Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Титов Евгений Вадимович. Анализ и разработка методик и алгоритмов для расчета и функционирования письмообрабатывающих машин : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : М., 2005 255 c. РГБ ОД, 61:05-5/3644

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1. АНАЛИЗ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЧЕСКИХ
ПИСЬМООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН. ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ.

1.1. Структурная схема автоматической письмосортировочной 17
машины

1.2. Структурная схема автоматической лицовочно- 19
штемпелеваальной машины

  1. Постановка задачи 21

  2. Выводы 23

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПОЗНАВАНИЯ
СТИЛИЗОВАННОГО ПОЧТОВОГО ИНДЕКСА

2.1. Способы индексации письменной корреспонденции и 25

исследование методов опознавания изображений

  1. Применение методов разделяющих функций при ступенчатом 46 способе опознавания цифр стилизованного почтового индекса

  2. Разработка алгоритма и программы моделирования процесса 57 опознавания цифр стилизованного почтового индекса и анализ её результатов

  3. Модификация алгоритмов определения весовых коэффициентов 79 и опознавания цифр почтового индекса для параллельных вычислений

  4. Выводы. 91

3. РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ РАЦИОНАЛЬНОГО ВЫБОРА
КОЛИЧЕСТВА НАКОПИТЕЛЕЙ АПСМ.

3.1. Математическая постановка задачи 93

3.2. Алгоритмизация функционирования АПСМ для различных 97
режимов выгрузки и реализация алгоритма

  1. Анализ результатов моделирования 109

  2. Выводы 119

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЁТА КОНСТРУКТИВНЫХ
ПАРАМЕТРОВ АПСМ С УЧЁТОМ ЕЁ КОМПОНОВКИ

  1. Анализ компоновочных решений и оценка различных 122 конструкций ТРС АПСМ

  2. Математическая постановка задачи 132

  3. Разработка алгоритма и программы расчёта основных 134 конструктивных параметров АПСМ

  4. Анализ результатов расчёта конструктивных параметров АПСМ 140

  5. Выводы 155

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
ТРАНСПОРТНЫХ КАНАЛОВ АЛШМ

  1. Математическая постановка задачи 157

  2. Разработка алгоритма функционирования ТРС АЛШМ 158

  3. Анализ результатов моделирования 164

  4. Выводы 167 ЗАКЛЮЧЕНИЕ -168 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 171 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 182 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 222 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 251

Введение к работе:

Вопросы научно-технического прогресса в почтовой связи стоят очень остро. Первостепенное значение имеет совершенствование материально-технической базы, методов управления технологическими процессами на предприятиях почтовой связи.

Доля ручного труда в процессе обработки почтовых отправлений до сих пор еще велика. Объем информации, перерабатываемой сортировщиками письменной корреспонденции составляет в настоящее время более пяти тысяч адресных пунктов на одного сортировщика, причем на каждом рабочем месте возможны изменения адресов. Оператору трудно самостоятельно переработать такой объем информации.

Наиболее сложным в комплексе работ на предприятиях почтовой связи являются работы, связанные с автоматизацией процессов обработки письменной корреспонденции. Обработка корреспонденции в узловом почтовом предприятии заключается в том, что она разбирается по габаритам, ориентируется адресной стороной в сторону считывающего средства и в положение, удобное для считывания почтового индекса, штемпелюется, располагается в определенной последовательности по группам индексов почтовых предприятий и упаковывается в постпакеты, снабженные адресной информацией. Сюда же следует отнести и операции транспортировки письменной корреспонденции до и после ее обработки.

В настоящее время на обработку письменной корреспонденции затрачивается значительно больше времени, чем на ее перевозку на значительные расстояния некоторыми видами транспорта. Единственным средством, реально ускоряющем продвижение корреспонденции, является разработка и внедрение автоматизированных линий обработки писем на крупных почтовых предприятиях страны, так как через них проходит более 80% всего объема корреспонденции.

Основной задачей автоматической обработки письменной корреспонденции является максимальное сокращение ручных операций. Для

этого предусматривается разработка новых, прогрессивных технологических процессов обработки письменной корреспонденции и создание высокопроизводительных машин и систем машин, выполняющих весь производственный процесс без непосредственного участия человека.

Второй по значимости задачей автоматической обработки письменной корреспонденции является ускорение сроков обработки при одновременном сокращении количества персонала или, по крайней мере, поддержание уровня роста штатов в пропорции значительно меньшей, чем уровень роста объема корреспонденции. Решать эти проблемы необходимо прежде всего посредством автоматических высокопроизводительных комплексов машин при максимальной концентрации обработки писем. Кроме того, на ряде почтовых предприятий с меньшим объемом целесообразно использовать отдельные автоматические машины предварительной обработки писем и автоматические письмосортировочные машины.

Объем почтового обмена возрастает после резкого спада в предшествующие годы и вновь становится актуальной проблема автоматизации и механизации производственных процессов почтовой связи, которую необходимо решать на качественно новом технологическом уровне. Существует несколько причин создания новых конструкций письмообрабатывающих машин.

Первая заключается в том, что общий технический прогресс заставляет после нескольких последовательных модернизаций старой конструкции заменять её новой, основанной на более прогрессивных принципах работы, новых конструкционных материалах и так далее.

Вторая причина состоит в том, после образования Российской Федерации часть заводов по производству сложной письмообрабатывающей техники оказалась за рубежом и понадобилось организовать её изготовление в нашей стране. Причём, хотя старые машины и находятся в эксплуатации в России, но рабочая документация по их изготовлению недоступна и проще спроектировать машину заново, чем реконструировать старую.

Третья причина - смена стандартов на почтовые конверты. Наметился переход на конверты европейского образца, имеющего отличающиеся размеры от используемых ранее. Поскольку существующие автоматические письмообрабатывающие машины жёстко ориентированы на обработку корреспонденции строго определенных размеров, они становятся непригодными к использованию.

Актуальность настоящей работы подтверждается фактом исследования проблемы распознавания почтовых индексов и разработки считывающего устройства ведущей организацией России в области проектирования почтообрабатывающей техники - Научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом почтовой связи.

Проектирование новых письмообрабатывающих машин и автоматических линий должно основываться на научных принципах. Традиционный подход к проектированию почтообрабатывающих машин (ПОМ) с преобладанием интуитивных методов расчета позволяет создавать работоспособные, но далеко не рациональные конструкции.

Для синтеза наилучшей конструкции любого узла машины обязательно применять критерии рационального выбора, которые зависят от предъявляемых к проектируемой машине требований, качества обработки почтовых отправлений, назначения узлов и от технико-экономических показателей. При определении этих критериев необходимо учитывать тенденции развития машин данной группы и их основных элементов, а также результаты научно-технического прогнозирования, должны быть проведены комплексные технологические исследования, статистический анализ условий эксплуатации письмо обрабатывающей техники и изменения потоков письменной корреспонденции.

Основной недостаток интуитивного проектирования, проектирования "подбором" - неизбежность упрощений и исключения из рассмотрения ряда факторов, устраняется при применении научно обоснованных методик,

которые в силу сложности их расчёта возможны только при использовании современных средств вычислительной техники.

В процессе проектирования решается группа задач, которые относятся к задачам синтеза и анализа. Анализ технических объектов - это изучение их свойств. Синтез технических объектов имеет целью создание новых вариантов при использовании результатов анализа для их оценки.

При проектировании должны выбираться методы и средства решения проектных задач, которые обеспечивают минимальные сроки проектирования и минимальные затраты по оптимизации получаемых проектных решений.

Расчетные интуитивные методы проектирования удобно использовать в качестве начальных приближений. Ориентировочный характер результатов связан с малой точностью расчетных методик. Например, процессы в достаточно сложных технических объектах описываются системами уравнений довольно высокого порядка, эти уравнения в общем случае нелинейные. Аналитическое решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений удается получить только в том случае, если порядок системы не превышает двух и уравнения линейны. Это означает, что интуитивные расчетные методы применимы только при принятии существенных упрощений, что и обуславливает ориентировочный характер получаемых результатов. Заметим, что численные методы здесь малопригодны, поскольку не позволяют проанализировать полученное решение.

Помимо проектных задач возникают ещё и проблемы прогнозирования работоспособности машины. Анализ работоспособности выбранного варианта уже не может быть выполнен обычными расчетными методами. Поэтому в рамках традиционного подхода неизбежно было применение экспериментальных методов, то есть макетирования. Именно на макете - физической модели определялось выполнение условий работоспособности, изменялись внутренние параметры, частично структуры

с целью улучшения свойств объекта. Но во многих случаях макетирование невозможно на достаточно высоких иерархических уровнях — здесь стоимость изготовления макета примерно равна стоимости изготовления опытного образца и согласиться на многократное изготовление образцов в итерационном процессе проектирования сложных систем нельзя. Поэтому при традиционном подходе задачи оптимизации практически не решались -разработчик удовлетворялся получением первого работоспособного варианта. Вопросам автоматизации проектирования посвящены работы [70, 74], а исследованию конструкций с помощью имитационного моделирования [15,21,67,76].

В настоящей работе созданы алгоритмы расчёта и функционирования письмообрабатывающих машин: письмосортировочных и лицовочно-штемпелевальных, что позволило решить ряд узловых проблем по повышению надёжности и быстродействия письмосортировочных машин [11, 51] и разработать алгоритмы расчета основных конструктивных параметров транспортно-распределитель-ных систем письмосортировочных и лицовочно-штемпелевальных машин. Различные аспекты проектирования транспортно-распределительных систем рассматривались в [19, 38, 49, 60, 73, 75,], а применительно непосредственно к автоматическим письмосортировочным машинам в [45, 46, 47,48].

Одной из проблем автоматических письмосортирующих машин является надёжность и быстродействие систем считывания цифрового кода адреса. Основной операцией, выполняемой в процессе сортировки на автоматической письмосортировочной машине АПСМ является чтение почтового адреса. Для реализации этой операции устройство управления имеет такой функциональный блок как читающее устройство, которое предназначено для опознавания символов почтового адреса и преобразование их в форму, удобную для дальнейшей обработки — выделение адресных признаков.

Таким образом, цифрочитающий автомат избавляет оператора от необходимости считывания адресной информации с поверхности почтового отправления. В настоящее время находящийся в эксплуатации цифрочитающий автомат типа ЦЧУ-С НИИПС (ранее СПКБ Министерства связи СССР) может опознать лишь ограниченное число написаний (10 десятичных цифр - эталонов), в случае небольшого отклонения от общепринятого написания почтового индекса, приводит к отказу в опознавании, и почтовое отправление с неопознанным индексом поступает на ручную сортировку, а если еще учесть недопустимые перекосы в написании цифры по трафарету, сбоя ЦЧУ, приводящие к отсутствию какого-либо признака, а также написание цифры более похожую на рукописную десятичную, с точки зрения отправителя, но отличную от эталона - все это приводит к увеличению объема ручной сортировки. Если попытаться увеличить число эталонов написаний, чтобы несколько сократить объем ручной сортировки, то несомненно возрастет время опознавания автоматом предложенной цифры, что следует из алгоритма опознавания. Это приведет к уменьшению производительности всей АПСМ в целом, а такое ЦЧУ не является эффективным и требует замены более совершенным и универсальным. Вопросы кодировки письменной корреспонденции в России и за рубежом исследуются в публикациях [55, 82, 94, 96, 106, 115, 123], которые не отделимы от алгоритмов опознавания и электронных устройств, их реализующих [14, 41, 42, 52, 58, 59]. Поэтому появилась идея разработать принципиально новый, отвечающий современным требованиям алгоритм опознавания почтового индекса, именно этому вопросу посвящена одна из глав настоящей работы.

Проблема опознавания образов является актуальной не только для почтовой связи. Она рассматривалась во многих работах [2, 3, 4, 6, 13, 17, 18, 20, 26, 28, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 54, 61, 62, 66, 118]. Для её решения применяются различные математические методы [86, 92, 93, 111, 121], в том числе и вероятностные [24, 85, 91, 105]. Для систем реального времени,

какими являются устройства распознавания почтовых индексов, наиболее подходящими будут быстродействующие параллельные варианты алгоритмов опознавания [5, 7, 9, 22, 25,27, 37, 39, 40, 56, 57, 63, 64, 65, 77, 78, 79, 80, 84, 117]. При распараллеливании алгоритмов опознавания почтовых индексов особенно эффективной оказалась теория управляющих коллективов [8,53].

Для письмосортировочных машин предлагается принципиально новый, отвечающий современным требованиям, алгоритм опознавания почтового индекса. В качестве метода опознавания из всех существующих выбран ступенчатый метод [95, 99], который сокращает время опознавания, но не обладает достаточной надежностью. Поэтому для обеспечения необходимой надежности ступенчатый метод усиливается методом разделяющих функций. Для реализации метода разделяющих функций применен один из непараметрических методов обучения - алгоритм обучения с исправлением ошибок.

Реализация и анализ разработанных алгоритмов обучения и распознавания показали ряд преимуществ предложенного нового алгоритма над существующим методом, использованном в находящемся сейчас в эксплуатации цифрочитающем автомате ЦЧУ-С НИИПС.

Комплексная задача повышения производительности и других эксплуатационных характеристик письмообрабатывающих машин решается на стыке нескольких научных направлений:

кодирование для наиболее экономной и надёжной индексации письменной корреспонденции;

использование методов разделяющих функций при реализации ступенчатого способа опознавания изображений;

определение весовых коэффициентов для построения разделяющих функций;

разработка математических моделей процессов обработки письменной корреспонденции с помощью вычислительных алгоритмов;

анализ современных принципов конструирования автоматических машин и линий;

построение альтернативных алгоритмов с параллелизацией вычислительных процессов для ускорения работы программ опознавания индексов, функционирующих в реальном времени.

Цель и задачи исследований. Целью диссертации является создание эффективных алгоритмов опознавания почтовых индексов, разработка научных принципов компоновки АПСМ, моделирование работы автоматических письмообрабатывающих машин и процессов, в них протекающих, для предварительной оценки их производительности.

Поставленная цель обусловила необходимость решения следующих задач:

  1. Выполнение анализа конструкций письмообрабатывающих машин с целью выявления процессов, узлов и т.п., которые являются основными факторами, замедляющими быстродействие машин, снижающих их надёжность и эксплуатационные характеристики.

  2. Исследование способов индексации почтовых отправлений с целью выбора наиболее помехоустойчивых и простых вариантов.

  3. Разработка быстродействующих алгоритмов реального времени для надёжного опознавания цифровых индексов.

4. Создание альтернативных параллельных алгоритмов опознавания
почтовых индексов и оценка их эффективности по сравнению с их
последовательными аналогами.

5. Разработка критерия рационального выбора количества
накопителей АПСМ.

  1. Создание методики расчёта конструктивных параметров АПСМ с учётом её компоновки.

  2. Разработка методик математического моделирования процессов письмообрабатывающих машин для оценки их эффективности.

Решив поставленные задачи, автор защищает:

- комплексный подход к проблеме модернизации существующего
автоматических письмообрабатывающих машин и линий;

применение ступенчатого способа опознавания стилизованных цифр индекса почтовых отправлений с помощью метода разделяющих функций с весовыми коэффициентами;

алгоритмизация метода опознавания стилизованных цифр почтового индекса, и его распараллеленный вариант на основе концепции коллектива вычислителей;

критерии рационального выбора количества накопителей АПСМ;

- методику расчёта конструктивных параметров АПСМ с учётом
компоновочных решений;

алгоритмы имитационного моделирования работы

письмообрабатывающих машин для оценки их эффективности;

- алгоритм определения пропускной способности транспортных
каналов АЛШМ на основе её математической модели;

- пакет прикладных программ, реализующих изложенные алгоритмы и
методы.

Методы исследования. В качестве методов исследования используются элементы теории математической логики, методы разделяющих функций с использованием весовых коэффициентов, методы математического моделирования, теория десеквенции (распараллеливания алгоритмов, программ, вычислений), концепция коллектива вычислителей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обоснована выборочная модернизация письмообрабатывающих
машин с учётом сохранения основных элементов их конструкции.

2. Разработан комбинированный подход с применением
математического аппарата разделяющих функций с весовыми
коэффициентами для создания ступенчатого алгоритма опознавания
стилизованных цифр почтового индекса.

  1. Разработан алгоритм метода опознавания почтового индекса и его параллельный аналог на основе концепции коллектива вычислителей. Созданы макеты программ, реализующие указанные алгоритмы.

  2. Предложен критерий оптимального выбора количества накопителей АПСМ.

5. Создана методика расчёта конструктивных параметров АПСМ,
учитывающая компоновочные решения их транспортно-распределительных
систем (ТРС).

6. Разработана методика расчета конструктивных параметров АПСМ,
учитывающая компоновочные решения их ТРС.

Личный вклад. Все основные научные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.

Практическая ценность и реализация

результатов работы. Созданные алгоритмы реализованы в виде пакета прикладных программ на языке программирования высокого уровня. Результаты работы внедрены на двух предприятиях Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации. Акты о внедрении прилагаются.

Результаты диссертационной работы, алгоритмы опознавания индексов и методика анализа транспортно-распределительных систем могут быть использованы и в других отраслях народного хозяйства, где возникают аналогичные задачи. В качестве примера можно привести громадные торговые предприятия, у которых номенклатура товаров достигает нескольких десятков тысяч. Эти товары маркируются тем или иным способом, следовательно, возникает необходимость считывать маркировку и распознавать её. Отдельные наименования товаров должны быть разложены в определённых местах склада - это задача о рациональном количестве накопителей. Товары перемещаются и группами на прилавки со склада, и единичными экземплярами к покупателям, не нашедших их в торговом зале, - необходим анализ и рационализация существующих транспортно-

распределительных систем. Таким образом, все поставленные и решённые в диссертационной работе задачи могут быть использованы и в торговле. Косвенным образом этот факт доказывает необходимость объединения перечисленных задач в одной работе по принципу комплексного решения производственной задачи.

Апробация работы. Основные результаты работы
докладывались на научно-технической конференции профессорско-
преподавательского состава, Москва, МТУСИ, 25-27 января 1994 г.; на
конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы связи"
Международного Форума Информатизации, Москва, 22 ноября 1994 г.; на
научно-технической конференции профессорско-преподавательского
состава, посвященной 100-летию Радио, Москва, МТУСИ, 1995 г.; на
конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы»
Международного Форума Информатизации, Москва, 21 ноября 1995 года; на
научно-технической юбилейной конференции профессорско-

преподавательского состава, Москва, МТУСИ, 1996 г.; на конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» Международного Форума Информатизации, Москва, 18 ноября 1998 г.; на конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» Международного Форума Информатизации, Москва, 17 ноября 1999 г.; на международной научно-практической конференции «Телеком-2005», Ростов на Дону, 18-19 мая 2005 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 научные работы.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и двух приложений.

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы и защищаемые положения.

В первой главе рассматриваются общие структурные схемы автоматических письмосортировочной и лицовочно-штемпелеваль-ных машин. На основе анализа структурных схем выявлены места, нуждающиеся в первоочередной модернизации для повышения общей производительности и надёжности машин, что позволило сформулировать и обосновать цели и задачи диссертационной работы. Это необходимость разработки принципиально нового алгоритма опознавания стилизованных цифр почтового индекса, создание научно обоснованного критерия оптимального выбора количества накопителей АПСМ, разработка методики расчёта конструктивных параметров АПСМ и определение пропускной способности транспортных каналов АЛШМ. В каждой из последующих глав решаются одна из поставленных задач.

Во второй главе оцениваются различные существующие способы индексации письменной корреспонденции, исследуются методы опознавания изображений. На этой основе сделаны определённые выводы, изложенные в рассматриваемой главе.

В качестве математического аппарата для распознавания стилизованных цифр почтового индекса предложен метод разделяющих функций. Принят ступенчатый способ опознавания, при котором выстроена иерархическая схема последовательного опознавания элементов стилизованного знака, что значительно сокращает время опознавания.

Последовательный алгоритм, реализующий метод опознавания, представлен в виде подробной схемы с необходимым комментарием (приложение 1). Его параллельный аналог разработан с учётом концепции коллектива вычислителей и обладает большим быстродействием при использовании транспьютеров предназначенных для алгоритмов с параллелизацией вычислительных процессов.

Перечисленные алгоритмы реализованы в действующих программах. Проанализированы результаты работы программ при моделировании процесса опознавания.

-16-Третья глава посвящена разработке критериев оптимального выбора количества накопителей АПСМ. В начале главы поясняется важность поставленной проблемы и следует математическая формулировка задачи, алгоритм решения которой предполагает использование вычислительных алгоритмов для моделирования функционирования АПСМ. На основе анализа результатов моделирования делаются выводы и даются практические рекомендации для проектирования и модернизации АПСМ.

В четвёртой главе представлена методика расчёта конструктивных параметров АПСМ с учётом её компоновки. Был проанализирован ряд компоновочных решений транспортно-распределительных систем АПСМ и даны им оценки. Перед разработкой алгоритма задача получила формальную математическую постановку. Алгоритм решения задачи даётся в виде блок-схемы. Далее следует анализ результатов расчёта программы и делаются выводы по материалам главы.

В пятой главе определяется пропускная способность транспортных каналов АЛШМ методом моделирования. Ставится вычислительный эксперимент с помощью алгоритма и программы функционирования ТРС АЛШМ. Результаты эксперимента подробно анализируются. В заключении изложены основные результаты работы.

Подобные работы
Давыдов Денис Владимирович
Разработка методики и моделей для анализа информационных потоков в сетях обработки информации АСУП с требованиями к качеству обслуживания
Карасев Дмитрий Сергеевич
Разработка методик, алгоритмов и программных средств управления конфигурацией изделий машиностроения
Дорогова Екатерина Георгиевна
Разработка методик и алгоритмов комплекса средств нейтрализации информационных рисков для автоматизированных систем управления производством
Неретин Александр Алексеевич
Автоматизация анализа и обработки данных для выбора конструктивных параметров технологических машин с использованием вложенных процессов
Жук Татьяна Игоревна
Разработка и анализ распределенных математических моделей тепловых процессов
Руденко Максим Владимирович
Разработка метода анализа канальных модулей системы мониторинга технологических процессов
Товмасян Артоша Вардгесович
Разработка формализованных методов анализа задач обработки данных и синтеза типовых модульных систем обработки данных
Калита Петр Яковлевич
Исследование и разработка автоматизированной технологии многоуровневого анализа информации и формирования решений в управлении производством и качеством продукции
Станиславски Влодимеж
Разработка иерархических агрегативных моделей и анализ путей улучшения динамических характеристик прямоточных парогенераторов как объектов управления
Сиротюк Владимир Олегович
Разработка и исследование моделей и методов анализа и синтеза оптимальных структур баз данных иерархического и сетевого типов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net