьте в ній знак рівності (=), а за ним - саму формулу. Введені вами символи одночасно з'являються в комірці і в рядку формул. При введенні формул ви, звичайно ж, можете використовувати клавіші, призначені для редагування. Закінчивши вводити формулу, натисніть <Enter>.
Після того як ви натиснете <Enter>, у клітинці буде відображено результат виконання формули. Сама ж формула буде з'являтися в рядку формул, коли відповідна осередок буде активна.
Введення формул з зазначенням посилань на клітинки
Цей спосіб також передбачає ручне введення деяких елементів. Ви можете вказати посилання на клітинки, замість того щоб задавати їх вручну. Наприклад, щоб ввести формулу = А1 + А2 у клітинці А3, необхідно виконати наступне:
1. Виділіть клітинку А3.
2. Введіть знак рівності (=).
3. Двічі натисніть на клавішу зі стрілкою вгору. Натиснувши на цю клавішу, ви помітите навколо осередку рамку. Посилання на клітинку (А1) з'явиться в комірці АЗ і в рядку формул.
Якщо ви віддаєте перевагу використовувати мишу, наведіть вказівник на клітинку А1 і клацніть мишею.
4. Введіть знак плюс (+). Рухома рамка зникне.
5. Ще раз натисніть клавішу зі стрілкою вгору. До формули додасться А2.
Якщо ви віддаєте перевагу використовувати мишу, наведіть вказівник на клітинку А2 і клацніть кнопкою миші.
6. Закінчивши введення формули, натисніть <Enter>.
Застосування операторів у формулах
Як вже говорилося, оператор - один з основних елементів формули. Оператор - це символ, що позначає операцію. Ехсе1 підтримує наступні оператори:
+ Додавання
- Віднімання
/ Розподіл
* Множення
% Відсоток
& Об'єднання послідовностей символів в один рядок
^ Піднесення до степеня
= Логічне порівняння (так само)
> Логічне порівняння (більше)
<Логічне порівняння (менше)
> = Логічне порівняння (більше або дорівнює)
<= Логічне порівняння (менше або дорівнює)
<> Логічне порівняння (не дорівнює)
Ви, звичайно ж, можете застосовувати будь-яку кількість операторів. При використанні безлічі операторів формули можуть вийти досить складними.
Функція
Функція - вбудований інструмент програми Excel, що використовується у формулі. Фактично це формула створена програмістами. У звичайної функції (наприклад, СУММ) присутній один і більше аргументів. Функція повертає результат. Функція SUM, наприклад, приймає аргумент діапазону, а потім повертає суму значень цього діапазону. Функції вам у нагоді, оскільки вони:
♦ Спрощують формули
♦ Дозволяють робити обчислення, які неможливо здійснити без них
♦ Прискорюють виконання деяких завдань редагування
♦ Дозволяють визначати умови для виконання формул, що дає останнім елементарну здатність до прийняття рішень.
Приклад спрощення формули
Використання вбудованих функцій дозволяє істотно спростити формулу. Наприклад вам потрібно обчислити середнє арифметичне значень десяти осередків (А1: А10). Без застосування функцій вам доведеться створити приблизно таку формулу:
= (А1 + А2 + АЗ + А4 + А5 + А6 + А7 + А8 + А9 + А10) / 10
Громіздко, чи не так? Більш того, якщо надалі діапазон сумовних значень буде збільшений, вам доведеться редагувати цю формулу. Таку формулу можна замінити більш простий, в якій буде використана одна з вбудованих функцій робочого листа Excel. У наведеній нижче формулі використовується функція СРЗНАЧ:
= СРЗНАЧ (А1: А10)
Категорії функцій
Фінансові функції
Фінансові функції дозволяють виробляти економічні обчислення, пов'язані з розрахунком грошових коштів. Функція ПРОЦПЛАТ, наприклад, використовується для обчислення величини щомісячної виплати за позикою на придбання автомобіля. Для обчислення необхідно поставити такі аргументи: розмір позики, процентну ставку по позиці та термін, на який позика надана.
Функції дати й часу
Функції цієї категорії дозволяють аналізувати та працювати зі значеннями дати і часу у формулах. Наприклад, функція СЬОГОДНІ повертає поточну дату (яка вказана на системному годиннику).
Математичні функції
У цю категорію входять різноманітні функції, які виконують математичні та триг нометричній обчислення.
У всіх тригонометричних функціях кути вимірюються в радіанах (а не в градусах). Для того щоб перетворити градуси на радіани, використовуйте функцію радіан.
Статистичні функції
Функції цієї категорії призначені для проведення статистичного аналізу діапазонів значень. За допомогою статистичних функцій можна обчислити найменше значення набору, значення моди безлічі даних, стандартне відхилення по вибірці або дисперсію.
Деякі функції цієї категорії вимагають установки надбудови "Пакет аналізу".
Функції посилань і масивів
Функції цієї категорії використовуються для знаходження значень в списках або таблицях. Найпоширеніший приклад - пошук значення в таблиці податків. Функція ПОІСКПОЗ може використовуватися для визначення податкової ставки для конкретного рівня доходу.
Функції роботи з базами даних
Функції цієї категорії застосовуються для обчислення суми даних списку (також відомого як база даних робочого аркуша), який задовольняє певним умовам. Припустимо, у вас є список, що містить інформацію про місячний обсязі продажів. Функцію БСЧЕТ можна використовувати для підрахунку записів про обсяг продажів у північному регіоні, значення яких перевищує 10 000.
Текстові функції
Текстові функції дозволяють маніпулювати текстовими рядками в формулах. Функція ПСТР, наприклад, повертає задане число знаків з рядка тексту, починаючи із зазначеної позиції. Інші функції дозволяють змінити регістр рядки тексту (наприклад, перетворити символи нижнього регістра в символи верхнього регістру).
Логічні функції
Ця категорія складається всього з шести функцій. Ці функції дозволяють перевірити умову (для логічних TRUE або FALSE). Функція IF також може бути корисна, оскільки вона надає формулами здатність до прийняття рішень.
Інформаційні функції
Функції цієї категорії допомагають визначити тип даних, що зберігаються в комірці. Наприклад, функція ЕТЕКСТ повертає TRUE, якщо значення є текстом. За допомогою функції ЕПУСТО можна визначити, порожня чи осередок. Функція ОСЕРЕДОК повертає корисну інформацію про конкретну осередку.
Представлення даних на діаграмах
Excel підтримує більше 100 різних типів діаграм, і майже всі елементи і параметри діаграм задаються користувачем.
Діаграми використовуються головним чином для наочного подання таблиць даних. Відображення даних за допомогою добре побудованої діаграми може зробити їх більш зрозумілими. Так як діаграми представляють собою малюнок, їх використання особливо корисно для розуміння призначення великих послідовностей даних, а також взаємозв'язку різних значень. Побудова діаграм може допомогти в знаходженні тенденцій та аналізу закономірностей, які не можна виявити при звичайному вивченні масивів даних.
Діаграми будуються на основі даних, що знаходяться на робочому аркуші. Вони вводяться безпосередньо, або виходять у результаті обчислення формул. Звичайно використовувані для побудови діаграм дані знаходяться на одному аркуші, однак це не є строгим правилом. Діаграма може використовувати дані будь-якої кількості робочих листів або навіть різних робочих книг.
2.2Другіе програми для проведення розрахунків.
Програми MathCad, MatLab, Mathematica і ін спеціалізовані для виконання складних математичних розрахунків, реалізації моделей складних систем, що описуються диференціальними рівняннями та ін
Існують спеціалізовані програми для виконання статистичних розрахунків і досліджень: Statistica, SPSS, ін Використання таких програм вимагає достатніх знань в галузі математичної статистики і мінімальних - в комп'ютерах.
Тема 3. Комп'ютерна Графіка. Ідентіфікація металургійніх процесів.
Технічний малюнок, ескіз, діаграми і графіки найкраще будувати також у спеціалізованих програмах: Microsoft Visio, Concept Draw і ін
Проектування вузлів і машин виконують у програмі AutoCad.
Всі програми для роботи з комп'ютерною графікою умовно ділять на 2 класи: векторні і растрові.
Векторні програми створюють і запам'ятовують зображення використовуючи векторну запис інформації (у вигляді рівнянь описують лінії). Гідність векторних програм - можливість легко масштабувати зображення (довільно змінювати їх розміри), невеликий обсяг інформації для зберігання зображень.
Растрові програми запам'ятовують зображення у вигляді сукупності точок пофарбованих у різні кольори. Вони краще, ніж векторні передають колірні відтінки, однак з великими труднощами та похибками дозволяють змінити масштаб зображення. Для зберігання растрових зображень доводиться зберігати в кілька разів більше інформації, ніж для векторних.
Для технічної графіки в основному використовують векторні програми.
3.1 Програма Visio 2000.
Visio 2000 - потужний графічний редактор, призначений для швидкого та ефективного створення графічних зображень будь-якої складності. За допомогою вбудованих шаблонів, трафаретів і стандартних модулів можна створювати як найпростіші слайди, або схеми, так і дуже складні креслення або організаційні діаграми.
Додаток Visio 2000 є не зовсім традиційним графічним редактором: з одного, боку, воно має багаті можливості для побудови складних креслень і графічних зображень, а з іншого - має безліч корисних і зручних надбудов, які забезпечують, наприклад, доступ до організаційних діаграм або побудова звичайних і тривимірних графіків. Все це в поєднанні-з зручним інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом і простотою в освоєнні робить Visio 2000 незамінним помічником студентів, інженерів, ділових людей - тобто всіх тих, кому при мінімальних витратах на навчання необхідно отримати максимальний підсумковий результат.
Крім традиційних для графічних редакторів інструментів (олівець, лінія, ластик і ін), в програмі широко використовуються трафарети.
Трафарети - це спеціальні панелі, що містять різні майстри, графічні і допоміжне елементи, які можна вставляти в лист малюнка. Для розміщення трафаретів в головному вікні виділяється спеціальне вікно трафарету Stencil window, яке розташовується лівіше вікна редагування.
Графічний редактор Visio 2000 надає можливість для швидкої побудови фігур різного ступеня складності, ділових схем, діаграм, графіків і т. д. Після освоєння інтуїтивно зрозумілого інтерфейсу створення користувальницьких зображень будь-якої складності перетвориться на нескладну гру, схожу на кубики. Схожість Visio з цією грою полягає у використанні вже готових фігур, які розбиті по тематичним трафаретами. Таким чином, вашим головним завданням буде вибір необхідного трафарету і майстри потрібної фігури в ньому. Завдяки наочності трафаретів і активній системі підказок, якої забезпечені всі фігури, створення будь-якого зображення не складе труднощів. Весь основний інструментарій, який розташований на панелях інструментів Standard і Format, простий в обігу і за своїми функціями дуже схожий на подібні інструменти в інших додатках Windows, наприклад Microsoft Office. Більш спеціальні команди, включені в інші панелі інструментів, дозволяють спростити роботу зі специфічними інструментами.
Що надалі будемо називати терміном "фігура"? У Visio це поняття досить розпливчасто - під ним мається на увазі будь-який геометричний об'єкт, який може бути виділений одним клацанням лівої кнопки миші. Це може бути елементарна фігура - лінія, дуга, сплайн (кілька об'єднаних дуг), або складна замкнута фігура, що складається з будь-якого числа послідовно з'єднаних простих едементрв. Особливим випадком є постать, що виходить в результаті группіровкн декількох окремих фігур.
Залежно від складності, фігури відрізняються своїми властивостями. Наприклад, тільки замкнуту фігуру можна зафарбувати, а у розімкнутих фігур можуть бути змінені закінчення. ,
У Visio розрізняється три типи фігур: одномірні (1-D shapes), двовимірні (2-D shapes), і псевдотривимірного. (3-D shapes).
Тривимірні фігури виходять в резул'тате додавання тіні до звичайних двовимірним постатям, при цьому явне подання третьої координати у Visio відсутня - все це дозволяє говорити про псевдотривимірного.
Головна ознака фігури - це наявність маркерів при її виділенні. Основними є маркери виділення (selection handle). Кожна двовимірна фігура має вісім маркерів виділення, які утворюють прямокутник, що обмежує фігуру, Надалі, використовуючи термін «маркер», ми будемо мати на увазі маркер виділення. Крім візуального обмеження, маркери грають важливу роль у зміні розмірів фігури. Разом з маркерами виділення в деяких складних фігурах можуть використовуватися маркери контролю (control handle), які призначені для зміни внутрішніх, розмірів фігури.
3.2 Ідентифікація
Ідентифікацію можна визначити як оцінювання параметрів систем. Оскільки металургійні системи відносяться до складних систем з великою кількістю вхідних і вихідних параметрів, проблема їх ідентифікації зазвичай замінюється проблемою ідентифікації параметрів їх математичних моделей.
Можна умовно розділити методи ідентифікації на активні і пасивні.
Пасивні передбачають оцінку параметрів шляхом статистичної обробки інформації, отриманої при спостереженні за функціонуванням системи. Використовують методи математичної статистики, теорії систем управління, ін Найчастіше, виходячи з деякого обсягу попередніх відомостей про досліджувану систему, задають функцію, що зв'язує досліджувані параметри. За допомогою статистичних процедур обробляють наявні дані і оцінюють числові коефіцієнти в рівнянні. До переваг такого методу можна віднести порівняльну простоту обробки інформації. Недолік - отримані рівняння не є функціональними, тобто відображають не реальні фізичні зв'язки між параметрами, а тільки статистичні.
Активні передбачають отримання необхідної інформації шляхом спланованого впливу на систему і спостереження за її поведінкою на такий вплив.
Планування експериментів здійснюють за допомогою відповідних методик, досить добре розроблених в математичній статистиці.
Переваги методів - максимальну кількість інформації, яку можна отримати від постановки експериментів. Найкраще такі методи застосовувати при вирішенні завдань пошуку екстремумів.