Принципы построения компьютеризированной системы метрологического обеспечения производства на база ИПИ-технологий

В.И. Телешевский,
д.т.н., проф.,

П.Н. Емельянов,

к.т.н., доц.,

Д.Н. Шишков,

асп.,
МГТУ «Станкин», г. Москва

В докладе рассматриваются принципы построения компьютеризированной системы метрологического обеспечения производства на база ИПИ-технологий. В первой части доклада приводится вариант базового набора параметров и необходимых связей между этими параметрами, на основе которых может строиться компьютеризированная система метрологического учета средств измерений. Во второй части доклада приводится единая инфологическая модель для обеспечения компьютеризированного выбора средств измерений.

In the report it is considered the principles of construction of the computerized production metrological assurance system based on CALS-technology. In the first part of the report it is provided the version of the basic set of parameters and the necessary relationships between these parameters, based on which can construct a computerized system of metrological accounting of measuring instruments. In the second part of the report it is provided the single infological model for computerized selection of measuring instruments.

Введите текст или адрес веб-сайта или переведите документ.

Известно, что одним из инструментов повышения конкурентоспособности и упрочнения рыночного положения крупных и средних производственных предприятий в современных условиях является реализация компьютерно-интегрированных производств на основе внедрения класса информационных технологий, называемых ИПИ-технологиями. ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий) – принятая в большинстве промышленно развитых стран концепция информационной поддержки жизненного цикла изделий, основанная на электронном обмене данными и стандартизации представления данных на каждом этапе жизненного цикл изделия (ИПИ-стандарты)[1]. Применение ИПИ-технологий позволяет повысить эффективность управления информационными ресурсами предприятия, что дает следующие эффекты:

· сокращение времени выхода изделия на рынок (сокращение временных издержек);

· уменьшение стоимости изделий;

· повышение качества изделий.

Необходимость внедрения ИПИ-технологий в процесс производства вызывает необходимость внедрения их и в деятельность по метрологическому обеспечению производства. Так, например, ведение автоматизированной технологической подготовки производства (ТПП) на основе ИПИ-стандартов требует внедрения этих стандартов и в процедуру выбора необходимых средств измерений (СИ). Это продиктовано тем, что современные компьютеризированные системы технологической подготовки производства позволяют подготовить технологический процесс в среднем за день, но в это время не включено время на согласование средств измерений для контроля хода процесса с отделами метрологической службы, которое может иногда достигать одной-двух недель. А автоматизация выбора СИ при проведении технологической подготовки производства в свою очередь требует наличия автоматизированной системы метрологического учета всего парка СИ, объем которого на средних и крупных предприятиях может достигать сотен тысяч и даже миллиона экземпляров.

Деятельность по метрологическому обеспечению СИ производства можно разделить на две составляющие:

1. Обеспечение метрологического учета имеющихся на предприятии СИ;

2. Выбор СИ (как из числа имеющихся на предприятии, так и из предлагаемых на рынке и входящих в Государственный реестр РФ).

Следует подчеркнуть, что деятельность по метрологическому учету СИ гораздо шире деятельности по инвентаризационно-техническому учету, так как она дополнительно включает в себя учет и хранение данных о периодических и других поверках (калибровках) СИ (в том числе значений поверяемых параметров СИ), ремонтах и консервациях СИ, то есть представляет собой весь процесс документооборота, связанный с эксплуатацией, периодическими и другими поверками (калибровками) и ремонтами СИ вплоть до списания данного экземпляра СИ.

1. Компьютеризация метрологического учета СИ

Для компьютеризации метрологического учета СИ необходимо создать систему метрологического учета (СМУ), реализующую ИПИ-технологии применительно к жизненному циклу СИ на предприятии, что позволит преобразовать поддержку всего жизненного цикла СИ на предприятии в высокоавтоматизированный процесс. Обязательным условием является интеграция такой СМУ в ИПИ-систему предприятия.

Система метрологического учета должна обеспечивать хранение следующей информации:

· списка всех имеющихся на предприятии СИ и их параметров (инвентарного номера, диапазона измерения, класса точности, цены деления, текущего статуса СИ и т.д.);

· информации о периодических и других поверках (калибровках) всех СИ, включая не только даты поверок (калибровок) и их итоговые результаты (годно/не годно), но и значения параметров СИ, подвергаемых контролю согласно стандартизированным Методикам поверки;

· информации о ремонтах СИ.

На основе этих данных cистема метрологического учета должна обеспечивать:

· составление графиков периодических поверок и контроль их соблюдения;

· контроль текущего статуса СИ;

· контроль за передачей СИ в ремонт и возвратом из ремонта;

· формирование сводных отчетов (списков СИ) по различным критериям поиска (как по отдельности, так и совместно):

o по статусу СИ (в эксплуатации, на хранении, в ремонте, на поверке, списанные);

o но номенклатурному составу СИ (по типоразмерам, диапазонам измерения);

o по возрастному составу и техническому состоянию (датам ввода в эксплуатацию, количеству проведённых ремонтов);

o по принадлежности СИ к различным подразделениям предприятия.

Следует отметить, что действующие ИПИ-стандарты, регламентирующие представление данных о средствах измерений, отсутствуют. Поэтому в данной работе предлагается вариант базового набора параметров и необходимых связей между этими параметрами, на основе которых может строиться компьютеризированная система метрологического учета СИ.

В данной части рассматриваются только вопросы организации хранения требуемых данных в компьютеризированной системе метрологического учета СИ.

Для описания моделей данных были использованы диаграммы классов унифицированного языка моделирования UML (Unified Modeling Language) [2]. И прежде чем перейти к рассмотрению моделей данных, сначала вкратце рассмотрим основы языка UML .

Диаграммой классов в терминологии UML называется диаграмма, на которой показан набор классов, а также связей между этими классами.

Классом называется именованное описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями, связями и семантикой. Графически класс изображается в виде прямоугольника, разделенного на три горизонтальных раздела. У каждого класса есть уникальное имя, указываемое в верхнем разделе прямоугольника (рис. 1).

Имена атрибутов представляются в разделе класса, расположенном под именем класса. При этом атрибутом класса называется именованное свойство класса, описывающее множество значений, которые могут принимать экземпляры этого свойства.

рис.1 Класс “Человек” с указанными именами атрибутов

В диаграмме классов могут участвовать связи трех разных категорий, но в данном случае была использована только связь-ассоциирование (ассоциация).

Ассоциацией называется структурная связь, показывающая, что объекты одного класса некоторым образом связаны с объектами другого или того же самого класса. Графически ассоциация изображается в виде линии, соединяющей класс сам с собой или с другими классами.

С понятием ассоциации связаны два важных дополнительных понятия: кратность и агрегация.

Кратность ассоциации определяет, сколько экземпляров одного класса может быть соотнесено с одним экземпляром другого класса. Возможны следующие варианты кратности (рис. 2):

рис.2 Варианты кратности ассоциации

1. Ассоциация один-к-одному. При такой ассоциации объект одного класса связан ровно с одним объектом другого класса. Например, Человек Имеет Голову.

2. Ассоциация один-ко-многим. В данном случае имеется ассоциация один-к-одному в одном направлении и один-ко-многим в другом. Например, Дом Содержит Квартиры.

3. Необязательная ассоциация. В случае такой ассоциации объект одного класса может не быть связан с объектом другого класса. Например, Человек Владеет Мобильным Телефоном: человек сам решает, сколько мобильных телефонов ему необходимо иметь: ноль, один, два или более.

4. Ассоциация многие-ко-многим. В данном случае ассоциация в обоих направлениях имеет тип многие-ко-многим. Например, Проект Выполняется Сотрудниками: проект может выполняться многими сотрудниками, но в то же самое время каждый сотрудник может участвовать во многих проектах.

Обычная ассоциация между двумя классами характеризует связь между равноправными сущностями: оба класса находятся на одном концептуальном уровне. Иногда в диаграмме классов требуется отразить тот факт, что ассоциация между двумя классами имеет специальный вид “часть-целое”. В этом случае класс “целое” имеет более высокий концептуальный уровень, чем класс “часть”. Ассоциация такого рода называется агрегатной. Графически агрегатные ассоциации изображаются в виде простой ассоциации с незакрашенным ромбом на стороне класса - “целого”.

Бывают случаи, когда связь “части” и “целого” настолько сильна, что уничтожение “целого” приводит к уничтожению всех его “частей”. Агрегатные ассоциации, обладающие таким свойством, называются композитными, или просто композициями. Графически композиция изображается в виде простой ассоциации, дополненной закрашенным ромбом со стороны “целого”.

Для обеспечения компьютеризированного учета информации обо всех СИ и их ремонтах достаточно реализовать следующие классы (рис. 3):

рис.3 Диаграмма классов для системы метрологического учёта

1. Класс “Типоразмер СИ”. В этом классе хранится список всех типоразмеров (моделей) СИ, используемых на предприятии, а также единые для каждого типоразмера метрологические характеристики.

2. Класс “СИ”. Этот класс отводится для хранения сведений о конкретном экземпляре СИ.

3. Класс “Завод-изготовитель”. Данный класс является справочным, он содержит список всех заводов-изготовителей СИ и используется для устранения ненужного дублирования информации.

4. Класс “Нормативный документ”. Он является справочным и содержит список нормативных документов, регламентирующих технические условия на СИ и методики поверки (калибровки) СИ.

5. Класс “Местонахождение”. Этот класс также является справочным, он содержит список всех возможных местонахождений СИ, мест его поверки и ремонта.

6. Класс “Ремонт”. В этом классе хранятся все сведения о ремонтах всех экземпляров СИ.

Обеспечение компьютеризированного учета информации о поверках, а точнее – учета значений параметров СИ, подвергаемых контролю на каждой из поверок, является более сложной задачей, так как для каждого типоразмера (модели) СИ требуется хранить свой набор контролируемых параметров (например, контрольных точек).

В ходе анализа этих параметров поверки выяснилось, что значения некоторых из них являются вещественными числами различной точности, то есть с различным числом знаков после запятой, и могут быть выражены в различных единицах измерения, другие же параметры являются «логическими» (например, к "логическим" следует отнести имеющиеся практически у всех СИ параметры поверки «Внешний осмотр» и «Опробование», которые могут принимать только два значения: «Годно» или «Не годно»).

Так как тип значения в классах жестко определяется типом атрибута, оно не может одновременно содержать даже вещественные числа различной точности, а тем более еще и значения «логического» типа. Поэтому предлагается для хранения значений параметров поверки использовать атрибут типа «Строка», что позволит хранить как вещественные числа вместе с их единицами измерения, так и «логические» значения. Но тогда становится необходимым дополнительно хранить список самих параметров поверки и их типов в отдельном классе для того, чтобы позволить программе метрологического учета автоматически преобразовывать строковые значения в вещественные нужной точности и обратно.

По изложенным выше причинам для представления информации о поверке используются следующие классы:

7. Класс “ Параметр поверки”. Данный класс содержит список всех параметров поверки для всех типоразмеров.

8. Класс “Поверка”. В этом классе хранятся все поверки всех экземпляров СИ.

9. Класс “Значение параметра поверки”.

Этот класс, содержащий значения каждого из параметров, определенных на каждой из проведенных поверок СИ. Как уже было сказано выше, значения параметров поверки в этом отношении хранятся в виде строк.

Предлагаемая модель представления информации о СИ построена в соответствии с идеологией стандарта ISO 10303 (ГОСТ Р ИСО 10303) и позволяет интегрировать систему компьютеризированного метрологического обеспечения в единую ИПИ-систему предприятия.

2. Компьютеризация выбора средств измерений

Выбор СИ рассмотрен на примере универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм и опирается на соответствующие нормативные документы [3,4]. Для компьютеризации выбора СИ для измерения заданного параметра с заданной точностью предлагается инфологическая модель (рис. 4), состоящая из следующих классов:

1. Класс “Тип СИ”. Класс содержит список всех используемых типов СИ (например, «Линейка измерительная металлическая с ценой деления 1 мм», «Микрометр гладкий с величиной отсчета 0.01 мм» или «Головка измерительная пружинная (микрокатор) с ценой деления 0.005 мм и пределом измерения ±0.15 мм»).

2. Класс “Тип измерения”. Этот класс содержит список всех типов измерения, а именно: наружный размер, внутренний размер, глубина или уступ, радиальное или торцевое биение.

3. Класс “Вариант использования СИ”. Содержит список вариантов использования всех СИ.

4. Класс “Параметр варианта использования”. Содержит значения параметров использования для всех вариантов использования. Например, для микрометров рычажных задаются значения следующих параметров: вид контакта, класс концевых мер, температурный режим. Так как не все параметры имеют числовые значения (например "Вид контакта" – строка), то атрибут «значение» тоже имеет строковый тип.

5. Класс “Тип параметра варианта использования”. В этом классе хранятся описания типов параметров вариантов использования.

6. Класс “Предельная погрешность”. Содержит список значений предельных погрешностей для всех поддиапазонов СИ при данном варианте использования.

7. Класс “Реализуемый тип измерения”. Класс содержит типы измерения, которые можно производить при данном варианте применения. Например, микрометром гладким можно измерять только наружные размеры, а штангенциркулем ШЦ-II - наружные и внутренние. Причем для штангенциркуля наружные и внутренние измерения производятся в разных вариантах применения и с разными предельными погрешностями.

Предлагаемая модель построена на следующих соображениях:

· для измеряемого параметра известна допустимая погрешность измерения (квалитет, допуск);

· любое средство измерения имеет заданную определяемую предельную погрешность измерения на его диапазоне измерения;

· предельная погрешность зависит от варианта использования СИ, например, от класса концевой меры длины, использованной при настройке, от используемого диапазона измерения или от типа измеряемого размера (наружный, внутренний);

· для некоторых СИ возможно уточнение предельной погрешности измерения на некоторых поддиапазонах диапазона измерения (обычно в сторону уменьшения);

· описание варианта использования может включать в себя «значения параметров» различных типов: класс (разряд) концевой меры длины, температурный режим и т.п., для универсального описания которых используется метод «типизированного преобразования в строку», использованный ранее для представления поверок.

рис.4 Диаграмма классов для задачи выбора СИ

На основе предложенной модели выбор подходящих типов СИ и вариантов использования СИ для контроля известного размера с заданной допустимой погрешностью можно реализовать следующим запросом:

ВЫБРАТЬ Вариант_использования ИЗ Предельная_погрешность

ОБЪЕДИНИТЬ С Реализуемый_тип_измерения

ПО (Предельная_погрешность.Вариант_использования

=Реализуемый_тип_измерения.Вариант_использования)

ГДЕ :Размер МЕЖДУ начало_диапазона И конец_диапазона

И погрешность МЕЖДУ :допустимая_погрешность/2 И :допустимая_погрешность

И Реализуемый_тип_измерения.Типа_измерения=:Тип_измерения

Данный запрос записан в русифицированном варианте языка SQL (язык структурированных запросов), и он уже учитывает то, что обычно по экономическим соображениям не рекомендуется выбирать СИ, предельная погрешность которых меньше половины допустимой.

На основании вышеизложенных принципов сотрудниками кафедры “Измерительные информационные системы и технологии” ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» (г. Москва) разработана компьютеризированная система метрологического обеспечения, внедренная на ФГУП «ММПП Салют», заводе «Турбодеталь» филиале ОАО «Газэнергосервис». Эксплуатация показала эффективность системы и повышение производительности труда метрологов не менее чем в 2 раза.

Литература

1. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Павлов В.В., Рыбаков А.В. Информационно-вычислительные системы в машиностроении. CALS-технологии. – М.: Наука, 2003, 292с.

2. OMG Unified Modeling Language Specification - March 2003, Version 1.5, formal/03-03-01.

3. РД 50-98-86 «МУ. Выбор универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм».

4. ГОСТ 8.051-81 «Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм».