1,27% 1,77%^-
" 1,12%
_\ ---------■--\ 2,22%
0,87%
(ШГ®1 _ ! ,02%
2007 2008 2009 2010 20!!
Рис. 5. Данные по сообщениям и неисправностям, отнесенные к году изготовления изделий:
—А— — уровень дефектности изделий; — ♦— — уровень дефектности изделий без учета эксплуатационных и прочих дефектов
наибольший экономический или технический эффект), авторы которых поощряются соответствующим материальным вознаграждением.
По итогам 2011 г. три лучших внедренных предложения по улучшениям в общей сумме принесли предприятию экономический эффект в размере около 300 тыс. руб.
Подтверждением эффективности всех принимаемых мер по совершенствованию СМК можно считать снижение количества рекламаций и претензий по качеству, поступаю-
щих от предприятий-потребителей продукции предприятия (рис. 5).
Для получения объективной оценки деятельности предприятия руководство ОАО "НИИФИ" периодически инициирует проведение комплексной оценки результатов своей деятельности, примером которой может служить неоднократное участие предприятия в конкурсе на соискание премии Губернатора Пензенской области по управлению качеством по модели и критериям премии Правительства РФ в
области качества. На основе экспертных оценок ОАО "НИИФИ" неоднократно признавался лауреатом областного конкурса.
В 2011 г. ОАО "НИИФИ" впервые приняло участие в общероссийском конкурсе на соискание премии правительства РФ в области качества. По результатам полученных экспертных оценок ОАО "НИИФИ" присвоен статус "Лауреат конкурса". Признание успехов предприятия на федеральном уровне позволяет сделать вывод о правильности выбранных путей совершенствования деятельности предприятия и определить дальнейшие приоритетные стратегические направления деятельности в области качества.
Алексей Геннадиевич Дмитриенко — канд. техн. наук, генеральный директор;
Владимир Владимирович Измайлов — зам. генерального директора по качеству;
Александр Вячеславович Блинов — канд. техн. наук, зам. генерального директора по научной работе.
® (841-2) 59-19-77 □
УДК 681.3.014
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДАТЧИКОПРЕОБРАЗУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
А. Н. Катков, В. Н. Новиков
Показана актуальность создания системы автоматизированного проектирования интеллектуальных датчиков, приведены задачи по разработке интеллектуальных датчиков и структура системы автоматизированного проектирования.
Ключевые слова: интеллектуальный датчик, система автоматизированного проектирования.
Проектирование современной датчикопреобразую-щей аппаратуры (ДПА) представляет собой междисциплинарную область прикладной науки, развивающуюся на стыке метрологии, измерительной и вычислительной техники. Разработка новых поколений интеллектуальных датчиков (ИД) [1] требует решения целого спектра сложных научно-технических задач, связанных с преобразованием измеряемой величины в электричес-
Цель расчетов — не числа, а понимание
Р. В. Хэмминг
кую величину, преобразованием электрической величины в цифровой код, с цифровой обработкой измерительного сигнала и обеспечением связи датчика с информационно-измерительной системой (ИИС), а также с метрологическим самоконтролем.
Реализация непрерывно растущих требований к ИД неминуемо усложняет структуру ИД и делает непригодными традиционные методы разработки ДПА. Метод
Рис. 1. Взаимосвязь задач разработки интеллектуальных датчиков
проб и ошибок неприемлем из-за чрезмерной длительности и дороговизны, метод аналогий во многом опирается на метод проб и ошибок и неэффективен для создания датчиков, основанных на новых принципах и предназначенных для измерения новых физических величин. Действенным методом остается модельно-уп-равляемое проектирование [2], которое возникло с развитием вычислительной техники и различных систем компьютерной математики и автоматизированного проектирования и представляет собой развитие метода аналогий применительно к искусственной действительности, т. е. к моделям [3].
В настоящее время разработано множество систем автоматизированного проектирования (САПР), дающих разрозненные решения частных задач. Тем не менее, имеется потребность в создании интегрированного инструментального средства, реализующего методику модельно-управляемого проектирования ДПА. В литературе такому инструментальному средству уделяется крайне мало внимания. Актуальность его создания отмечена в [4]. Пример системы проектирования рекон-фигурируемых ИД приведен в работе [5], однако же задачи построения первичных преобразователей и конструкций ИД, испытаний и аттестации в ней не рассматриваются.
Укрупненно взаимосвязь задач разработки интеллектуальных датчиков показана на рис. 1.
Процесс разработки можно условно разделить на такие этапы, как постановка задачи, абстрактное решение, реализация решения и проверка результата. Этап постановки задачи полностью зависит от человека: формулируются измерительная задача и критерии качества ее решения. На этапе абстрактного решения строятся математическая модель измерительной задачи и алгоритм обработки измерительных сигналов и взаимодей-
ствия с информационно-измерительной системой. Модель представляется в некотором формальном виде, по возможности аналитическом; алгоритм — в виде некоторой дискретной сущности, например, конечного автомата.
На этапе реализации абстрактного решения разрабатываются чувствительный элемент (ЧЭ), принципиальная схема цифрового вторичного преобразователя, встроенное программное обеспечение и конструкция. Для этого моделируется восприятие измеряемой величины, т. е. взаимодействие ЧЭ с объектом измерений, условия эксплуатации и следствия воздействия внешних влияющих факторов (ВВФ) на измерительный сигнал, особенно влияние температуры. Температура является мерой внутренней энергии конструктивных составляющих датчика, поэтому ее изменение влечет за собой изменение значений сопротивлений, емкостей, модуля упругости, линейные и объемные расширения и сжатия материалов и т. д. Подробно следствия влияния температуры изложены в [6, 7].
Результаты моделирования восприятия измеряемой величины в условиях эксплуатации определяют начальный сигнал и чувствительность ЧЭ, а также функции влияния ВВФ на измерительный сигнал. Эти параметры диктуют требования к входному каскаду принципиальной схемы цифрового вторичного преобразователя. Остальные требования к принципиальной схеме вторичного преобразователя, а также требования к его структурной и функциональной схемам вытекают из алгоритма обработки измерительных сигналов. Алгоритм и принципиальная схема представляют собой исходные данные для разработки встроенного программного обеспечения (ВПО) ИД. Разработка конструкции ИД взаимосвязана с разработкой ЧЭ, принципиальной схемы и ВПО, а также включает разработку корпуса и печатных плат.
Соответствие полученного результата требованиям измерительной задачи устанавливается на этапе проверки реализованного решения. Для этого выполняется изготовление деталей, монтаж электрорадиоизделий, сборка и настройка ИД, проводятся испытания ИД. Исходя из результатов испытаний и критериев качества решения измерительной задачи, делается вывод о пригодности разработанного ИД для поставленной задачи и аттестации ИД или о необходимости повторного проектирования для устранения выявленных недостатков.
Для решения изложенных задач разработчику ИД необходим инструментарий имитационного моделирования, проектирования конструкций и исследования их методом конечных элементов (включая тепловой и электромагнитный анализ), схемотехнического проектирования и моделирования, проектирования печатных плат, разработки ВПО, а также эмулятор взаимодействия с ИИС по цифровому каналу связи. Кроме того, необходим инструментарий подготовки программ для роботизированных станков, технологической поддержки изготовления, сборки и настройки, а также автоматизации испытаний и аттестации.
В настоящее время при решении рассмотренных задач применяется набор различных САПР, систем ком-
34
вепвогв & Эувгетв • № 10.2012
Рис. 2. Применяемые инструментальные средства
пьютерной математики и интегрированных сред программирования (рис. 2).
Математическая модель строится в среде MATLAB/ Simulink, алгоритм прорабатывается в StateFlow и в аналитическом виде — в Maple. Конструкция ЧЭ и датчика в целом моделируется методом конечных элементов в САПР AnSYS и COMSOL MultiPhysics. Аналитическое моделирование структуры датчика выполняется в пакете MapleSim. Принципиальная схема разрабатывается в САПР Altium Designer, при необходимости также в средах pCap, PSpice. Встроенное программное обеспечение в зависимости от выбранных микроконтроллеров разрабатывается в интегрированных средах Keil р.Vision, IAR Embedded WorkBench, Cross-Core Embedded Studio и др. Программы для роботизированных станков разрабатываются в средах TEMMA-3D, SprutCAM и др. Испытания и аттестация датчиков выполняются с помощью среды LabVIEW. Для объединения инструментов используются графические нотации UML [8], SysML [9] и ДРАКОН [10]. Методологический базис применения моделирования и цифровой обработки измерительных сигналов в ДПА приведен в работе [11].
Практическое использование столь широкого спектра инструментальных средств и графических нотаций
сопряжено со значительными трудностями. Главные трудности — разрозненность, несовпадение форматов файлов, необходимость подготовки конвертеров, громоздкость и дороговизна. Кроме того, разрозненность инструментов во время разработки препятствует формированию целостного представления о проектируемом датчике у разработчиков. Каждый специалист стремится решить частную задачу, ориентируясь на частные критерии без учета их влияния на характеристики датчика. Нередко следствием становится появление невостребованного качества отдельных узлов датчика и неудовлетворительное выполнение требований, предъявляемых к датчику в целом. Причина трудностей — отсутствие единого информационного пространства.
САПР датчикопреобразующей аппаратуры необходима именно как средство построения и поддержки единого информационного пространства разработки интеллектуальных датч
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.