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 động
cơ diesel điển hình nh ở chơng 2, ta nhận thấy hệ thống có các cụm, bộ phận
chính đó là:
+ Thùng nhiên liệu;
+ Các bình lọc thô;
+ Bơm thấp áp;
+ Van điều áp;
+ Các bình lọc tinh;
+ Bơm cao áp;
+ Các vòi phun.
Các cụm đợc bố trí trong hệ thống theo sơ đồ nh sau: hình 3.1
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí các cụm trong HT CCNL
Trong đó mỗi bộ phận có những đặc tính riêng nh đã đợc phân tích ở ch-
ơng 2. Giữa các cụm, bộ phận chính đó đợc kết nối với nhau bằng hệ thống các
đờng ống dẫn gồm có đờng ống cao áp và đờng ống thấp áp. Ngoài các cụm bộ
phận chính nh trên, trong hệ thống còn có một số các chi tiết phụ khác nh vít xả
khí, bơm tay, đồng hồ nhiên liệu, .
53
Thùng
nhiên
liệu
Bình
lọc
thô
Bơm
thấp
áp
Bình

lọc
tinh
Bơm
cao
áp
Vòi
phun
Van
điều
áp
3.1.1 - Mục đích mô phỏng HT CCNL
Mục đích của việc mô phỏng HT CCNL là tạo ra một hệ thống mô phỏng
nhằm phục vụ việc huấn luyện bộ đội kỹ thuật xe máy trong công tác khai thác
sử dụng phơng tiện.
Qua hệ thống mô phỏng:
- Giúp cho học viên hiểu đợc quá trình làm việc của HT CCNL,
- 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 nói
chung và từng bộ phận nói riêng của HT CCNL,
- Huấn luyện cho học viên nắm đợc trình tự xử lý những sự cố h hỏng
thông thờng của HT CCNL và khắc phục.
- Sử dụng một hệ thống động để huấn luyện sẽ tạo cho học viên có sự
hứng 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 sử
dụng, 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 công
việc 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 từ
yêu cầu thực tế ở đơn vị, HT CCNL của động cơ diesel đợc mô phỏng phải thể
hiện đợc quá trình làm việc diễn ra trong hệ thống và một số hiện tợng h hỏng
thờng 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.
54
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 đ-
ờng nhiên liệu thấp áp trong HT CCNL bằng bơm tay, sau đó bơm tay đã đợc
khoá lại.
- Trong quá trình hoạt động thì động cơ mô phỏng luôn làm việc ở 1 chế
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 lấy theo số
liệu của xe tăng T- 76: g
nl
= 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 dụng
trên xe tăng 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 có
dấu hiệu nhiên liệu phun ra ở đầu vòi phun).
- Khi đến kỳ bảo dỡng (S
BD1
= 0 hoặc S
BD2
= 0) thì HT CCNL sẽ không làm

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 có
dấu 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 bảo d-
ỡng còn (S
BD1
> 0 và S
BD2
> 0), khi khởi động HT CCNL sẽ làm việc (có dấu hiệu
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 phỏng
nhanh gấp 300 lần thời gian thực).
Hớng mô phỏng:
55
Xuất phát từ mục đích, yêu cầu của việc mô phỏng HT CCNL của động cơ
diesel nh đã nêu trên, ta tiến hành xây dựng 2 chơng trình mô phỏng nh sau:
+ Chơng trình mô phỏng sự hoạt động của HT CCNL động cơ diesel:
phục vụ trong quá trình lên lớp để giáo viên giới thiệu cho học viên về quá trình
hoạt động của hệ thống.
+ Chơng trình thứ hai dùng để huấn luyện cho bộ đội việc kiểm tra hệ
thống, 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 về tình 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 cơ diesel,
chúng ta ứng dụng công nghệ mô phỏng và thực tại ảo. Đó là công nghệ 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 có thể 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 mô phỏng
nh đã nêu ở trên, với sự phát triển của CNTT nh hiện nay có rất nhiều công cụ
có thể đáp ứng đợc. Song mỗi công cụ đều có mặt mạnh và mặt yếu riêng 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 hiện
nay. Nó có một số u điểm nổi trội nh: hình ảnh hiển thị ra của chơng trình có
tính 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 đợc mục
đích, yêu cầu của đề tài đặt ra. Song, để hiển thị đợc hình ảnh sinh động thì tơng
56
đối khó, sử dụng công cụ thì khá phức tạp đòi hỏi ngời sử dụng phải tập 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 việc
nghiên 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 đợc.
+ Macromedia Flash là một phần mềm ứng dụng bao gồm các công cụ đ-
ợc 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 *SWF chứa
đựng những gì mà ta đã xây dựng trong Flash, tập tin này có kích thớc nhỏ và t-
ơng thích với nhiều môi trờng, sau đó có thể đợc xem thông qua trình thể hiện
Flash Player. Các công cụ đa dạng trong Flash cho phép ta phát huy khả 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 là ActionScript, đây là
một ngôn ngữ mạnh và tuân theo chuẩn dựa trên ECMAScript và tơng tự nh
Javascript và Java.
Sử dụng phần mềm Macromedia Flash (với phiên bản mới nhất hiện nay
version 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 quan sinh
động cao, thể hiện các quá trình diễn ra bên trong hệ thống, hoàn toàn có thể
đáp ứng đợc các mục đích, yêu cầu của đề tài nh đã nêu trên. Bên cạnh đó việc
sử dụng Macromedia Flash khá đơn giản nhng hiệu quả nên việc nghiên cứu để
khai thác sử dụng công cụ không mất quá nhiều thời gian, phần mềm mô 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 lẫn
tính thực tiễn.
57
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 phân
tích về kết cấu và đặc tính kỹ thuật của các cụm chi tiết bộ phận đó, dựa vào các
sự cố thông thờng hay xẩy ra đối với các cụm bộ phận nói riêng và đối với toàn
bộ hệ thống nói chung mà lực lợng tại chỗ ở đơn vị (đây chính là đối tợng cần
huấn luyện) có khả năng khắc phục đợc nh đã đợc ta phân tích kỹ ở chơng 2.
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 và ngôn
ngữ lập trình ActionScript là một dạng ngôn ngữ kịch bản đợc viết trong
Macromadia Flash.
3.2.1 - Thùng nhiên liệu:
Từ những phân tích về kết cấu và đặc tính kỹ thuật, ta xây dựng lu đồ
thuật toán của thùng nhiên liệu nh hình 3.2.(trong đó quy ớc thời gian mô
phỏng 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 Q
max
. ứng với mỗi loại xe, Q
max
có một giá trị khác nhau,
với xe tăng T-76 thì Q
max
= 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 phải
tiến hành bảo dỡng xe, nếu không làm bảo dỡng, hệ thống sẽ không làm việc.
58
Hệ
thống
không
làm
việc
Dữ liệu ban đầu
Lượng nhiên liệu
Số km tới BD2
Sự cố
Các cụm khác
Hệ thống làm việc
Bổ sung
BD
BD

Khắc phục
Khắc phục
Số km tới BD1
Q
th
=v.t.g
nl
S = v.t
Hết
Còn
Còn
Còn
Không có
Tốt
Có sự cố
Có
Hết
Hết
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 các
nội dung của BD1 và làm thêm các nội dung riêng của BD2.
Nh vậy với: S
BD1
- số km xe chạy tới kỳ BD1;
S
BD2
- số km xe chạy tới kỳ BD2,
ta có: 0 S
BD1

800 ; 0 S
BD2
1600
và: S
BD2
- 800 nếu 800 < S
BD2
1600;
59
S
BD1
= S
BD2
nếu S
BD2
< 800;
0 nếu S
BD2
= 800 hoặc S
BD2
= 0.
+ Các sự cố kỹ thuật:
Đối với cụm chi tiết thuộc thùng chứa nhiên liệu thì sự cố thông thờng
hay xẩy ra đó là hiện tợng nhiên liệu bị tắc, nếu không đợc kiểm tra khắc phục
thì động cơ không hoạt động đợc. Nh vậy dữ liệu đợc nhập vào là có hay không
có hiện tợng tắc nhiên liệu.
Từ các dữ liệu ban đầu và lu đồ thuật toán, ta xây dựng một bảng nhập dữ
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:
Q
th
=v.t.g
nl
trong đó: v - vận tốc trung bình của xe (lấy v = 20km/h);
t - thời gian hệ thống làm việc quy ra thời gian thực;
g
nl
- lợng tiêu hao nhiên liệu (lấy g
nl
= 1,3 lít/km).
Nh vậy sau thời gian t, lợng nhiên liệu trong thùng còn lại:
Q
còn lại
= Q - Q
th
= Q - v.t.g
nl
Khi Q
còn lại
= 0 thì thùng chứa hết nhiên liệu, hệ thống không làm việc.
+ Số km tới kỳ bảo dỡng:
60
Sau thời gian t hệ thống hoạt động, xe chạy đợc quãng đờng S = v.t, vì
thế số km tính tới kỳ bảo dỡng của xe cũng sẽ thay đổi:
S
t
BD2

= S
BD2
- S = S
BD2
- v.t
Số km tới BD1 cũng thay đổi và đợc tính theo S
t
BD2
nh sau:
S
t
BD2
- 800 nếu 800 < S
t
BD2
1600;
S
t
BD1
= S
t

BD2
nếu S
t
BD2
< 800;
0 nếu S
t
BD2

= 800 hoặc S
t
BD2
= 0.
Khi ít nhất một trong hai giá trị S
t
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 đồ thuật
toán của bình lọc thô nh hình 3.4. (trong đó quy ớc thời gian mô phỏng 1 phút t-
ơng đơng với thời gian thực là 5h)
Dữ liệu đầu vào gồm có:
+ Số km tới kỳ BD2: 0 S
BD2
1600
+ Số km tới kỳ BD1: 0 S
BD1
800
S
BD2
- 800 nếu 800 < S
BD2
1600;
S
BD1
= S

BD2
nếu S
BD2
< 800;
0 nếu S
BD2
= 800 hoặc S
BD2
= 0.
+ Sự cố kỹ thuật thông thờng có thể xẩy: tắc hay không tắc bình lọc.
61
Dữ liệu ban đầu
Số km tới BD2
Sự cố
Các cụm khác
Hệ thống làm việc
BD
Hệ
thống
không
làm
việc
BD
Khắc phục
Khắc phục
Số km tới BD1
S = v.t
Còn
Còn
Không có

Tốt
Có sự cố
Có
Hết
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 bảng
nhập dữ liệu cho bình lọc thô nh sau: (hình 3.5)
Hình 3.5: Bảng nhập dữ liệu cho bình lọc thô
Trong quá trình hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ biến đổi nh sau:
S
t
BD2
= S
BD2
- S = S
BD2
- v.t
S
t
BD2
- 800 nếu 800 < S
t
BD2
1600;
S
t
BD1
= S
t

BD2
nếu S
t
BD2
< 800;
0 nếu S
t
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.
62
Khi ít nhất một trong hai giá trị S
t
BD1
hoặc S
t
BD2
bằng 0 thì hệ thống không
làm việc.
3.2.3 - Bơm thấp áp:
Hình 3.6: Lu đồ thuật toán của bơm thấp áp
Từ các phân tích về bơm thấp áp nh ở chơng 2, ta xây dựng lu đồ thuật
toán của bơm thấp áp nh hình 3.6. (trong đó quy ớc thời gian mô phỏng 1 phút
tơng đơng với thời gian thực là 5h)
Dữ liệu đầu vào gồm có:

+ Số km tới kỳ BD2: 0 S
BD2
1600
(vì chỉ trong nội dung BD2 mới làm bảo dỡng bơm thấp áp, BD1 không làm)
+ Sự cố kỹ thuật thông thờng có thể xẩy ra: bơm dầu lên hay không lên.
Từ các dữ liệu đầu vào và lu đồ thuật toán, ta xây dựng một bảng nhập dữ
liệu cho bơm thấp áp nh sau: (hình 3.7)
63
Dữ liệu ban đầu
Số km tới BD2
Sự cố
Các cụm khác
Hệ thống làm việc
BD
Hệ
thống
không
làm
việc
Khắc phục
Khắc phục
S = v.t
Còn
Không có
Tốt
Có sự cố
Có
Hết
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:

S
t

BD2
= S
BD2
- S = S
BD2
- 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 S
t

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 1
phút tơng đơng với thời gian thực là 5h)
Dữ liệu đầu vào gồm có:
+ Số km tới kỳ BD2: 0 S
BD2
1600
+ Số km tới kỳ BD1: 0 S
BD1
800
S
BD2
- 800 nếu 800 < S

BD2
1600;
S
BD1
= S
BD2
nếu S
BD2
< 800;
0 nếu S
BD2
= 800 hoặc S
BD2
= 0.
+ Sự cố kỹ thuật thông thờng có thể xẩy: đủ hay không đủ dầu
thấp áp cung cấp cho bơm cao áp
64
Dữ liệu ban đầu
Số km tới BD2
Sự cố
Các cụm khác
Hệ thống làm việc
BD
Hệ
thống
không
làm
việc
BD
Khắc phục

Khắc phục
Số km tới BD1
S = v.t
Còn
Còn
Không có
Tốt
Có sự cố
Có
Hết
Hết