Черкасов Ю.Н. Совершенствование системы испытаний:
Многоуровневая система телемониторинга пространственно-рассредоточенного оборудования. Кн.1

Оглавление

Ключевые слова

Измеритель-регулятор параметров

Интерфейс

Испытание

Испытательная станция

Испытательное оборудование

Климатическая камера

Компьютерная технология

Контроль температуры

Космический аппарат

Рабочее место испытателя

Телемониторинг

Шкаф СУМП

Электропечь

Эффективность

От автора

Считаю своим долгом и необходимостью информировать научно-техническое сообщество об очередном новом научно-техническом результате, полученном в ОАО "Корпорация „ВНИИЭМ“" в итоге многолетних изысканий – разработана и внедрена многоуровневая автоматическая система непрерывного телемониторинга пространственно-рассредоточенного испытательного оборудования в реальном масштабе времени. Работа выполнена в инициативном порядке.

В процессе исследований штатного (традиционного) способа контроля испытательного оборудования (климатических камер и др.) мы столкнулись с исключительно трудной проблемой. (Под проблемой понимают задачу, путь решения которой неизвестен). Следует кратко разъяснить читателю суть трудности:

1.   Климатические камеры размещены в двух зданиях на нескольких этажах и во многих комнатах, т. е. пространственно рассредоточены.

2.   Камеры выпущены в 80-х годах прошлого века за рубежом. Все камеры многократно выработали гарантийный ресурс, некоторые системы у них отказали, в том числе отказала часть элементов систем регулирования температуры. Запасных частей уже не было, да и восстанавливать отказавшие узлы в прежнем виде не имело смысла, т. к. заводские системы регулирования технически и морально устарели Они были низкоточными, механическими (с помощью самописцев), сугубо автономными.

3.   Штатный способ контроля температурных режимов испытаний изделий в камерах заключается в обходе человеком всех камер, вследствие чего имели место неконтролируемые интервалы испытаний, что чревато крайне нежелательными последствиями, поскольку в камерах испытывают уникальные дорогостоящие изделия, в том числе бортовую аппаратуру космических аппаратов (КА).

Именно поэтому мы стали изыскивать научно-технические решения, исключающие неконтролируемые интервалы испытаний и, по этой причине, возможный срыв испытаний или "порчу" изделий из-за самопроизвольного изменения температуры в камерах или их отказов. Считаем, что эту задачу нам удалось успешно решить.

В результате этих трудностей возникла дилемма: или выбросить эти камеры и купить новые. Но, с одной стороны, это дорого и долго, а с другой, наиболее важной, – предприятие осталось бы на некоторое время без возможности проводить температурные испытания бортовой аппаратуры КА. Или поискать и реализовать какую-нибудь приемлемую возможность "реанимировать" системы регулирования, не прерывая использование камер для испытания изделий. И мы пошли по второму, наиболее трудному, пути, осознавая значение научно-техни¬че¬ского авторитета нашего Предприятия для космической отрасли России. (Полученный в работе результат подтвердил сторицей правильность нашего, непростого в то время, выбора).

В результате длительных научно-технических изысканий был найден путь решения возникшей проблемы – телемониторинг камер, который позволял, как нам представлялось в то время, решить одновременно большинство трудностей. И оказались в дальнейшем правы.

Но для реализации телемониторинга требовались новые конструктивные решения систем регулирования температуры, т. к. в штатных (заводских) системах конструктивно не предусмотрена выдача информации во внешнюю среду – это системы сугубо автономные. После очередных изысканий было найдено решение – автоматические измерители-регуляторы температуры с микропроцессорами, которые к этому времени уже начали выпускать в России. Но теперь возникла новая проблема – встроить в штатную электрическую схему камер эти регуляторы так, чтобы не изменять электрическую схему управления нагревателями и холодильниками. Были испытаны несколько типов регуляторов. Первые попытки использования в камерах нескольких типов регуляторов оказались неудачными – они не удовлетворяли некоторым требованиям телемониторинга. И только после более тщательного маркетинга рынка автоматических измерителей-регуляторов, наконец, были найдены модели приборов, удовлетворяющие нашим требованиям, и которые установлены в настоящее время в камерах. Это сравнительно недорогие, простые в использовании, малогабаритные, легко встраиваемые в электрическую схему камер, имеющие внутренний интерфейс и удовлетворяющие нашим требованиям, приборы. С их использованием построена система телемониторинга, с помощью которой в настоящее время испытывают в камерах изделия ОАО "Корпорация „ВНИИЭМ“", в том числе и бортовую аппаратуру КА.

Следует особо информировать читателя ещё об организационной трудности – за всё время модернизации камер и внедрения системы телемониторинга на испытательной станции не прекращались испытания изделий в камерах. Это является одним из главных организационно-экономических достоинств данной инициативной работы.

Созданная система телемониторинга оказалась не просто высокоэффективной, но ещё и исключительно перспективной. Она допускает, сравнительно просто, не только её расширение, т. е. включение в неё аналогичных элементов, но и решение принципиально иных, более сложных, задач Например, разработанные в данной работе компьютерные программы, позволяют решать, при небольшом программном дополнении, очередную иерархическую задачу более высокого ранга – задачу принятия решения или задачу идентификации динамических систем. Компьютерное решение подобного типа задач позволяет создать автоматическую человеко-машинную систему испытаний высокого интеллектуального уровня. При этом основой этих новых систем останется именно разработанная многоуровневая (стратифицированная) система телемониторинга в реальном масштабе времени.

Хотелось бы обратить внимание читателя ещё на одно дос-тоинство данной работы. По информации, имеющейся у автора, на момент написания книги нет подобной системы на других предприятиях, имеющих пространственно-рассредото¬чен¬ное ис-пытательное оборудование подобного типа.

Данная работа является очередным практическим результатом выполнения требований "ПОЛИТИКИ В ОБЛАСТИ КАЧЕСТВА" ОАО "Корпорация „ВНИИЭМ“".

Считаю своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность доктору технических наук Алексею Петровичу Сарычеву за редактирование книги, Константину Вениаминовичу Ижмякову за объективный и доброжелательный отзыв о работе, а также за рецензирование книги.

Мне доставляет удовольствие поблагодарить доктора технических наук профессора Владимира Яковлевича Гечу за многократные вдохновляющие беседы, которые я имел с ним, за полезные замечания и ценные советы, которые позволили существенно улучшить содержание книги.

И наконец, я в долгу у моей жены Галины Фёдоровны Черкасовой за понимание значения данной работы и за многолетнее неистощимое терпение, без которых книга не увидела бы свет, поскольку она почти полностью написана в личное время.

Введение

Актуальность работы. Работа посвящена решению научно-технической задачи – разработке способа и устройства исключения неконтролируемых интервалов испытаний и внедрению автоматической системы непрерывного телемониторинга пространственно-рассредоточенного испытательного оборудования. Эта задача возникла как объективная настоятельная необходимость совершенствования штатной (заводской) системы контроля климатических камер. Дело в том. что камеры выпущены в 80-х годах прошлого столетия за рубежом, многократно выработали гарантийный ресурс, часть систем камер и часть элементов систем регулирования температуры отказали. Запасных частей уже невозможно было найти, да и восстанавливать эти системы в том же (заводском) виде не имело смысла т. к. они морально и технически устарели Штатные (заводские) системы регулирования были низкоточными механическими и в них конструктивно не предусматривалась выдача информации во внешнюю среду (в линии связи). Штатный способ контроля температурных режимов в пространственно-рассредото¬ченных камерах заключался в обходе человеком всех камер, т. е. был сугубо автономный, точечный, выборочный, эпизодический, вследствие чего имели место неконтролируемые интервалы испытаний, что чревато крайне нежелательными последствиями.

Целью работы является разработка способа и устройства, исключающего неконтролируемые интервалы испытания изделий в климатических камерах.

Конечный результат работы». Разработана и внедрена в 711 цехе ОАО «Корпорация „ВНИИЭМ“» уникальная многоуровневая (стратифицированная) автоматическая интеллектуальная человеко-машинная система дистанционного непрерывного контроля одновременно всего пространственно-рассредо¬точенного испытательного оборудования в реальном масштабе времени, основной составной частью которой является автоматизированное рабочее место испытателя (РМИ). Основу системы составляет современная компьютерная технология. Система осуществляет автоматическое измерение температуры во всех камерах и печах, параметров шкафов, сбор и обработку результатов измерения, их оперативное отображение на мнемосхеме в аналоговой форме в реальном масштабе времени, а также позволяет отображать их на компьютере РМИ в графической или табличной форме одновременно для всего оборудования (или для любой одной камеры, печи, шкафа) за любой интервал испытаний. Уникальной особенностью системы является её способность отображать результаты измерений на графиках по мере их поступления (режим наращивания графиков ("живая картинка")). Именно эта уникальная возможность системы позволяет оперативно решать самые главные (и другие тоже) задачи испытаний – мгновенно выявить отказ любой камеры или самопроизвольное изменение её температурного режима и, тем самым, полностью исключить порчу изделий при их испытаниях в камерах. Система может работать сколь угодно долго без вмешательства человека Необходимо её только включить. Система получилась многоуровневая (стратифицированная): для оборудования 11-го корпуса – два уровня контроля, для оборудования 9-го корпуса – три уровня. Проведённые эксперименты и опытная эксплуатация новой системы телемониторинга подтвердили её исключительную простоту, полную пригодность, практичность, работоспособность, удобство в использовании, очевидные преимущества в сравнении со штатной (заводской) системой контроля и несомненную практическую и экономическую выгоду.

Практическая значимость внедрённой системы телемониторинга заключается в том, что в настоящее время температурные испытания в климатических камерах изделий ОАО "Корпорация „ВНИИЭМ“" проводят только с использованием внедрённой системы телемониторинга, в том числе проведены испытания бортовой аппаратуры КА "Канопус-В" и Белорусского КА, уже запущенных на орбиту и успешно использующихся по целевому назначению. Система телемониторинга позволяет восстановить историю температурных испытаний изделий в камерах одновременно по всем камерам и печам или по любой одной камере (печи) за любой интервал испытаний, что важно при отказе изделия, особенно при его использовании уже по целевому назначению. Внедрение системы телемониторинга дало существенный экономический эффект.

Одним из достоинств разработанной системы телемониторинга является её перспективность. Система допускает не только её расширение (включение в её состав аналогичного оборудования) без каких-либо дополнительных доработок компьютерных программ, но и решение принципиально иных задач более высокого интеллектуального уровня, например, принятия решения или идентификации динамических систем и др. При этом основой этих новых систем останется именно внедрённая система телемониторинга.

Структура и объём книги. Книга состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 42 наименований и приложения. Работа изложена на 206 страницах, содержит 68 рисунков, 12 таблиц и 5 формул.

В первой главе проведен анализ штатной (заводской) системы контроля испытательного оборудования. Выявлены недостатки этой системы и сформулирована задача по совершенствованию существующей системы контроля оборудования.

Во второй главе найдены возможные пути решения постав-ленной задачи по совершенствованию существующей системы контроля испытательного оборудования и выбран вариант новой системы.

В третьей главе разработана новая система контроля, а именно, система телемониторинга климатических камер, электропечей и шкафов, включающая автоматические измерители-регуляторы, линии связи, автоматизированное рабочее место испытателя и компьютерные программы.

В четвёртой главе разработана инструкция испытателю по телемониторингу оборудования. Здесь же приведены возможные нештатные ситуации в системе телемониторинга и указаны действия испытателя при их возникновении Приведена техника безопасности при работе с системой телемониторинга.

В пятой главе проведена оценка эффективности новой системы в сравнении со штатной (старой, заводской) системой контроля испытательного оборудования.

В шестой главе сделаны тезисные наброски перспективной системы телемониторинга.

В заключении обобщены результаты работы.

Книгу является монографией, поскольку в ней представлена только одна тема, но по ней рассмотрен весь спектр вопросов, проведен обзор литературы по теме и опубликована достаточная библиография по теме.

Введение написано А. П. Сарычевым, остальная часть книги написана Ю. Н. Черкасовым, техническая реализация системы телемониторинга выполнена И. Н. Громовым, часть верстки рисунков выполнена Д. С. Колпаковым.

Об авторе

Черкасов Юрий Николаевич

Кандидат технических наук, академик и почетный доктор электротехники Академии электротехнических наук РФ, заслуженный испытатель космической техники Федерации космонавтики России, заслуженный испытатель ФГУП ВНИИЭМ. Подполковник в отставке. Автор более 80 опубликованных работ, в том числе по совершенствованию системы испытаний цикла из 7 книг, 5 монографий, учебного пособия, а также обладатель 8 патентов и 19 рацпредложений. Испытывал на орбите многие типы космических аппаратов (КА). Участвовал в обеспечении навигации с использованием КА первой высокоширотной экспедиции к Северному полюсу атомного ледокола «Арктика», участвовал в сборе научной информации для уточнения моделей Земли и Солнца. Разработал методику идентификации бортовой шкалы времени КА и энергетически сбалансированный принцип работы КА, которые были приняты Министерством обороны СССР на вооружение и позволили повысить точность модели Земли и продлить срок активного существования на орбите многих КА; разработал новую технологию и многие устройства испытания реле, позволившие получить существенный экономический эффект. Область научных интересов: перспективные системы испытаний, идентификация динамических систем, теория гравитации и реляционная теория, тензорные исчисления, темпорология. Награжден 9 правительственными медалями и ведомственной медалью им. А. Г. Иосифьяна.