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.
