Тема 12. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ

Серед найважливіших закономірностей природи є певна періодичність процесів, в тому числі й у Космосі. В широкому значенні ми є не лише жителями планети Земля, а й Всесвіту і на стан людини, її здоров'я постійно впливають космічні планетарні ритми. Вперше дослідив та доказав, що розвиток всього живого на Землі проходить під безпосереднім впливом чинників Космосу, наш співвітчизник О. Л. Чижевський. В 1915—1924 pp. він встановив зв'язок між циклічною діяльністю Сонця і цілою низкою явищ в біосфері Землі (епідемії, масові захворювання, смертність, стихійні лиха тощо).

На стан організму людини значно впливають процеси, що протікають на Сонці та міжпланетні коливання електромагнітного поля. Під час спалахів на поверхні Сонця з'являються осередки, які інтенсивно випромінюють корпускули. Досягнувши Землі, ці корпускулярні потоки значно впливають на електромагнітне поле Землі, а відтак і на електромагнітне поле людини.

Міжпланетне магнітне поле (ММП) в основному визначається полем Сонця і має секторну структуру. Протягом кількох днів ММП в площині екліптики має напрямок до Сонця (від'ємний сектор), або від Сонця (додатній сектор). Цей напрямок змінюється під впливом явищ, що протікають на Сонці. Зміна знаку ММП на поверхні Землі супроводжується змінами в характері багатьох геофізичних явищ і в організмі людини. Проведені дослідження показали, що при магнітних бурях у багатьох людей змінюється артеріальний тиск, посилюються гальмівні процеси в центральній нервовій системі, сповільнюються рефлекси. Доведено, що коли над Землею вирує магнітна негода, у водіїв транспортних засобів у чотири рази знижується швидкість реакції на сигнал, зростає частота помилкових дій. Найбільша кількість інфарктів припадає на перші три доби від моменту розвитку бурі, в цей час різко зростає число нещасних випадків. Проведені статистичні дослідження переконливо показують, що організм людини знаходиться під постійним впливом цілої низки чинників Космосу, які необхідно знати і використовувати з профілактичною метою. Своєчасна інформація про несприятливі дні, зміну напрямку ММП (магнітні бурі), дні підвищеної сонячної активності (спалахи на Сонці) буде сприяти попередженню нещасних випадків та профілактиці погіршення стану організму людини.

Необхідно також мати на увазі, що в роки максимуму сонячних плям зростають градієнти тиску, що несприятливо впливає не лише на геофізичні процеси Землі, а й на самопочуття людини. Одинадцятирічний цикл сонячних плям повторюється незмінно. Протягом 4—5 років їх кількість зростає до максимуму, після цього впродовж 6—7 років знижується до мінімуму. Потім усе повторюється спочатку.

Тема 12. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ

Испытания, согласно принятому определению, - это экспериментальное определение характеристик продукции в заданных условиях её функционирования. Испытания являются важнейшим этапом создания образцов техники, а их результаты служат основанием для принятия определённых решений.

Цель испытаний, с метрологической точки зрения, заключается в нахождении посредством измерения истинного значения контролируемого параметра и оценивании степени доверия к нему.

Объём испытаний и трудоёмкость их проведения вследствие расширения функциональных возможностей электронных средств приводит к необходимости автоматизации испытательных и контрольно-измерительных операций путём широкого внедрения средств вычислительной техники.

В свою очередь, интенсивное развитие вычислительной техники, а также постоянное совершенствование устройств для испытаний позволяют создать информационно-измерительные системы и автоматизированные испытательные станции.

Автоматизация испытаний осуществляется по двум основным направлениям.

Первое характерно для массовых видов изделий и испытаний и связано с созданием специализированных машин, комплектов для контроля качества и статистической оценки свойств материалов по стандартизированным методикам, обеспечивающим автоматическое управление режимами испытаний, централизованный сбор информации в многоточечных системах и обработку однотипных результатов испытаний.

Второе характерно при проведении многофакторных испытаний по программам, которые могут изменяться или совершенствоваться в процессе испытаний, для чего необходимо универсальное оборудование с мобильной структурой, легко приспосабливаемой для решения различных задач.

Автоматизация испытаний дает возможность:

− повысить эффективность разработок объектов испытаний и уменьшить затраты на их обработку;

− получить качественно новые результаты, достижение которых принципиально невозможно без использования автоматизированных систем исследований;

− повысить оперативность в получении, обработке и использовании информации о качестве и надежности изделий.

Наиболее важными составными частями автоматизируемых контрольно-испытательных установок являются механизмы, выполняющие следующие функции:

− подача объекта к месту контроля или испытания;

− ориентация и закрепление аппаратуры;

− включение в измерительную и контрольную схему;

− выполнение заданной программы контроля или испытаний;

− фиксация результатов испытаний;

− выключение испытуемого изделия из измерительных и контрольных схем;

− открепление изделия;

− съем изделия с места испытаний;

− транспортирование объекта на следующую операцию.

В соответствии с этим в структурную схему автомата или полуавтомата для контроля или испытания объекта входят следующие функциональные узлы:

− механизмы перемещения (транспортеры), ориентации;

− закрепление и включение прибора в измерительную и контрольную схему;

− блок задания испытательных режимов по принятой программе;

− преобразователь и усилительно-измерительные устройства для измерения показаний при контроле или испытании объекта;

− записывающие устройства, фиксирующие результаты испытаний, отбраковывающие устройства;

− счетчик;

− блокировочное устройство для остановки всего процесса;

− устройство для транспортирования объекта на следующую операцию.

Техническое задание на разработку автоматизированной системы испытаний (АСИ) содержит:

− перечень функций АСИ с их краткой характеристикой;

− характеристики необходимой точности и быстродействия, выполнения каждой функции и их совокупности;

− значение показателей надежности для системы и реализуемых ею отдельных функций;

− режимы функционирования по реализации каждой управляющей функции;

− характеристики совместимости АСИ со сменными системами;

− сведения об условиях эксплуатации АСИ и ее составных частей;

− метрологические характеристики измерительных каналов;

− эргономические требования к АСИ (удобство эксплуатации, в частности по способу и форме представления информации оператору);

− требования по численности и квалификации оперативного и обслуживающего персонала.

СТРУКТУРА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ИСПЫТАНИЙ

Автоматизированные системы испытаний являются одним из звеньев общей интегрированной системы автоматизации производства. На рис. 56 представлена иерархия автоматизированных систем завода. На 5 уровне находятся исполнительные механизмы и датчики, сигнал с которых поступает на уровень контроллеров (4), и далее на автоматизированные системы испытаний – уровень 3. Как правило, несколько автоматизированных систем могут объединяться в систему более высокого уровня (2), в свою очередь автоматизированные системы этого уровня передают обобщенные данные на уровень ЭВМ управляющих цехами, и затем центральной ЭВМ завода. Такая иерархия позволяет контролировать с одной стороны практически каждый преобразователь с центральной ЭВМ и в то же время не загружает центральную ЭВМ управлением производственными объектами, позволяя руководству завода сосредоточиться на глобальном планировании и управлении производством.

Датчики в автоматизированных системах могут подключаться по нескольким схемам.

Преимущество радиальной системы, представленной на рис. 57, –высокое быстродействие и независимое снятие показаний с датчиков; однако эта система обладает плохой ремонтопригодностью и надежностью из-за большого количества сигнальных и управляющих проводов, кроме того, она является очень дорогой. Данная структура реализуется, в основном, в исследовательских автоматизированных системах испытаний.

Рис. 56. Иерархия автоматизированных систем

Рис. 57. Радиальная структура

Рис. 58. Кольцевая структура

На рис. 58 представлена кольцевая структура. В ней все датчики и управляющая ЭВМ объединены в управляющее кольцо и сигнал последовательно передается от модуля к модулю. Системы, построенные по такой структуре, обладают достаточно низким быстродействием и при выходе хотя бы одного блока из строя измерения останавливаются, однако они дешевы и достаточно часто применяются в системах, где не требуется высокое быстродействие.

Системы, построенные по радиально-кольцевой структуре, в настоящее время являются преобладающими (рис. 59). Эта структура при относительно малом (от двух) количестве сигнальных проводов позволяет построить системы с приемлемым быстродействием и не зависит от выхода из строя отдельного элемента системы.

Автоматизированная система включает в себя ряд элементов.

Техническое обеспечение – совокупность взаимодействующих и объединенных в единое целое устройств получения, ввода, подготовки, обработки, хранения, регистрации, вывода, отображения, использования, передачи информации и средств реализации управляющих воздействий автоматизированной системы испытаний.

Математическое обеспечение – это методы, математические модели системы и испытываемых изделий, алгоритм функционирования автоматизированной системы испытаний и решения отдельных задач испытаний.

Программное обеспечение – программы, необходимые для реализации всех функций автоматизированной системы испытаний.

Информационное обеспечение – нормативно-справочная документация, например, содержащая описание стандартных испытательных процедур, типовых управляющих решений и т.д., форма предоставления и организации данных автоматизированной системы испытаний, в том числе формы документов в виде видеограмм и протокола обмена данными.

Рис. 59. Радиально-кольцевая структура

Лингвистическое обеспечение АСИ – тезаурусы (словари), языки описания и манипулирования данными, управление процессами испытаний и программирования.

Организационное обеспечение – это совокупность правил и предписаний, устанавливающих структуру организации и ее подразделений и их функции, и требуемое взаимодействие персонала автоматизированных систем с комплексом технических средств и между собой.

Методическое обеспечение – документация, в которой содержится состав, правила отбора и эксплуатации комплексов АСИ, последовательность операций, реализующих типовые процедуры контроля и испытаний, инструкции по работе с оборудованием.

Метрологическое обеспечение АСИ – состоит из метрологических средств и инструкций по их применению.

К техническому обеспечению АСИ предъявляются следующие требования:

1) комплекс технических средств АСИ должен быть достаточен для реализации всех функций, установленных в техническом задании на систему;

2) в комплекс технического оборудования АСИ должны входить технические средства, необходимые для наладки и проверки работоспособности технических средств и запасные приборы;

3) технические средства автоматизированных систем испытаний должны иметь срок службы не менее 6 лет, а их технические характеристики должны обеспечивать взаимозаменяемость одноименных средств без изменения и регулировки остальных;

4) структура и характеристики технических средств в АСИ должны обеспечивать принцип автоматизации, максимальное использование изделий Государственной системы промышленных приборов и СИ, обеспечивать возможность модернизации;

5) техническое обеспечение АСИ должно быть надежным, устойчивым к внешним воздействиям, нестабильности источников питания и создавать минимальный уровень промышленных помех.

По выполняемым функциям технические средства можно разделит на пять основных групп:

1) средства воспроизведения внешних воздействующих факторов (испытательные камеры и установки);

2) контрольно-измерительные средства (устройства тестового контроля и т.д.);

3) средства управления, обработки и преобразования данных (ЭВМ с винчестером, устройства связи, АЦП, ЦАП и т.д.);

4) средства оперативного воздействия инженера-испытателя с системой (клавиатура, пульт, монитор, лампочки);

5) средства ввода-вывода информации на машинные носители (перфокарты, принтера, плоттера и т.д.).

Рис. 60. Структура математического обеспечения АСИ:

ММ – математическая модель; ППс – первичный преобразователь стенда; ППи – первичный преобразователь изделия

На рис. 60 представлена общая структура математического обеспечения АСИ, позволяющая связать модели в единое целое и рассматривать автоматизированную систему испытаний как единый объект.

В состав программного обеспечения АСИ входят общее программное обеспечение, которое включает программы и операционные системы, обслуживающие стандартные программы.

Программы и операционные системы включают в себя управляющие программы; перемещаемые загрузчики; трансляторы с языков высокого уровня, низкого; редакторы и т.д.

Обслуживающие программы обеспечивают управление вводом-выводом данных, обработку прерываний,

тестирование и диагностику установок, блоков и систем.

Специальное программное обеспечение обеспечивает решение специфических задач АСИ.

Пакеты прикладных программ представляют собой совокупность взаимосвязанных программ, предназначенных для реализации функций или группы функций АСИ.