Отечественные разработки для автоматизации поверочных и измерительных процедур

 Автор

Александр Кондратьев, руководитель проектов

Стремительное развитие технологий предъявляет метрологическим лабораториям все более жесткие требования. Точность и надежность результатов поверки, обязательное ведение обширной документации требуют колоссальных трудозатрат. В этих условиях автоматизация поверочных процессов приобретает ключевое значение для метрологических лабораторий.

Не саженью единой

Ребенок, едва появившийся на свет, часто еще не имеет имени, но уже получает свои первые измерения:вес, рост, температура. Так, сами того не подозревая, с первых дней жизни мы имеем дело с метрологией. Измерения сопровождают нас практически во всех сферах жизни–отисследований состояния здоровья до проверки качества продуктов и окружающей среды.

Важность систематизации измерительных процессов прослеживается от стародавних времен до технологических процессов наших дней. В старину расхождения в трактовках длины сажени или пяди легко становились поводом для разногласий на ярмарках. В современных реалиях есть и конкретные примеры катастрофичных последствий от ошибочных расчетов. В соответствии с ними космический модуль NASAдолжен был пролететь над поверхностью Марса на высоте 140 км, однако он вторгся в атмосферу планеты на 57 км и сгорел. Расследование показало, что при подготовке запуска две группы специалистов пользовались разными единицами измерения –британскими (имперскими) и метрическими.

Рис. 1,2. Экспонаты Метрологического музея при Институте метрологии им. Д.И. Менделеева

Решению задач по обеспечению единства измерений посвятили свою деятельность многие государственные деятели. В Санкт-Петербурге, в старейшем научном учреждении России –Институте метрологии им. Д.И. Менделеева, находится единственный в странеМетрологический музей. Здесь собраны уникальные старинные образцовые меры, весы и другие измерительные приборы, рассказывающие об истории измерений в России и других странах.Значительная часть экспонатов музея связана с метрологической деятельностью всемирно известного ученого Дмитрия Менделеева, который с 1892 года и до конца своей жизни возглавлял первое научное метрологическое учреждение России –Главную палату мер и весов. Созданная им система заняла одно из первых мест в Европе. В настоящее время Россия обладает высоким уровнем метрологической системы: ее эталонная база содержит 114 государственных эталонов и более 70 установок высокой точности.

Зачет –автоматом

Метрология незримо, но весомо вплетена в процесс производства высокотехнологичных изделий–от проектирования до поставки. Достоверное подтверждение параметров продукциинаходится в прямой зависимости от качества проводимых измерений.

При этом в современных условиях и стремлении к технологической независимости в различных отраслях промышленности все более возрастает значение автоматизации бизнес-процессов. Особенно это заметно в производстве наукоемкой продукции: программные решения определяют новые подходы в технологических процессах, значительно повышая их эффективность.

Продолжительное время лидером в сфере метрологического программного обеспечения (ПО) был продукт MetCal от компании Fluke. Другие разработки, частично повторявшие отдельные функции MetCal, были преимущественно связаны с ведением электронных журналов и после ухода Fluke с российского рынкане смогли стать альтернативой в части автоматизации поверки и систематизации ее результатов.

Рис. 3

Ориентируясь на возникшие запросы и опираясь на большой опыт внедрения автоматизированных поверочных стендов на базе MetCal, компания «Диполь» разработала программное обеспечение METLAB, полностью адаптированное к российским условиям, обладающее широким функционалом и бесперебойной технической поддержкой для эффективной деятельности метрологической службы.

Данное ПО может быть применено в двух основных форматах:

1. После прохождение углубленного обучения у разработчика клиентсамостоятельно создает процедуры поверки.
2. Команда разработчика готовит необходимые поверочные процедуры с учетом эталонного парка заказчика и обучает сотрудников заказчика только на уровне пользователей.

В 2022 году компанией «Диполь» было представлено ПО METLAB с возможностью создания автоматизированных процедур измерений, ведения учета средств измерений, эталонов, информации о заказчиках, автоматизированного формирования протоколов, актов и т.д.

К числу преимуществ этой отечественной разработки можно отнести:

• Совместимость с операционными системами Windows и Linux. Это условие является принципиальным для многих компаний, особенно для предприятий с повышенными требованиями безопасности.
• Наличие сертификации соответствия, согласно которой METLABотвечает требованиям нормативной документации на программное обеспечение.
• В METLAB интегрированывсе типы средств измерений Государственного реестра, что упрощает ведение необходимой документации.
• Возможность работы не только с дорогостоящими оригинальными контроллерами, но и с более доступными аналогами, что существенно снижает затраты на оснащение поверочных лабораторий.Контроллеры позволяют устанавливать соединения между приборами и компьютером и осуществлять управление приборами с помощью компьютера. Например, самым удобным и популярным интерфейсом является GPIB, прообраз METLAB–ПО METCAL–совместим только с оригинальными контролерами GPIB (с примерной стоимостью от 100 тыс. руб.). Разработка METLAB может функционироватьс контролерами фирмы Keysight или с китайскими аналогами (от 30 тыс. руб.).
• Программа METLAB поддерживает сетевое подключение и совместима с модулем машинного зрения для автоматического считывания показаний с цифровых мультиметров. Все это позволяет максимально автоматизировать процесс поверки, исключить человеческие ошибки и повысить достоверность результатов.
• Являясь эффективным аналогом зарубежных решений, ПО METLAB обеспечивает такие преимущества, как сокращение времени на поверку, упрощение документооборота, повышениепроизводительности и качества работы.
• METLAB гораздо больше адаптирован к российскому рынку в отличиеот зарубежных аналогов.

Поверка практикой

В 2021 году крупномуотечественному научно-производственному предприятию (НПП) потребовалось оснастить метрологическую службу комплексом автоматизированных поверочных стендов. Для выполнения этой задачи компания «Диполь» поставила эталонное метрологическое оборудование производителей Keysight и Fluke.

После уходазападных разработчиков автоматизация на базе ПО Metcalдля российских пользователей была серьезно затруднена. На тот момент разработкаMETLAB еще не прошла полноценного тестирования, но уже могла применяться для определенного спектра задач.

Таким образом, работа метрологической службы заказчика продолжилась, а программное обеспечение «Диполь» успешно прошло «проверку боем».

На данный момент на территории НПП функционируют десять стендов, шесть из которых созданы на базе METLAB: источники питания, генераторы и анализаторы импульса, частотомеры, анализаторы спектра, векторные анализаторы цепей, анализаторы фазовых импульсов.

Рис. Примеры готовых стендов

При обсуждении оснащенияметрологическойслужбы данного предприятия следует отдельно упомянуть стенд поверки измерителей мощности. Дело в том, что в большинстве методик поверки измерителей мощности используются: генератор, делитель мощности и эталонный преобразователь (метод сличения). Разработанный «Диполь» метод поверки заключается в применении векторного анализатора цепей (ВАЦ) в качестве эталона мощности (вместо всего перечисленного).

Де-факто поверочный стенд на основе этого метода уже реализован и успешно функционирует. Осталось аттестовать ВАЦ N5245B в качестве эталона, чтобы результаты поверки на стенде были признаны юридически. Для успешной аттестации стенда необходимо доказать, что погрешность ВАЦ не выходит за пределы, указанные в поверочной схеме эталонов. Для решения этой задачисозданаспециальная программа проведения многократных измерений, которая позволяет получать большие выборки результатов измерений в десятки раз быстрее, чемпри работе в ручном режиме.

У этого метода поверки имеется значительный потенциал для привлечения к сотрудничеству многих других метрологических лабораторий. Независимо от выбранного метода поверкивекторный анализатор цепей в любом случае требуется для измерения КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению), но использование ВАЦ в качестве калибратора мощности освобождает от необходимости расширять парк оборудования (генератор, делитель мощности, эталонный преобразователь). Кроме того, опыт компании «Диполь» по аттестации ВАЦ и разработанное ПО позволяют проводить объемные измерения для определения погрешности ВАЦ в короткие сроки. А это еще одно значительное преимущество.