 , (17)
де  – область значень параметрів, відповідно, об’єкта зчитування, джерела випромінювання, фотоприймача, геометричних розмірів об’єкта зчитування та апертури, оптичної системи, тракту підсилення та фільтрації, елементів формування імпульсів.
Задача (16) є достатньо складною задачею нелінійного програмування. Для розв’язування задачі запропоновано метод функціональної декомпозиції на локальні задачі максимізації енергетичних складових окремих елементів системи, тобто розробки моделі сканування штрихових зображень, визначення основних енергетичних складових системи, характеристик компонентів підсилення та фільтрації сигналу, а також мінімізації похибок при вимірюванні часового положення фронту сигналу.
За результатами розробки моделі сканування штрихових зображень визначено, що:
- вихідний сигнал є симетричним імпульсом, положення середини та екстремум якого
збігається з геометричною віссю зображення штрихового об'єкта;
- швидкість зміни вихідного сигналу, як правило, максимальна на рівні, близькому до 0,5 від максимального значення;
- відносна амплітуда вихідного сигналу зменшується при збільшенні розмірів апертури або зменшенні розмірів зображення штрихового об'єкта;
- тривалість вихідного сигналу  прямо пропорційна розмірам зображення об'єкта в тому випадку, коли розміри апертури зчитувача менше розмірів зображення. Якщо ж розміри апертури більше розмірів зображення штрихового об'єкта, то тривалість сигналу визначається часом, протягом якого апертура зчитувача зміщується на відстань, рівну її розміру в напрямку сканування, що описується формулами:
 (18)
де  – швидкість сканування.
На основі аналізу основних енергетичних співвідношень та розробки моделі оптичного каналу визначено, що якщо у пристроях, що зчитують, випромінюваний та прийнятий світлові потоки розділені конструктивно, це призводить до неефективного використання площі перетину оптичного каналу  , де  ,  – площі перетину, відповідно, випромінюваного та прийнятого світлових потоків. Освітленість об'єкта і, відповідно, освітленість чутливого шару фотоприймача пропорційно залежать від випромінюваного та прийнятого світлових потоків, які у свою чергу пропорційні площам перетину останніх:  При конструктивному поділі  , маємо:  На підставі аналізу запропоновано оптичний поділ світлових потоків, в результаті чого маємо:  ,  Таким чином, при такому способі можна отримати чотириразове поліпшення співвідношення сигнал/шум за інших рівних умов за рахунок повного використання площі перетину оптичного каналу.
Виконана розробка моделей процесів підсилення та фільтрації сигналів дозволила визначити оптимальні значення амплітуди сигналу  , смуги пропускання на рівні 0.707 від амплітуди сигналу  та коефіцієнту ефективності фільтру  для випадків, коли коефіцієнти 
та  приймають значення:  ;   . Із зростанням високочастотних шумів оптимальна смуга частот фільтру та ефективність фільтрації знижуються. Найвища ефективність має місце при „білому” шумі ( ) і досягає 0,898.
Ефективність тракту формування імпульсів пристрою зчитування в значній мірі залежить від
співвідношення сигнал/шум та ширини смуги пропускання фільтра, що може бути оцінено рівнем похибок виміру часового положення фронту сигналу.
У четвертому розділі наведено результати реалізації та впровадження розроблених у роботі математичних моделей та методу. На основі математичних моделей та методу побудови багатофакторного оцінювання та вибору варіанта технологічного штрихового коду розроблено програмний засіб, який виконує функції генерації нового штрихового коду запропонованим методом для заданих умов, багатофакторного оцінювання побудованої або існуючої символіки штрихового коду та вибору на основі отриманих багатофакторних оцінок одного з них. Виконано обчислювальні експерименти з побудови, оцінювання та вибору технологічних штрихових кодів.
Виконані теоретичні дослідження та порівняльний аналіз сучасних штрихових кодів дозволили розробити методику вибору характеристик підсистеми штрихкодової ідентифікації для конкретної автоматизованої системи, яка включає наступні етапи:
- Визначаються вимоги до підсистеми штрихкодової ідентифікації у вигляді характеристик кожного елемента системи;
- Серед існуючих штрихових кодів вибирається такий, який найбільше відповідає вимогам розроблюваної підсистеми штрихкодової ідентифікації;
- Якщо існуючі штрихові коди не задовольняють заданим вимогам, то виконується побудова інтервального штрихового коду у відповідності із комбінаторним методом, який описано у розділі 2;
- Виконується вибір необхідних технічних засобів для реалізації підсистеми штрихкодової ідентифікації.
Методику реалізовано у вигляді інструментального засобу „KOD”, інтерфейс якого наведено на рис.5. З використанням створеного програмного засобу проведено статистичні випробування розробленого комбінаторного методу побудови штрихового коду.
Інструментальний засіб „КОD” дозволяє автоматизувати процес вибору та побудови символіки штрихового коду відповідно до заданих вимог.
Результати досліджень використано при створенні підсистеми штрихкодової ідентифікації: в автоматизованій системі управління процесами експедування періодичних видань; в автоматизованій системі обробки поштових відправлень цеху №1 Дирекції обробки та перевезення пошти (ДОПП) у м. Києві та в автоматизованій системі реєстрації, обробки та контролю
проходження реєстрованої пошти на території України (АСРК-РП).
Рис. 5. Інтерфейс програмного засобу „KOD”
При реалізації АСУ експедування періодичних видань розглянуто п’ять варіантів побудови
технологічного процесу. На основі оцінки цих варіантів визначено, що найбільш перспективним є варіант, який базується на використанні програмно-технічних засобів: оперативного формування адресних ярликів із штрихкодовою позначкою, автоматизованої підготовки супровідних документів та автоматизації технологічних процесів за рахунок використання штрихового кодування пачок з періодичними виданнями. Елементи цієї системи реалізовано при автоматизації цеху експедування преси м. Донецька.
При реалізації АСРК-РП розв’язано задачу вибору структури штрихкодової позначки для ідентифікації поштових відправлень з використанням ШК 128. Розглянуто 3 варіанти штрихкодової позначки з врахуванням необхідності їх попередньої підготовки. На основі аналізу цих варіантів визначено, що штрихкодова позначка має складатися з індекса відділення поштового зв’язку та унікального номера відправлення (рис.6). Результати виконаних досліджень реалізовано у Пілотному проекті для об’єктів поштового зв’язку м. Києва та впроваджуються у промислову експлуатацію.
В автоматизованій системі обробки поштових відправлень цеху №1 ДОПП (м. Київ) використано оперативний режим формування ШК-етикеток. При їх розробці враховано необхідність виведення додаткової інформації. Підсистема штрихкодової ідентифікації АС цеху №1 знаходиться у промисловій експлуатації.
Результати розробки моделей підсистеми зчитування штрихового коду використано при розробці пристрою зчитування, який призначено для ручного сканування та автоматичного введення штрихового коду в автоматизованих системах управління у промисловості, торгівлі, зв’язку тощо. Пристрій захищено авторським свідоцтвом на винахід та патентом України.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення задачі підвищення ефективності застосування систем штрихкодової ідентифікації в автоматизованих системах управління за рахунок створення моделей і методу побудови й оцінювання технологічних штрихових кодів, моделей і засобів зчитування штрихового коду в системах штрихкодової ідентифікації. Основні наукові і практичні результати:
- Вперше запропоновано розглядати підсистему штрихкодової ідентифікації в автоматизованих системах як замкнену систему передачі даних, що дозволяє з єдиних методологічних позицій досліджувати та аналізувати фактори, які впливають на підвищення ефективності штрихкодової ідентифікації в цілому.
- Розроблено математичну модель оптимізації структури штрихкодового ідентифікатора, що враховує технологічні та економічні фактори, які впливають на склад реквізитів, що представлені у штриховому коді. Це дозволяє вибирати ефективний склад реквізитів штрихкодового ідентифікатора, який наноситься на об'єкт контролю, що значно зменшує загальні витрати на автоматичну ідентифікацію.
- Вперше запропоновано комбінаторний метод побудови штрихового коду, що задовольняє заданій системі обмежень. Використання цього методу дозволяє створювати символіку штрихового коду під вимоги конкретної автоматизованої системи управління.
- Набули подальшого розвитку моделі багатофакторного оцінювання стосовно їх застосування для вибору варіанта підсистеми штрихкодової ідентифікації та варіанта штрихкодової символіки. Це дає змогу вибрати ефективний варіант автоматизованої системи управління, в якій використовується штрихове кодування для ідентифікації об’єктів контролю.
- Набули подальшого розвитку математичні моделі підсистеми зчитування штрихового коду, що дозволило визначити основні фактори, які впливають на ефективність процесу зчитування та підвищити ефективність використання світлових потоків і обробки сигналів.
6. На основі розроблених моделей запропоновано методику вибору та розробки
ефективного штрихового коду на основі порівняльного аналізу сучасних штрихових кодів та використання розробленого комбінаторного методу. Методику реалізовано у вигляді інструментального засобу “KOD”, використання якого дозволяє у декілька разів підвищити продуктивність праці при виборі та розробці штрихових кодів. Розроблені моделі і метод використані при розробці автоматизованої системи експедування періодичних видань із штрихкодовою ідентифікацією для цеху експедування періодичних видань м. Донецька, при розв’язанні задачі вибору структури штрихкодової позначки для автоматичної ідентифікації поштових відправлень в автоматизованій системі реєстрації, обробки та контролю проходження реєстрованої пошти на території України (АСРК-РП) і в автоматизованій системі обробки поштових відправлень у цеху №1 ДОПП (м. Київ). Підсистеми штрихкодової ідентифікації у складі цих систем передані у промислову експлуатацію.
7. Розроблено математичні моделі компонентів підсистеми зчитування штрихового коду, які покладено в основу пристрою сканування й автоматичного введення графічної інформації. На пристрій отримано авторське свідоцтво і патент України. Цей пристрій був впроваджений у промислове виробництво.
8. Перспективним напрямком розвитку досліджень є: поширення отриманих результатів на інші класи автоматизованих систем управління і підсистеми штрихкодової ідентифікації матеріальних об'єктів, подальший розвиток моделей і методів побудови і зчитування штрихових кодів.
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
АНОТАЦІЯ
Голуб В.І. Методи та засоби ефективного застосування штрихкодової ідентифікації у автоматизованих системах - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2004.
Дисертація присвячена проблемі підвищення ефективності підсистеми автоматичної ідентифікації на основі штрихового кодування інформації, що використовується в автоматизованих системах управління, за рахунок розробки моделей, методу й засобів створення ефективних штрихових кодів і зчитування кодової інформації.
Виконано аналіз сучасних систем штрихкодової ідентифікації матеріальних об'єктів, який показав, що існуючі штрихові коди для побудови даної конкретної системи можуть бути або недостатніми, або надлишковими. Розроблено модель оптимізації структури штрихкодової позначки на прикладі поштових відправлень, модель багатофакторного оцінювання й вибору варіанта технологічного штрихового коду. Розроблено комбінаторний метод побудови штрихових кодів, що враховує задану систему обмежень.
Задача підвищення ефективності підсистеми зчитування штрихових кодів, як один з компонентів системи штрихкодової ідентифікації, сформульована як задача нелінійного програмування. Запропоноване її поетапне рішення на основі моделей вибору характеристик процесу сканування штрихкодових зображень, енергетичних співвідношень системи, моделей підсилення й фільтрації сигналів, а також моделі мінімізації похибок при вимірі часового положення фронту сигналу. Ці моделі отримали подальший розвиток у роботі.
Запропоновані моделі й метод використані при розробці інструментального засобу вибору ефективних значень характеристик підсистеми штрихкодової ідентифікації, при створенні підсистем штрихкодової ідентифікації в АСУ експедування періодичних видань, в автоматизованій системі обробки поштових відправлень, в автоматизованій системі реєстрації, обробки й контролю проходження реєстрованих поштових відправлень (АСРК-РП), а також при
створенні пристрою зчитування штрихового коду.
Ключові слова: штрихкодова ідентифікація, автоматизована система управління, штриховий код, оптимізація, багатофакторне оцінювання, інтервальних код, інструментальний засіб, пристрій зчитування, модель, метод.
АННОТАЦИЯ
Голуб В.И. Методы и средства эффективного применения штрихкодовой идентификации в автоматизированных системах – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2004.
Диссертация посвящена проблеме повышения эффективности штрихового кодирования информации, которое используется в автоматизированных системах управления, за счет разработки моделей, метода и средств создания эффективных штриховых кодов и считывания кодовой информации.
Выполнен анализ современных систем штрихкодовой идентификации материальных объектов, который показал, что существующие штриховые коды являются избыточными в конкретных применениях. Разработана модель оптимизации структуры штрихкодового символа на примере почтовых отправлений, модель многофакторного оценивания и выбора варианта технологического штрихового кода. Разработан комбинаторный метод построения штрихового кода, который учитывает заданную систему ограничений.
Задача повышения эффективности подсистемы считывания штриховых кодов, как одного из компонентов системы штрихкодовой идентификации, сформулирована как задача нелинейного программирования. Предложено ее поэтапное решение на основе получивших дальнейшее развитие моделей выбора характеристик: сканирования штрихкодовых изображений, энергетических соотношений системы, моделей усиления и фильтрации сигналов, а также модели минимизации погрешностей при измерении временного положения фронта сигнала.
Предложенные модели и метод использованы при разработке инструментального средства выбора характеристик подсистемы штрихкодовой идентификации, при создании подсистем штрихкодовой идентификации в АСУ экспедирования периодических изданий, в автоматизированной системе цеха обработки почтовых отправлений, в автоматизированной системе регистрации, обработки и контроля прохождения регистрируемых почтовых отправлений (АСРК-РП), а также при создании устройства считывания штрихового кода.
Ключевые слова: штрихкодовая идентификация, автоматизированная система управления, штриховой код, оптимизация, многофакторное оценивание, интервальный код, инструментальное средство, устройство считывания, модель, метод.
ABSTRACT
Golub V.I. Methods and means of barcode identification effective application in the automated systems - Manuscript.
The thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialty 05.13.06 – automated control systems and progressive information technologies. – Kharkov national university of radioelectronics, Kharkov, 2004. The thesis is dedicated to a problem of increase of efficiency of barcoding of the information, which is used in the automated control systems, at the expense of development of models, method and means of creation of effective barcodes and reading of the code information.
The executed analysis of modern barcode identification of material objects system has shown that the existing barcodes are superfluous in specific applications. The optimization model of a shaped designation of departures structure is worked out. The multifactor estimation and choice of variant of a technological barcode model is elaborated. А combinatory method of barcode construction, which takes into account the given system of restrictions, is developed.
The task of barcode reading, as one of elements of barcode identification system, is formulated as a task of nonlinear programming. The step-by-step solution is offered based on the models, which have received further development, of scanning barcode images, power parities of system, models of amplification and filtration of signals, and also model of minimization of errors at measurement of a temporary situation of a signal front. The worked out models and method are used in development of a tool means of a choice of the characteristics of a subsystem barcode identification, at creation of subsystems barcode identification in the automated control systems processing of the periodic editions, automated system of processing of the items of mail, automated system of registration, processing and control of passage of the registered items of mail (АСРК-РП), at creation of barcode reader.
Key words: barcode, barcode identification, automated control systems, optimization, multi factor estimation, interval code, tool means, barcode reader, model, method.
| 
