Автоматизированные испытательные стенды

Для повышения качества и надежности выпускаемой продукции и увеличения ее конкурентоспособности необходимо осуществлять сплошной непрепрерывный контроль технических характеристик производимых устройств. Это возможно только при автоматизации процесса проведения испытаний и создании специализированных систем (стендов).

Автоматизированные испытательные стенды имитируют работу испытуемой детали в составе готового изделия на режимах, заявленных производителем. Испытание детали со снятием в автоматическом режиме всех параметров направлено на контроль качества продукции.

Назначение испытательных стендов

• повышение качества продукции,
• экономия электроэнергии,
• уменьшение влияния человеческого фактора, улучшение условий труда персонала за счет автоматизации процесса испытаний и применения современного оборудования, отвечающего последним техническим, эргономическим и санитарно-гигиеническим требованиям.

Области применения автоматизированных испытательных стендов

В жизненном цикле машины или оборудования с точки зрения диагностики можно выделить три основных этапа:

1. проектирование и исследование опытных образцов;
2. изготовление или ремонт серийной продукции, ее монтаж и наладка на месте эксплуатации;
3. контроль состояния в процессе эксплуатации между ремонтами.

Каждый этап сопровождается множеством испытаний, которые, зачастую, проводятся по одной и той же методике. Реализовав алгоритм проверки в аппаратно-программном комплексе, можно автоматизировать процесс проведения испытаний. Это повысит не только производительность, поскольку в автоматическом режиме измерения проводятся многократно быстрее, но и точность, поскольку виртуальные приборы позволяют проводить измерения по нескольким каналам одновременно, гарантируя идентичность сигналов при относительных измерениях и испытаниях, проводимых методом сличения с образцом. Кроме того, математическая обработка результатов измерений также может производиться автоматически — по окончании испытаний на экран (и в отчет!) выводятся значения измеряемых параметров и их отклонений от номинального значения.

Устройство стендов

Автоматизированные стенды для проведения ПСИ и других видов испытаний — это программно-аппаратный комплекс. Виртуальные приборы осуществляют управление подключенными устройствами при проведении проверки. Это и позволяет полностью автоматизировать процесс, поскольку оператору не требуется ни коммутировать измерительные каналы (это делает коммутационный блок), ни изменять параметры питания (используются программируемые источники питания), ни выставлять значения генератора (выход ЦАП также управляется программно), ни снимать показания (результаты измерений фиксируются в журнал проверки, настройки измерителей и время измерений подбираются в соответствии с условиями проверки), ни производить расчеты (SCADA система ZETView имеет мощный математический аппарат).

Аппаратная часть

Аппаратная часть стенда строится на базе анализатора спектра и коммутационного блока, и также может включать другие устройства. Набор приборов подбирается по функциональному назначению стенда, тип устройств — по их техническим параметрам в соответствии с требуемыми точностными характеристиками.

Рисунок 1 — структурная схема аппаратной части автоматизированного стенда «Калибровка ДУС»

Несколько устройств аппаратной часть могут объединяться в один корпус. На рисунке 1 приведен пример автоматизированного стенда для проведения калибровки датчиков угловых скоростей (описание программной части приведено в последнем разделе данной статьи), в состав которого входят: анализатор спектра, программируемый источник питания, поворотный механизм, и пульт контроля, который содержит коммутационный блок и усилители сигналов.

Программная часть

Программная часть стенда реализуется в SCADA системе ZETVIEW. В соответствии с методикой проведения испытаний строится алгоритм проверки в виде блок-схемы.

Гибкость

При разработке проекта учитывается необходимая степень гибкости. Стенд может быть специализирован для проведения испытаний устройств определенного типа, например, при сплошном выходном контроле и иметь лишь кнопку «СТАРТ», или использоваться для различных устройств и иметь множество элементов управления.

Специализированные стенды

Специализированные стенды предназначены для проведения испытаний определенного типа устройства — оператор вводит номер устройства и запускает проверку.

В таких проектах могут быть предусмотрен выбор вида испытаний или условий проведения проверки (рисунок 2), в зависимости от которых будут меняться условия проведения измерений, например, список проверяемых параметров, номинальные значения параметров, пределы погрешностей и т.д.

Рисунок 2 — выбор вида испытаний и условий проведения проверки

Также в специализированных стендах обычно предусматривают возможность выборочной проверки. В таких случаях оператор выбирает тип тестирования:

• Проверка всех параметров (сплошной контроль)
• Проверка нескольких параметров (выборочный контроль)
• Проверка одного параметра

Особенностью специализированных стендов является то, что оператор не задает непосредственно параметры проверки (значения питающих напряжений, номинальное значение параметра и т.д.) — все эти данные заложены в проекте. Оператор выбирает вид проверки, условия испытаний и т.п. — и все параметры задаются автоматически, после чего запускается алгоритм, соответствующий выбранному испытанию.

Пример специализированного стенда: «Калибровка датчиков угловых скоростей»

Универсальные стенды

Универсальные стенды позволяют проводить испытания различных типов устройств со схожими параметрами. Оператор выбирает тип устройства из списка, и, в зависимости от выбранного типа, изменяются параметры проведения проверки: значения тестирующих сигналов, частотный диапазон, динамический диапазон, список проверяемых параметров, номинальные значения параметров, пределы погрешностей и т.д.

Такие стенды, как правило, имеют более сложный интерфейс, предоставляя оператору возможность менять настройки программы.

Примеры универсальных стендов: «Поверка анализаторов спектра», «Поверка вибропреобразователей».

Многофункциональные стенды

Многофункциональные стенды позволяют проводить проверки в различных режимах: поверка, калибровка, отладка и т.д. Например, в режиме проверки определяются параметры устройства и делается вывод об их соответствии требованиям нормативной документации, а в режиме калибровки вносятся поправки в калибровочную таблицу.

Режим отладки позволяет оператору проводить измерения при условиях, отличных от указанных в методике испытаний, например, чтобы определить поправочные коэффициенты для работы прибора в условиях повышенных температур.

Многофункциональные стенды позволяют не просто проводить периодические испытания устройств, но и их тестирование, исследование влияния различных параметров на показания прибора.

Пример многофункционального стенда: «Устройство контроля электрических цепей»

Интерфейс

Внешний вид программы настраивается в соответствии со стандартами предприятия. Программы могут занимать малую часть экрана или быть многостраничными, иметь дополнительные окна настроек и файлы-конфигурации (для сохранения различных профилей).

Представление результатов
Результаты измерений помимо стандартного представления в численном и графическом виде могут быть представлены таблично, в виде световых индикаторов и индикаторов-рисунков:

Сообщения оператору

На экран могут выводиться сообщения оператору с инструкциями (например, подключить на вход заглушку), вопросами («Наблюдалась ли индикация на панели устройства») с вариантами ответа. Также в проекте может осуществляться световая и звуковая сигнализация.

Рисунки

Проекты могут содержать изображения, например, схемы подключения, пояснительные рисунки (Рисунок 3, Рисунок 4 — положения «1» и «0» при измерении крутящего момента проверяемого устройства). Рисунок может меняться в зависимости от вида проверки или других параметров. Также рисунки могут быть динамическими и демонстрировать, например, последовательность соединения частей механизма.

Рисунок 3 — фиксация в положении «1»

Рисунок 4 — фиксация в положении «0»

Создание отчетов

Одно из очевидных преимуществ автоматизированных стендов — сохранение результатов измерений в виде протоколов испытаний по заданной форме. Протоколы могут создаваться автоматически по окончании измерений или нажатием кнопки оператором. Возможен автовыбор директории для сохранения отчетов — по дате, по типу устройства, по результату испытаний.

Отчеты могут создаваться в форматах .txt, .dtn, .doc, .xls. Типы передаваемых данных: численные значения, массивы, текст, графики, дата. Также возможна интерпретация результатов в строки «испытуемый образец отвечает требованиям ТУ ХХХХ-ХХХ—ХХХХХХХХ—ХХХХ» или «По результатам испытаний представленный образец признан не годным к эксплуатации» и т.п.

Отчет об испытаниях может быть вписан в шаблон с реквизитами предприятия.

Внесение изменений

Поскольку программная часть автоматизированных стендов чаще всего выполняется в среде графического программирования ZETView, внесение изменений не занимает много времени и не предъявляет особых требований к квалификации персонала. Алгоритм проверки реализуется в виде блок-схемы. На рисунке 5 представлен алгоритм измерения переменного напряжения и сравнения полученного значение с допусками. При изменении значений допусков необходимо лишь указать новое значение в настройках компонента «Константа» (свойство «Value»). При этом найти данный компонент совсем не сложно, он имеет пиктограмму с надписью «Const». Окно настроек располагается в правой части окна программы.

Рисунок 5 — схема измерения переменного напряжения и сравнения полученного значения с допусками (интерфейс проектирования)

Законченный проект компилируют в виде исполняемого файла, в который невозможно внести изменения. Таким образом, оператор работает с исполняемым файлом, а исходный проект хранится на диске, входящем в состав стенда.

Заключение

Автоматизированные испытательные стенды находят множество областей применения:

Различные виды испытаний:

• приемо-сдаточные,
• периодические,
• типовые, контрольные на надежность.

Различные методы проверки:

• аттестация,
• поверка,
• калибровка,
• контроль точностных характеристик.

Универсальность

Стенды строятся на базе универсальных приборов, что позволяет использовать одну и ту же аппаратуру для проведения различных испытаний. Один стенд может иметь несколько программ — каждая для проверки устройств определенного типа. Таким образом, многофункциональный «испытательный центр» может разместиться на одном рабочем месте.

Гибкость

При разработке проекта учитывается «степень свободы», которую необходимо предоставить оператору для проведения проверки. Проекты могут иметь окна параметров с переключателями режимов, списками значений переменных, полями ввода. При настройке возможно чтение данных из файлов (тарировочных таблиц, файлов-конфигураторов). Стенды могут обладать системой удаленной настройки.

Интуитивно-понятный интерфейс

Поскольку программная часть стенда разрабатывается для решения определенной задачи, внешний вид программы максимально удобен для работы с ней. Используемая терминология, цветовые решения, форматы данных и форма отчетов полностью соответствуют стандартам предприятия.

Простота сопровождения

Построение проектов в графической среде программирования позволяет легко и быстро вносить в них изменения обычному пользователю, не обладающему навыками программиста. Построение аппаратной части на базе универсальных приборов обеспечивает простоту замены вышедшего из строя устройства. Каждый стенд комплектуется конструкторской документацией на аппаратную часть стенда, а также руководствами: программиста (описание построения проекта), оператора (работа с проектом), по эксплуатации (правила использования и методика настройки).