6
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 8
I. Аналитическая часть 12
1.1. Технико-экономическая характеристика предметной области и
предприятия. Анализ деятельности «КАК ЕСТЬ» 12
1.1.1. Характеристика предприятия и его деятельности 12
1.1.2 Организационная структура управления предприятием 13
1.1.3. Программная и техническая архитектура ИС предприятия 14
1.2. Характеристика комплекса задач, задачи и обоснование необходимости
автоматизации 17
1.2.1. Выбор комплекса задач автоматизации и характеристика существующих
процессов 17
1.2.2. Определение места проектируемой задачи в комплексе задач и ее
описание 19
1.2.3. Обоснование необходимости использования вычислительной техники для
решения задачи 19
1.2.4. Анализ системы обеспечения информационной безопасности и защиты
информации 21
1.3. Анализ существующих разработок и выбор стратегии автоматизации “КАК
ДОЛЖНО БЫТЬ» 23
1.3.1. Анализ существующих разработок для автоматизации задачи 26
1.3.2. Выбор и обоснование стратегии автоматизации задачи 35
1.4. Обоснование проектных решений 36
1.4.1. Обоснование проектных решений по информационному обеспечению 36
1.4.2. Обоснование проектных решений по программному обеспечению 37
1.4.3. Обоснование проектных решений по техническому обеспечению 41
II. Проектная часть 44
2.1. Разработка проекта автоматизации 44
7
2.1.1. Этапы жизненного цикла проекта автоматизации 44
2.1.2. Ожидаемые риски на этапах жизненного цикла и их описание 48
2.1.3. Организационно-правовые и программно-аппаратные средства
обеспечения информационной безопасности и защиты информации 53
2.2. Информационное обеспечение задачи 54
2.2.1. Информационная модель и её описание 54
2.3. Программное обеспечение задачи 56
2.3.1. Общие положения (дерево функций и сценарий диалога) 58
2.3.2. Описание математической модели 59
2.3. Контрольный пример реализации проекта и его описание. 64
III. Обоснование экономической эффективности проекта 66
3.1 Выбор и обоснование методики расчёта экономической эффективности 66
3.2 Обоснование эргономических решений 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 76
ПРИЛОЖЕНИЯ
80
8
ВВЕДЕНИЕ
В наши дни люди не могут обходится без высокотехнологичного и
точного программируемого оборудования, электронных и механических
систем. Робототехнические системы являются одним из новых видов
производственной техники. Их применение требует новой организации
технологического процесса. Робототехнические системы, особенно с
адаптивными и интеллектуальными роботами, нуждаются в
микропроцессорном управлении. Здесь речь идет о распределенном, а не
централизованном управлении [1].
Информационно-управляющие робототехнические системы имеют
механические движущиеся исполнительные устройства. На основании данных,
которые приходят от различных источников со стороны (источники
информации, датчики и т.п.), реализуют по заданным математическим моделям,
алгоритмам или компьютерным программам (в том числе к таким программам,
которые способны адаптироваться к окружающей обстановке и к конкретной
поставлено цели) обработку принятых данных, передачу информация на экран
персонального компьютера или иные периферийные приборы, а также в
автоматическом режиме вырабатывают требуемые сигналы управления [2].
Актуальность представленной работы, заключается в том, что
постоянно-происходящие чрезвычайные происшествия или ситуации требуют
вмешательство автоматизированных робототехнических систем, с целью
уменьшения риска и опасности, которые могут подействовать на человека.
Примером может служить сообщение о минировании здания, в этом случае
используют робота – разведчика, который подъезжает к месту заложения
предмета и с помощью веб-камеры сообщает и показывает картинку
заложенного предмета. Очень часто необходима скрытая видео или фото
съемка с целью слежки за человеком и т.п.
Для возможности съемки фото и видео изображения на
робототехнические системы монтируют мобильные автоматизированная
9
камеры с возможностью передвижения в любом направлении благодаря
уникальному расположению колес. Встроенная WEB-камера и микрофон
позволяют вести видео и аудио наблюдение. Таким образом, оператор может
следить за съемкой на определенном расстоянии, в том числе через интернет
или мобильный телефон [6].
В настоящее время придумано огромное число моделей
робототехнических систем, различающихся по стоимости, дизайну и другим
параметрам.
Объектом исследования данной работы является информационно-
управляющая робототехническая система для фиксации фото и видео
изображений. Предметом исследования – автоматизация колесного мобильного
робота с помощью программного управления траектории его движения.
Цель выпускной квалификационной работы: Разработать
автоматизированную информационную робототехническую систему для
фиксации изображения с повышенной точностью изготовления ее деталей при
использовании САПР SolidWorks. Увеличить маневренность системы при ее
движении на ровной поверхности за счет использования трехколесного
основания на двух двигателях. Упростить программную реализацию робота за
счет доступной и недорогой платы с микроконтроллером Arduino. Уменьшить
затраты на изготовление робота за счет использования недорогих деталей и
доступных подручных инструментов.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнения
следующих задач:
1. Произвести обзор и анализ существующих моделей
информационно-управляющих робототехнических систем для фиксации фото и
видео изображений.
2. Сформировать диаграмму функциональной модели
информационной робототехнической системы и построена её декомпозиция.
10
3. На основании функциональной модели, в которой необходимо
выделить основные элементы системы, разработать твердотельную модель
робота с помощью системы автоматизированного проектирования SolidWorks
2017.
4. Уточнить массовые и габаритные параметры робота.
5. Рассмотреть геометрические особенности и определить
математическую модель движения робота, позволяющую исследовать его
кинематику.
6. Разработать скетч (программный код) для программного
управления мобильным роботом, позволяющий программировать робота на
движение по траектории.
7. Посчитать экономические затраты на реализацию информационно-
управляющей робототехнической системы.
Данный робот может применяться на ровной поверхности (полы
помещения, асфальтированная дорога, ровная местность). Например, в
повседневной жизни его можно использовать как в квартире или офисе.
Достоинствами мобильного робота являются: компактность, простое
программное управление, быстродействие, бесшумность, не требуется топливо
(только подзарядка аккумуляторов), тем самым робот является экологически
чистым [5].
Разработка автоматизированной трехколесной робототехнической
системы для фиксации изображения с помощью САПР SolidWorks 2017
проводилась в Тульском университете (ТИЭИ).
Практическая значимость выпускной квалификационной работы
заключается в том, что разработанная автоматизированная информационная
робототехническая система для фиксации изображения может быть применима
для реальной съемки. Так же макетный образец робота может применяться в
учебных целях, при обучении программированию на языке высокого уровня
С++.
11
Теоретическая значимость представленной работы заключается в том, что
в ней рассматривается кинематика движения робота на подвижном основании.
Практическая значимость выпускной квалификационной работы заключается в
том, что разработанная автоматизированная информационная
робототехническая система для фиксации изображения может быть применима
для реальной съемки. Так же макетный образец робота может применяться в
учебных целях, при обучении программированию на языке высокого уровня
С++.
Проведенный обзор и анализ существующих моделей информационно-
управляющих робототехнических систем для фиксации фото и видео
изображений, позволит сформировать диаграмму функциональной модели
информационной робототехнической системы и построить её декомпозицию,
на основании которой, в свою очередь, будет осуществлена разработать
твердотельной модели робота с помощью системы автоматизированного
проектирования SolidWorks 2017. По модели робота будет собран, построен и
испытан макетный образец автоматизированной информационной
робототехнической системы для фиксации изображения.
Решением поставленных в работе задач, занимались многие авторы, в том
числе: Беркенблий М.Б. Двигательные задачи и работа параллельных программ
и интеллектуальные процессы и их моделирование; Юревич Е.И. Основы
робототехники; Кожеуров М.А. Применение автоматического проектирования
и синтеза для исследования информационно-измерительной системы наземного
мобильного робота и др.
12
Глава 1. Аналитическая часть
1.1. Технико-экономическая характеристика предметной области и
предприятия. Анализ деятельности «КАК ЕСТЬ»
1.1.1 Характеристика предприятия и его деятельности
Частная образовательная организация высшего образования ассоциация
«Тульский университет (ТИЭИ)» ЧОО ВО-АССОЦИАЦИЯ «ТУЛЬСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ (ТИЭИ)» – коммерческая организация, созданная для
осуществления образовательных, социально-культурных и иных функций
некоммерческого характера. Тульский университет (ТИЭИ)– образовательное
учреждение, которое:
– реализует образовательные программы высшего и дополнительного
профессионального образования, а также образовательные программы
послевузовского образования;
– осуществляет подготовку, переподготовку и (или) повышение
квалификации работников для определенной области профессиональной
деятельности;
– ведет фундаментальные и (или) прикладные научные исследования и
разработки;
– осуществляет другие виды деятельности, направленные на достижение
общественных благ.
ЧОО Во-Ассоциация "Тульский Университет (Тиэи)" ИНН 7107057355
ОГРН 1027100977386 зарегистрировано 26.12.2000 по юридическому адресу
300026, Тульская область, город Тула, Рязанская улица, дом 1, офис 606. Статус
организации: ликвидирована. Руководителем является ректор Карпов Евгений
Борисович (ИНН 710501276260).
Основной вид деятельности – образовательные услуги.
Являясь образовательной коммерческой организацией, не имеет в
качестве цели своей деятельности извлечение прибыли для ее распределения
между учредителями в качестве их доходов.
13
Основной целью создания Общества является осуществление
коммерческой деятельности для извлечения прибыли.
1.1.2. Организационная структура управления предприятием
Стратегические направления деятельности организации:
–развитие образовательных программ;
– создание новых школ и развитие существующих;
– формирование и развитие предпринимательского университета;
– развитие научно-исследовательской деятельности;
– интернационализация и глобальное развитие;
– развитие профессорско-преподавательского состава и сотрудников;
– развитие инфраструктурного комплекса;
– вклад университета в развитие государства, гражданского общества,
бизнеса и города Тулы;
– региональное развитие и выход на новые рынки;
– развитие информатизации. Создание и развитие системы управления
знаниями. Системное развитие процессов.
Функционирование информационных технологий и их автоматизацию в
Тульском университете (ТИЭИ) обеспечивает отдел информационного
обеспечения, который подчиняется ректору Тульского университета (ТИЭИ).
На рисунке 1.1 отображена организационная модель Тульского
университета (ТИЭИ).
14
Рисунок 1.1 – Организационная модель Тульского университета
(ТИЭИ)
1.1.3. Программная и техническая архитектура ИС предприятия
На рисунке 1.2 показана структурная схема технической архитектуры
анализируемого предприятия [4].
Как рабочие станции применяются модель USN Computers модели USN™
BUSINESS 303 с такой конфигурацией:
- процессор Intel Core i3 8100 3.6GHz;
- набор микросхем H310;
- оперативная память 4Gb DDR4;
- жесткий диск 240Gb SSD;
- оптический привод DVD±R/RW;
- видео Intel UHD Graphics 630;
- аудио 7.1-кан. High Definition Audio;
- сетевой адаптер 10/100/1000 Mb/s;
- разъемы на лицевой панели USB x2, наушники, микрофон;
15
- мощность блока питания 350W;
- клавиатура USB, классическая, 104 клавиши, черная;
- мышь USB, проводная, оптическая, черная.
Монитор AOC Value Line e2270swn со следующими характеристиками;
- размер экрана 21.5 ";
- разрешение экрана 1920×1080;
- соотношение сторон экрана 16:9;
- тип матрицы TN+film;
- статическая контрастность 600:1;
- динамическая контрастность 20000000:1;
- яркость экрана 200 кд/м
2
;
- время отклика 5 мс;
- углы обзора (при CR>10) 90° по горизонтали, 65° по вертикали;
- шаг пикселов 0.248×0.248 мм;
- светодиодная подсветка ЖК-панели.
Для операторов используется гарнитура Гарнитура Plantronics Audio 400 DSP
компьютерная гарнитура (PL-A400-DSP).
В качестве коммутатора используются Cisco WS-C3750-48P-L и Cisco Catalyst
WS-C2960G-24TC-L, в качестве маршрутизатора Cisco ISR4431.
На рисунке 3 показана наглядно программная архитектура ИС.
Для рядовых операторов:
- ОС: Windows 10 ent;
- Прикладное ПО: Citrix Receiver, Cisco Jabber;
- Доступ к почте и системе документооборота, Cisco Jabber и Web окружению
оператора организуется через Citrix XenApp.