|
ПАДК "ЛУГ" -
|
программно-аппаратный диагностический комплекс
"Локатор Утечек Газа"
|
|
СУБД -
|
система управления базами данных
|
|
ЕСГ -
|
единая система газоснабжения
|
|
КТС -
|
комплекс технических средств
|
|
БД -
|
база данных
|
|
САУ -
|
система автоматического управления
|
|
ГХ -
|
градуировочная характеристика
|
|
СО -
|
стандартный образец
|
|
МНК -
|
метод наименьших квадратов
|
|
СИ -
|
средство измерения
|
|
ГСО-ПГС -
|
государственные стандартные образцы -
поверочные газовые смеси
|
|
ТУ -
|
технические условия
|
|
ГОСТ -
|
государственный стандарт
|
|
СИД -
|
средство измерения давления
|
|
ПК -
|
персональный компьютер
|
|
ПО -
|
программное обеспечение
|
|
ОС -
|
операционная система
|
|
ПП -
|
программный продукт
|
|
ПрО -
|
предметная область
|
|
ИО -
|
информационное обеспечение
|
|
АС -
|
автоматизированная система
|
Введение
Единая система газоснабжения (ЕСГ) является крупнейшей в мире
системой транспортировки газа и представляет собой уникальный технологический
комплекс, включающий в себя объекты добычи, переработки, транспортировки,
хранения и распределения газа. ЕСГ обеспечивает непрерывный цикл поставки газа
от скважины до конечного потребителя.
Хотя при формировании газотранспортной системы в 70-80-х гг.
прошлого века в нее был заложен значительный запас прочности, известно, что ЕСГ
России является стареющей, в связи с чем повышается аварийность на
магистральных газопроводах страны. Согласно официальным данным Газнадзора за
последние 10 лет на линейной части магистральных газопроводов ежегодно
происходит порядка 40 отказов. Стоимость ущерба от этих отказов ежегодно составляет
около 3-4 млн. долл. США.
Периодический контроль и освидетельствование состояния
газопроводов дают возможность продлевать ресурс их эксплуатации. На сегодняшний
день диагностика является одним из основных инструментов обеспечения длительной
и безаварийной эксплуатации газопроводов. Для безопасной эксплуатации
газотранспортных систем необходимо регулярное патрулирование газопроводов с
целью своевременного обнаружения утечек газа [1].
Специалистами университета СурГУ разработан перспективный
метод дистанционного обнаружения утечек природного газа и создан компактный
локатор утечек газа. Методика обнаружения газа предполагает необходимость
монтажа локатора утечек газа на борту вертолета и облёт проверяемых веток
магистрального газопровода. Дороговизна такого способа обследования очевидна,
поэтому необходимо помнить о точности измерений показаний. Ввиду сложности
устройства локатора, нельзя отрицать возможность появления ошибок измерений.
Для снижения вероятности появления ошибок и оперативного выявления
неадекватного поведения локатора "ЛУГ-1", остро стоит необходимость
создания автоматизированной системы калибровки технических средств данного
устройства.
1. Цель и
основные функциональные задачи
Основной целью работы является создание автоматизированной
системы калибровки комплекса технических средств ПАДК "ЛУГ".
Назначение разрабатываемой системы:
. Автоматизация процесса получения, обработки,
хранения калибровочных образцов;
2. Автоматизация процесса калибровки;
. Сокращение времени, требующегося на вычисления при
калибровке комплекса технических средств ПАДК "ЛУГ".
. Снижение возможности ошибок при расчете показателей
калибровочной функции к минимуму.
. Представление и систематизация полученной информации
в виде, удобном для отображения и дальнейшей обработки.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие
функциональные задачи:
• изучить предметную область;
• разработать организационно - функциональную
структуру;
• спроектировать инфологическая модель предметной
области;
• разработать методику калибровки КТС;
• промоделировать процесс калибровки КТС;
• разработать структуру программного обеспечения
системы, описать функции основных модулей;
• разработать схему БД;
• разработать автоматизированную систему калибровки
комплекса ПАДК "ЛУГ";
• разработать базу данных;
• произвести отладку и тестирование программного
обеспечения;
• подготовить отчет о проделанной работе.
2. Анализ
предметной области
2.1 Точность
измерительных систем
Калибровка измерительных систем заключается в установлении
зависимости между показаниями системы и размером измеряемой (входной) величины.
Под калибровкой часто понимают процесс подстройки показаний выходной величины
до достижения согласования между эталонной величиной на входе и результатом на
выходе (с учётом оговоренной точности) [6]. Рассмотрим работу сложной
измерительной системы на примере лазерного локатора утечки газа
"ЛУГ-1".
2.1.1 Принцип
работы "ЛУГ-1"
Лазерный локатор "ЛУГ-1" содержит два лазера,
оптический поток одного из них (излучение лазера с длиной волн l = 3,3922 мкм)
претерпевает значительное поглощения в газовой среде, а второй (излучение с
длиной волны l = 3,3912 мкм) проходит через эту среду практически не ослабляясь,
поскольку длина волны его излучения не совпадает с линией поглощения газа. Электронная
часть лазерного локатора осуществляет поочередное излучение этих лазерных
источников в направлении исследуемой области пространства, прием рассеянного в
обратном направлении излучения, а также управление коэффициентом пропускания
электрооптических модуляторов, регулирующих мощности лазерных потоков, таким
образом, чтобы интенсивности принятых оптических потоков для обоих лазеров были
одинаковыми. Величина управляющего сигнала в цепи обратной связи регулирования
коэффициентов пропускания модуляторов пропорциональна концентрации газа в
области распространения лазерного излучения [2].
На рис.1 приведена функциональная схема локатора
"ЛУГ-1".
Рис. 1. Функциональная схема локатора "ЛУГ-1"
2.1.2
Математическая модель работы "ЛУГ-1"
Рассмотрим математическую модель работы ПАДК "ЛУГ".
Для исследования лазерного локатора с поверхности земли была
выработана величина коэффициента обратного отражения, под которым понимается
отношение отраженной в единице телесного угла мощности оптического сигнала к
падающей на подстилающую поверхность мощности оптического сигнала. Знание
такого параметра реальных подстилающих поверхностей, обладающих в той или иной
мере как зеркальным, так и диффузным отражением, необходимо для разработки
основных узлов локатора, а также для контроля загазованности атмосферы метаном
вблизи газопровода [3].
Автором прибора установлено, что при мощности излучения от 10
до 15 мВт, существующей апертуре приемного зеркала диаметром 300 мм и высоте
полета вертолета 80 м, мощность отраженного сигнала, попадающего на
фотоприемник, лежит в пределах от 0,1 до 1х10-9 Вт, в зависимости от
величины коэффициента отражения земной поверхности k2=
(0,1…1).
программное обеспечение пользовательский интерфейс
Мощность отраженного сигнала рассчитывалась из уравнения 1 с
учетом коэффициента усиления оптической системы (104) локации для
газового лазера
(1)
где P - принимаемая мощность отраженного сигнала; P0
- мощность зондирующего излучения; А - площадь приемного зеркала; R
- расстояние от локатора до поверхности земли; T (R) - прозрачность слоя
атмосферы протяженностью R; k1 - коэффициент
поглощения атмосферы на трассе луча длиной 2R; k2 - коэффициент
отражения исследуемой поверхности. В результате получена система следующих
уравнений:
(2)
(3)
(4)
где b1,b2,bx - отношения
отраженного и опорного сигналов для первой и второй эталонных мишеней и
исследуемой поверхности соответственно; 
- коэффициенты отражения эталонных мишеней; fcx - коэффициент,
зависящий от параметров локационного устройства; 
- коэффициент ослабления излучения в метановом облаке.
Из выражений (2-4) видно, что для того, чтобы получить информацию
о коэффициенте отражения исследуемой поверхности k2,
необходимо сначала на одном и том же расстоянии провести калибровку локатора по
двум эталонным мишеням, определив fсх, а затем на требуемых
расстояниях с помощью одного эталона определить k2.
Измерения зависимостей коэффициента отражения от направления
зондирования показали, что чаще всего у подстилающих поверхностей наблюдается
смешанное отражение, т.е. одновременно зеркальное, и диффузное, причем в
зависимости от структуры поверхности одно из них может преобладать над другим.
Полученные результаты послужили исходными данными для разработки математической
модели лазерного локатора по обнаружению утечек газа вблизи линейной части
магистрального газопровода [2].
На рис.2 представлена структурная схема разработанной модели
локатора в виде системы автоматического управления (САУ).
Рис. 2. Структурная схема САУ "ЛУГ-1"
2.1.3 Выводы
Одной из проблем настройки и юстировки лазерных локаторов, а
также отработки новых технологических решений является сложность регулировки
электронной части локатора, которая в свою очередь связана с:
· наличием двух каналов (l1 и l2);
· сложностью математической модели.
Выделим несколько ключевых моментов, принципиальных для
настоящей исследовательской работы:
. Наличие в системе двух каналов излучения и
использование сложной математической модели накладывают ограничения на
регулировку электронной части локатора и вызывают проблемы с настройкой и
юстировкой лазерных локаторов.
2. Коэффициенты отражения поверхности и коэффициенты
поглощения луча являются непостоянной характеристикой (не являются константами),
использование таких коэффициентов вносит свои погрешности в результаты
измерений.
. В инструкции по эксплуатации ЛУГ-1 указана
необходимость периодической поверки прибора. В пункте 10 "Поверка
локатора" указаны операции и функциональные узлы, требующие поверки.
Проведение указанных операций требует наличия сложных средств поверки.
Исходя из этого, необходимость системы калибровки становится
очевидной:
• Калибрование поможет достичь согласования между
эталонной величиной на входе и результатом на выходе с учётом оговоренной
точности;
• Калибрование снизит вероятность ошибки и упростит
процесс настройки системы в целом;
• Применение калибрования может стать быстрым и
недорогим "индикатором" необходимости проведения внеочередной поверки
(в случае получения неадекватной модели).
2.2
Калибровка измерительных систем
Калибровка - важнейшая и неотъемлемая часть всех косвенных
измерений, существенным образом определяющая правильность полученных
результатов анализа и квалификацию метролога.
2.2.1 Общие
принципы
Калибровка - это процедура, определяющая систематическое
различие, которое может существовать между измерительной системой и
"ссылочной" системой, представляющей стандартные образцы и их
аттестованные значения. В этом международном стандарте термин система
(измерительная система или ссылочная система) используется не только для
отображения измерительного прибора, но так же для набора процедур, операторов и
внешних условий, связанных с прибором.
Результатом процедуры калибровки является калибровочная
функция, которая используется для составления преобразований, будущих
результатов измерения. В этом международном стандарте термин
"преобразование" относится:
· к любой корректировке будущих измерений, если
аттестованные значения стандартных образцов и измеренные значения имеют
одинаковые единицы измерения;
· к переводу из единиц измерения измеренного
значения в единицы измерения стандартных образцов.
Адекватность калибровочной функции зависит от двух условий:
. Если измерения, по которым была вычислена калибровочная
функция, являются образцом нормальных условий, при которых работает
измерительная система;
2. Если измерительная система находится в состоянии
проверки (контроля) [12].
Калибровочный эксперимент должен соответствовать условиям
пункта 1. Контрольный метод определяет, когда система считается
неконтролируемой.
Результатом калибровки является функция, которую называют
"калибровочной" или "градуировочной характеристикой". ГХ
определяют по экспериментальным данным, полученным с использованием различных
типов СО. На практике широко применяется программное обеспечение используемой
системы, алгоритм расчета калибровочной функции в этом случае скрыт от
пользователя и его унификация невозможна.
Для калибровки необходимо использовать комплекты СО, численность
образцов входящих в состав которых соответствует действующему стандарту: не
менее трех согласно ISO 11095, Госстандарт рекомендует использовать не менее
пяти. Данное требование обеспечивает адекватную проверку предположения
линейности калибровочной функции.
Результаты измерений набора СО считаются независимыми и
нормально распределенными величинами вместе с шумом измерений (переменной
величиной, называемой в стандарте "остатком" модели). Проверка на
независимость и нормальность исходных данных не производится.
2.2.2
Калибровочные модели основного метода международного стандарта ISO 11095
В данном стандарте представлен основной метод, применяемый в
случаях, когда в распоряжении имеется более двух стандартных образцов, что
позволяет проверить предположение о линейности калибровочной прямой.
Предполагается, что в допустимых значениях стандартных
образцов нет ошибки. В данном стандарте это предположение не проверяется, что
делает возможным его применение только в тех случаях, когда неопределенности
допустимых значений стандартных образцов, которые всегда присутствуют на
практике, сравнительно малы относительно погрешностей результатов измерений
этих стандартных образцов.
Повторяющиеся измерения стандартного образца предполагаются
независимыми и нормально распределенными с дисперсией, называемой
"остаточной дисперсией". Предположение о независимости и нормальности
не проверяется. Квадрат величины корня остаточной дисперсии является остатком
стандартного отклонения.
Остаток стандартного отклонения предполагается любым
(константой) или пропорциональным допустимому значению стандартного образца.
Это предположение проверяется в данном стандарте.
Для построения линейной калибровочной функции используются
две статистические регрессионные модели (модель 1 и 2), имеющие следующий вид:
ij = a + b*xi + εij (5)
где xi - аттестованное (паспортное)
значение выбранного компонента в i стандартном образце, i = 1, … N;ij
- результат j - ого измерения i - ого СО j=1, …,Ki;
Ki - число измерений i-ого СО;
в случае, когда число измерений всех СО одинаково и равно K:
(6)
a + b*xi - вычисленное значение измеренной величины для i - ого СО.
εij - отклонение - разность между измеренным (yij)
и вычисленным по формуле (a + b*xi) значениями. Это случайные
величины, независимые, распределенные нормально со средним, равным нулю, и
неизвестной дисперсией 
, не зависящей от значений концентраций xi,
(εij) = D (yij) =const (7)
, b, - три неизвестных параметра, которые
оцениваются в модели.
2.2.2.1
Модель 1
Модель 1 предполагает постоянство дисперсии остатков
отклонений данных измерений набора СО от калибровочного графика, т.е. ее
независимость от аттестованных значений СО.
Численный аппарат для оценки параметров модели - метод
наименьших квадратов. Суть МНК заключается в том, что для получения искомых
оценок минимизируется функционал, равный сумме квадратов отклонений измеренных
значений yij от вычисленных по модели a + b*xi
соответствующих значений в калибровочных точках набора из i СО с
паспортными значениями xi
(8)
где N - число СО; Ki - количество
измерений i-ого СО.
После получения оценок калибровочной кривой можно оценить качество
калибровки на основе таблицы дисперсионного анализа ANOVA (приложение 1).
2.2.2.2
Модель 2
Модель 2 используется в случае, когда дисперсии остатков
пропорциональны аттестованным значениям стандартных образцов. Используемый
математический аппарат для оценки параметров модели - взвешенный МНК.
Формула для калибровочной функции остается аналогичной формуле
модели 1:
ij = a + b*xi + εij (9)
а дисперсионные соотношения есть
(10)
где - постоянная величина.
В модели 2 параметр
(11)
представляет собой вес модели.
Оценки основных параметров модели 2 - a, b, получаются на основе минимизации
функционала, учитывающего вес модели
(12)
где N - число измеряемых СО;
Ki -
количество измерений i-ого СО.
Дисперсионный анализ модели 2 производится аналогично анализу
ANOVA для модели 1. Эксперимент объясняется выводами и замечаниями, принятыми
для 
как для 
.
2.2.3
Альтернативные методы калибровки
При специальных условиях можно использовать два
альтернативных метода калибровки процесса измерений. Эти два метода актуальны в
частных случаях основного метода, когда используется один или два образца.
2.2.3.1
Точечный метод
Точечный метод калибровки полезен для быстрой повторной
калибровки, когда функция линейна и лежит в пределах [0,…M].
"Нулевая точка" получена подбором нескольких шкал, чтобы значение
неизвестной величины было равно нулю при нулевом измерении. Только бланк
(величина со значением 0) и один образец используются в этом методе.
Этот метод называют точечной калибровкой, но в
действительности в нем используются две точки: бланк и образец. Это так
называемая "точечная калибровка" - слабый и недостоверный метод,
потому что нулевая точка сомнительная (неопределенная). Он не рекомендуется для
калибровки, но его используют для первичной проверки линейной калибровочной
функции.
Точечный метод предполагает ряд допущений.
. Нет ошибок в принятом значении только образца и
бланка, использующихся в этом методе (предположение не проверяется).
2. Калибровочная функция линейна в интервале [0,…,M]
(предположение не проверяется).
. Остаток стандартного отклонения постоянен
(предположение не проверяется).
Модель, заложенная в этом методе подобна одному из основных
методов с постоянной остаточной дисперсией, определенной выше, но без
пересечения. Эта модель
(13)
где x - принятое значение только что использованного
образца.
yk
- k-ое измерение образца (k=1,…K).
- разница между yk и ожидаемым значением
измерения образца (эти отклонения приняты независимыми и нормально распределенными
со средним = 0 и дисперсией ).
и - два параметра подсчитываемые для
собранных в течение эксперимента данных.
параметры рассчитываются по следующим формулам
(14)
(15)
(16)
Точечный метод калибровки - быстрый метод, он позволяет
"перекалибровать" систему измерений, где калибровочная функция
линейна.
2.2.3.2 Метод
"вилки" (заключения в скобки)
Метод "вилки" используется тогда, когда нет
сомнений о линейности калибровочной функции на всем диапазоне значений
встречающихся в течение нормальной работы системы измерений. Этот метод также
используется, когда есть некоторое отношение к стабильности процесса измерений.
В принципе этот метод состоит в уменьшении насколько возможно интервала, в
котором принятая калибровочная функция линейна. Это окружение (заключение в
скобки) значения неизвестной величины двумя образцами трудоемкое. Потому что
это сжатое окружение каждой неизвестной величины двумя образцами и для этой
процедуры нужен короткий промежуток времени (время измерения неизвестной
величины и двух образцов), метод заключения в скобки обычно дает правильные
результаты, определяющие преобразованное значение неизвестной величины.
Неизвестная величина и два образца измеряются вместе.
Значение неизвестной величины оценивается точно, основываясь на линейной
интерполяции между значениями двух образцов.
Допущения этого метода следующие:
. принятые значения образцов безошибочны;
2. калибровочная функция между двумя образцами линейна;
. остаток стандартного отклонения постоянен.
Модель - такая же, как в базовом методе с постоянным остатком
стандартного отклонения.
(17)
- показатель (индекс) относящийся к обеим образцам (i=1,2)
неизвестной величины (i=0);
x1
и x2 - принятые значения образцов;
x0 - неизвестное истинное значение неизвестной величины;
y1k,
y2k и y0k - измерения образцов и
неизвестной величины соответственно (k=1,…,K);
- отклонение между yik и вероятным значением
измерения любого из двух образцов или неизвестной величины (зависящее от
значения i) (эти отклонения приняты случайно распределенными со средним
0 и дисперсией ).
, 
, 
и - четыре параметра для оценки собранных в
течении эксперимента данных (они не представляют интерес в предположении что и влияют на параметр )
и остаток дисперсии рассчитываются по следующим формулам:
(18)
(19)
где 
, при i=0,1,2
Метод заключения в скобки - трудоемкий метод, он позволяет
определить значение неизвестной величины с высокой точностью и с минимальным
набором допущений.
2.2.4 Оценка
адекватности калибровочной функции с помощью критерия Фишера
Главным показателем адекватности градуировочных характеристик
в стандартных методиках является критерий Фишера.
Для уровня значимости a=0,05 ( (1-a) - или 95%
доверительного уровня надежности) сравнивается расчетное значение F - критерия
Фишера, с табличным, выбранным для 
и 
степеней свободы:
(20)
Если данное неравенство выполняется, то на этом уровне надежности
калибровочное уравнение адекватно описывает исходные данные. Если наоборот,
расчетное значение F - критерия Фишера больше табличного, то уравнение не
адекватно, и следует искать другую калибровочную кривую.
В работе предполагается, что из моделей, инвариантных по другим
показателям адекватности, оптимальной считается та, у которой расчетное
значение критерия Фишера наименьшее.
Формула расчет критерия Фишера указан в таблице 1 Приложения 1.
Табличные значения критерия Фишера указаны в Приложении 2.
Разрабатываемая система калибровки позволит производить анализ
адекватности полученных моделей согласно критерию Фишера, что, прежде всего,
даст возможность устранить постоянную систематическую погрешность, связанную с
неверным предположением о виде зависимости выходного сигнала прибора и
значением измеряемой величины.
2.2.5
Калибровка и поверка - зависимость и отличия
Калибровка средств измерений введена Законом РФ "Об
обеспечении единства измерений" (далее по тексту - "Закон");
этот термин обозначает "совокупность операций, выполняемых с целью
определения и подтверждения действительных значений метрологических
характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, не
подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору" (Ст.1
Закона).
Ст.11 (п.2) Закона определяет калибровку как вид метрологического
контроля и разрешает ее проведение метрологическим службам юридических лиц без
каких-либо ограничений.
Исходя из положений Закона, калибровка не подлежит
государственному метрологическому надзору, а необходимость ее проведения
определяется только на предприятии, изготавливающем или использующем средство
измерений. Это подтверждает Ст.23 Закона, в которой, применительно к средствам
измерений, не подлежащим поверке, говорится, что они "могут подвергаться
калибровке " [8].
Принципиальное отличие калибровки от поверки по определению
состоит в том, что при калибровке
<#"791991.files/image034.gif">
Рис. 3.1 Главное окно программы
Программа производит дистанционное управление подключенными
приборами, считывание измеряемой физической величины (мониторинг), настройку
параметров прибора. На метрологических стендах для поверки и калибровки
датчиков давления и манометров возможна одновременная автоматическая поверка
нескольких технических или образцовых манометров, а также датчиков давления
одинаковых диапазонов.
Основные функциональные возможности:
· выполнение поверки датчиков давления, образцовых,
технических и электроконтактных манометров в соответствии с требованиями
методик и ГОСТов;
· автоматизированный процесс поверки (калибровки);
· автоматическое считывание данных из архива
калибратора в ПК;
· одновременная автоматизированная или
автоматическая поверка нескольких датчиков давления, образцовых и технических
манометров (на стенде);
· автоматическое формирование и печать протокола и
свидетельства по результатам поверки на основе готовых шаблонов (форматы ODT,
PDF, XML, RTF, HTML);
· редактирование пользователем шаблонов протоколов
и создание новых;
· ведение автоматизированной базы данных поверок и
поверяемых приборов;
· выбор данных о приборе из всех его поверок
(годен/не годен, максимальная погрешность и др.) для анализа;
· проверка реле давления;
· дистанционное (удаленное) управление
калибраторами давления серии Метран (Метран-502-ПКД-10П, Метран-501-ПКД-Р,
Метран-515, Метран-517 и Метран-518);
· дистанционное управление контроллером давления
(на стенде);
· выполнение мониторинга и контроля измеряемой
физической величины (давления, тока, напряжения);
· проведение пользовательской калибровки модулей
давления с применением эталонов давления [13].
Режим "Поверка СИД" предназначен для проведения
процесса поверки средств измерений давления. В зависимости от типа поверяемого
устройства (датчик давления, образцовый или технический манометр), программа
производит поверку согласно соответствующей методике: МИ 4212.012_2001, МИ
1442.012_2006 и МИ1997_89 (датчики давления Метран и аналогичные), МИ 2145_91
(манометры, вакуумметры деформационные образцовые с условными шкалами), МИ
2124_90 (манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягонапоромеры
показывающие и самопищущие). При выборе этого режима программа запрашивает
информацию о поверителе, затем выводит на экран список сохраненных в базе
данных приборов с архивом поверок (сохраняется каждая проведенная поверка для
каждого прибора). В архиве хранится информация о зафиксированных измерениях
поверяемого прибора, показания эталона, рассчитанная погрешность, графики
погрешности в зависимости от задаваемого давления, а также заключение о
пригодности данного прибора к дальнейшей эксплуатации.
Режим "Поверка СИД" позволяет проводить поверку
(калибровку) средств измерений давления в реальном времени с ПК (считанные
текущие измерения калибратора и поверяемого датчика отображаются в программе),
либо производить считывание из памяти калибратора архива поверок.
При проведении поверки (калибровки) нового прибора
программно, следует предварительно ввести технические и метрологические
характеристики поверяемого прибора, условия поверки, определить ряд поверочных
точек (автоматическое или ручное задание ряда) в базу данных. Для проведения
очередной поверки прибора следует в списке базы данных выбрать необходимый
прибор и использовать ранее введенную для него в базу информацию. Возможен
поиск прибора в базе по его типу, модели, серийному или инвентарному номеру, по
месту эксплуатации.
После окончания процесса поверки (калибровки), программа
формирует пакет документов (протокол поверки, свидетельство о поверке или
заключение о непригодности), в выбранном поверителем формате (RTF, XML, HTM,
PDF, ODT) и сохраняет текущую поверку в базе данных.
Просмотр сформированных документов возможен непосредственно
после окончания поверки или в дальнейшем из базы данных. В базе данных для
каждого поверяемого прибора формируется список ранее осуществлённых поверок, в
котором указаны дата и результаты поверки (годен/не годен, максимальное
значение погрешности).
В качестве достоинств ПО "Поверка СИД" можно
выделить следующее:
· Автоматическое считывание данных с
приборов;
· Одновременная работа с несколькими
приборами;
· Автоматическое формирование протокола
поверки;
· Хранение результатов данных по
осуществленным поверкам с возможностью быстрого доступа к ним.
Недостатками можно назвать следующие особенности:
· ПО является узконаправленной калибровочной
системой, работает исключительно с СИД;
· Как следствие предыдущего пункта -
отсутствие программы в свободной продаже (только в комплекте с СИД Метран), что
существенно снижает интерес к ней.
3.2
Программное обеспечение Beamex CMX
Русифицированное программное обеспечение (ПО) Beamex CMX
предназначено для поддержки калибровки/поверки средств измерения (СИ) давления,
температуры, электрических сигналов, характерных для теплотехнических
измерений, и веса с помощью документирующих калибраторов Beamex, а также других
эталонов. Семейство Beamex CMX включает следующие модификации:Light - ПО для
малых предприятий, устанавливаемое на одной рабочей станции.Professional - ПО
для малых и средних предприятий, устанавливаемое на одной рабочей станции или
на сервере, поддерживающем несколько рабочих станций; многочисленные опции
предоставляют возможность создания систем, отвечающих различным
требованиям.Enterprise - общее решение задач калибровки для больших компаний.
Единая база данных СИ на корпоративном сервере может использоваться в режиме
разделенного доступа из различных точек мира.
Основные достоинства ПО Beamex CMX:
· Полная автоматизация калибровки/ поверки,
документирования и хранения результатов;
· Дружественный интерфейс пользователя с
возможностью адаптации;
· Поддержка обозначений позиций на кириллице;
· Связь с калибраторами других изготовителей
(опция);
· Поддержка весоизмерительного оборудования;
· Управление безопасностью и изменениями, журнал
аудита, а также поддержка электронной подписи;
· Интерфейс карманного ПК;
· В качестве СУБД - Ms SQL SERVER 2005 Express;
· Минимальные требования к ОС и ПК:
· Microsoft Windows 7/Vista / XP;
· Microsoft Internet Explorer 6.0 SP1;
· Привод DVD-ROM (для установки ПО);
· Порты связи: RS232 и/или USB;
· Порт для ключа доступа: USB (LPT - опция).
Основные недостатки версии Light:
· Ограничение в 300 позиций приборов;
· Отсутствует многопользовательский режим
работы;
· В СУБД MS SQL SERVER версии Express
отсутствует возможность работы в БД;
· Отсутствие возможности расширения
функциональности (доступно с версии Professional).
3.3 Программа
линейной калибровки измерительных комплексов
В рамках научно-исследовательской работы кандидатом
технических наук Яценко Е.А. разработан программный продукт (ПП),
предназначенный для калибровки измерительных систем по набору стандартных
образцов (СО) [5].
Данный программный продукт может быть применен при расчете
градуировочных функций для любых измерительных приборов с линейной зависимостью
между измеряемой величиной и выходным сигналом прибора, или если эта
зависимость может быть линеаризована. Также необходимым требованием является
нормальный закон распределения результатов измерений.
Главной целью создания пакета программ являлось исключение
постоянной систематической погрешности измерений, связанной с градуировкой
измерительных приборов.
Разработанный ПП позволяет рассчитывать параметры следующих
калибровочных моделей стандартных методик ISO 11095 [3] и РМГ 54-2002 [5]:
· модель основного метода ISO с предположением о
постоянстве среднеквадратичного отклонения;
· модель основного метода ISO с предположением о
пропорциональности среднеквадратичного отклонения;
· метод заключения в скобки ISO;
· точечный метод ISO;
· метод усреднения оценок РМГ 54-2002;
· метод наименьших квадратов РМГ 54-2002.
Пакет программ обладает интуитивно понятным, удобным и
универсальным интерфейсом. Главная экранная форма ПП для калибровки
измерительных приборов состоит из четырех основных панелей:
"Измерения", "Расчеты", "Дополнительные данные" и
"График".
Панель "Измерения" позволяет вводить, просматривать
и редактировать входной массив данных: аттестованные характеристики стандартных
образцов или аттестованных смесей, результаты измерений.
Панель "Расчеты" позволяет просматривать и
сравнивать параметры калибровочных функций, полученные в соответствии с
различными методиками. Для каждой рассчитанной модели на экране отображаются
коэффициенты линейного уравнения, расчетные и табличные значения критерия
Фишера, заключение об адекватности модели. В случае если расчеты выполнялись в
соответствии со стандартной методикой РМГ 54-2002, отображается заголовок
выбранного метода.
Интерфейс пользователя включает визуализацию всех
промежуточных данных, полученных на различных этапах использования стандартных
методик ISO 11095: таблица дисперсионного анализа "Анова", график
остатков, экспериментальные точки и градуировочный график. Таблица
дисперсионного анализа содержится на панели "ANOVA" вкладки
"Расчеты". Градуировочный график представлен на соответствующей
вкладке "График".
Вкладка "Дополнительные данные" содержит панель
"Остатки", на ней представлен график остатков, являющийся основным
средством выбора одной из двух моделей ISO: "Модель 1", если остаток
стандартного отклонения постоянен; "Модель 2", если точки графика
образуют некоторый тренд, например, линейный, или если дисперсия возрастает с
увеличением аттестованного значения в измеренных СО [5].
Дополнительная функциональная возможность пакета программ
состоит в визуализации зависимости расчетного критерия Фишера от выбранной
точки внутри доверительного интервала аттестованного значения СО,
представленной на вкладке "Дополнительные данные", панели
"Анализ".
Результатом калибровки прибора с применением ПП является
градуировочная зависимость, выраженная алгебраически и графически, из данной
информации формируется отчет, который при необходимости можно распечатать.
Главной отличительной особенностью представленного
программного продукта является заложенные в основу его разработки принципы
выбора калибровочной модели в соответствии с особенностями измерительного
средства и объекта измерений, а также унификация процесса расчета
градуировочной функции, направленные на снижение погрешностей измерений. Как
заявляют авторы, использование разработанного программного продукта метрологами
аттестационных лабораторий позволяет исключить погрешности связанные с
неправильным выбором вида калибровочной функции, и ошибками при ее расчете,
снизить затраты времени на выполнение калибровки приборов посредством
автоматизации расчетов, унифицировать процесс калибровки приборов за счет
использования стандартных алгоритмов.
Пакет программ может быть использован для калибровки
измерительных систем, в таких сферах деятельности как: медицина, экология,
легкая и пищевая промышленность, парфюмерия и т.п. Внедрение описанного
программного продукта в различные аттестационные лаборатории позволит получить
измерительную информацию с заданной точностью, для принятия адекватных решений
при управлении производством, поддержания экологической обстановки, оценке
качества пищевых продуктов, питьевой воды, и т.д.
Достоинства:
· Строгое соблюдение ГОСТ, регламентирующих
методики калибровки;
· Универсальность - возможность применения в
различных сферах деятельности: медицина, экология, промышленность и т.д.;
· Наглядность полученных калибровочных
графиков.
Недостатки:
· Отсутствие каких-либо инструментов учета
измерительных приборов;
· Отсутствие учета проведенных калибровок;
· Отсутствие ПО в свободном доступе.
3.4 Выводы
В каждом из рассмотренных аналогов имеются недостатки (в том
числе и непреодолимые), из-за которых применение этого ПО невозможно к
изучаемой предметной области. Наиболее близким к возможному использованию
является ПО Beamex CMX Light. Однако попытки связаться с российскими
представителями компании не увенчались с успехом. Тем не менее, некоторые
особенности данного ПО можно взять в качестве образца.
Исходя из вышенаписанного, разработка АС необходима и
оправдана.
4. Выбор
средств разработки программного обеспечения
Для разработки автоматизированной системы будут
использоваться программные продукты Microsoft - MS Visual Studio 2012 и MS SQL
Server 2012.
4.1 Microsoft
SQL Server 2012
SQL Server - это система управления клиент-серверными
реляционными базами данных, ориентированная на работу под управлением
операционных систем Microsoft Windows. Microsoft SQL Server 2012 (MS SQL
Server) поддерживает операционные системы Windows Server 2003, Windows Server
2012, Windows XP, Windows Vista, Windows 7.SQL Server включает в себя как
серверную, так и клиентскую часть. Однако состав служб, включенных в поставку
сервера, зависит от версии. MS SQL Server 2012 доступен в шести версиях
(редакциях).Edition - версия с максимальными возможностями для применения в
крупных системах. Сюда включены более 60-ти функций, недоступных в других
версиях, например: сжатие данных и резервных копий, аудит с использованием
расширенного набора событий, утилита для управления ресурсами Resources
Governor, возможность горячей замены процессора.Edition предназначена для
использования в системах среднего уровня, где не требуются возможности
Enterprise версии. Предоставляет базовые возможности по аналитике и созданию
отчетов.Edition подходит для установки в филиалах компании и предоставляет
средства управления данными, создания отчетности, удаленной синхронизации и
управления.Edition ориентирована на работу в Интернете, позволяет предоставлять
клиентам доступ к крупномасштабным веб-приложениям.Edition - бесплатная версия.
Подходит для обучения, для создания настольных и небольших серверных
приложений, а также для распространения независимыми производителями ПО.Edition
- бесплатная версия. Позволяет создавать автономные или мало связанные
приложения для мобильных устройств, настольных ПК и веб-клиентов, работающих
под управлением любых версий Microsoft Windows.
Серверная часть MS SQL Server реализуется в виде нескольких
самостоятельных служб, каждая из которых отвечает за выполнение определенных
задач.SQL Server поддерживает множество различных типов клиентов, каждый из
которых может работать на своей аппаратной и программной платформе.
В комплект поставки MS SQL Server входят стандартные утилиты,
которые могут использоваться для управления работой сервера и создания
логической структуры баз данных, поддерживаемых им. Для разработки клиентского
приложения могут быть использованы и различные средства разработки приложений,
например, среды визуального программирования Visual Studio.net 2003-2012,
Visual Basic, Delphi и др.
4.2 Microsoft
Visual Studio 2012
Visual Studio 2012 - надежное обеспечение для разработки
приложений.Visual C# - одно из самых популярных сегодня программных
обеспечений, которое позволяет создавать приложения разного рода. На данный
момент вышло уже несколько версий данного обеспечения - все они пользуются
большим успехом и востребованы среди пользователей.Visual C# постоянно
совершенствуется, так, есть версия 2003 года, популярна также Microsoft Visual
C# 2012 года. Специалисты компании Microsoft не останавливаются на достигнутом
и периодически вносят корректировки и дополнения в уже существующие продукты.
Так, появился новый товар Microsoft VS - Visual C# 2010 года.# - современный,
удобный и элегантный язык программирования. C# представляет собой особый язык
программирования, который предназначен для разработки и проектирования
всевозможных приложений. Приложения, которые могут создаваться на основе этого
языка, работают в среде.net Framework. Особенностями данного языка можно
назвать его строгую типизацию, а также ориентированность на определенный
объект. Решение Microsoft Visual C# разработано профессионалами компании
Microsoft специально для реализации языка C#.
Стоит отметить, что в языке C# существует возможность быстро
разработать самые разные приложения, этому способствуют нововведения, которые
не были присущи другим языкам C. Наиболее популярная версия Visual Studio 2012
легко поддерживает Microsoft Visual C# 2012 со всеми его шаблонными проектами,
компилятором, полнофункциональным редактором кода и другими востребованными
среди пользователей средствами.
Немаловажен тот факт, что библиотека классов.net Framework
позволяет открыть доступ к различным службам операционной системы. С помощью
библиотеки также можно получить доступ к другим классам, это значительно
ускоряет процесс разработки приложений и, бесспорно, относится к положительным
моментам системы.
С помощью Visual C# 2012 можно создавать приложения для
операционной системы Windows, всевозможные веб-службы, компоненты, средства для
баз данных, элементы управления приложениями и многое другое.
5.
Моделирование процесса проведения калибровки
Схема процесса калибровки, созданная средствами моделирования
BPwin, изображена на рис. 4.
Весь процесс проведения калибровки разбит несколько этапов.
Рис. 4. Общий вид процесса калибровки
Наглядно это выглядит как множество именованных
прямоугольников-блоков, обозначающих какую либо часть работы, которые имеют
входные и выходные параметры. Стрелки, входящие в верхнюю грань блока
представляют собой различные правила, стандарты, предписания, ГОСТы, и прочие
нормативные и методические документы, характеризующие корректное выполнение
данной работы. Стрелки, входящие в нижние грани представляют собой ресурсы, в
виде оборудования, а также человеческие ресурсы, которые необходимо привлечь
для успешного проведения данного этапа работ. Стрелки, входящие в левую грань
блока - это входная информация, которая подвергается обработке и преобразуется
с течением выполнения данной работы. И, наконец, стрелки, выходящие с правой
грани блока представляют собой результат проведения данной работы и переход к
следующему этапу.
6.
Организационно-функциональная структура
Организационно-функциональная структура системы калибровки
ПАДК "ЛУГ" представлена на рис. 5.
Рис. 5. Организационно-функциональная структура
Декомпозиция структуры системы представлена на рис.6.
Рис. 6. Декомпозиция организационно-функциональной структуры
системы
После запуска системы оператором производится ввод
необходимых данных:
· число образцов;
· число измерений каждого образца;
· данные измерений.
После ввода данных оператором выбирается модель калибровки:
основной метод (модель 1 или модель 2), или точечный метод. На этом участие
оператора в построении калибровочной функции заканчивается.
Далее ПК выполняет построение калибровочной функции,
осуществляет контроль справедливости (адекватности функции). Результатом работы
являются:
· калибровочная функция, построенная согласно
выбранной модели;
· вывод об адекватности функции и,
соответственно, ее применимости к дальнейшему использованию;
· сохранение введенных данных, сохранение
результатов (параметров калибровочной функции);
· Графики полученных функций.
7. Инфологическая
модель
Инфологическая модель предметной области (ПрО) представляет
собой описание структуры и динамики ПрО, характера информационных потребностей
пользователей в терминах, понятных пользователю и не зависимых от реализации
БД. Это выражается в терминах не отдельных объектов предметной области и связей
между ними, а их типов, связанных с ними ограничений целостности и
техпроцессов, которые приводят к переходу предметной области из одного
состояния в другое.
Этап инфологического проектирования начинается с
моделирования ПрО. Проектировщик разбивает ее на ряд локальных областей, каждая
из которых включает в себя информацию, достаточную для обеспечения запросов
отдельной группы будущих пользователей или решения отдельной задачи
(подзадачи). Каждое локальное представление моделируется отдельно, затем они
объединяются.
Одной из наиболее популярных семантических моделей данных
является модель "Сущность-связь" (ER-модель).
Основными понятиями ER-модели являются сущность, связь и
атрибут.
Сущность - это реальный или представляемый объект, информация
о котором должна сохраняться и быть доступна. В диаграммах ER-модели сущность
представляется в виде прямоугольника, содержащего имя сущности. При этом имя
сущности - это имя типа, а не некоторого конкретного экземпляра этого типа.
Атрибут - это свойство сущности. Его наименование должно быть
уникальным для конкретного типа сущности. Абсолютное различие между типами
сущностей и атрибутами отсутствует. Атрибут является таковым только в связи с
типом сущности. В другом контексте атрибут может выступать как самостоятельная
сущность.
Связь - это графически изображаемая ассоциация,
устанавливаемая между двумя сущностями. Эта ассоциация всегда является бинарной
и может существовать между двумя разными сущностями или между сущностью и ей же
самой (рекурсивная связь) [15].
Стержневая сущность - независимая сущность.
Ассоциативная сущность - связь вида
"многие-ко-многим" между двумя или более сущностями или экземплярами
сущности.
Характеристическая сущность - связь "многие-к-одной"
или "одна-к-одной" между двумя сущностями.
Сущность обозначения - связь "многие-к-одной",
"одна-ко-многим", не зависит от обозначаемой сущности.
Инфологическая модель процесса калибровки ПАДК
"ЛУГ" представлена на рис.7.
Рис. 7 Инфологическая модель процесса калибровки
Стержневые сущности: ПАДК "ЛУГ", ОБРАЗЕЦ, МАССИВ
ИЗМЕРЕНИЙ, КАЛИБРОВОЧНАЯ ФУНКЦИЯ, КАЛИБРОВОЧНАЯ МОДЕЛЬ.
Ассоциативные сущности: результат измерения образца,
калибровочная функция, оценка параметров модели, оценка адекватности
калибровочной функции.
Характеристическая сущность: расчетный критерий Фишера.
8. Виды
обеспечения системы
Согласно техническому заданию (Приложение 4), которое
является исходным материалом для создания информационной системы и отвечает
требованиям ГОСТ 34.602.89 "Техническое задание на создание
автоматизированной системы" и ГОСТ 19.201-78 "Техническое задание.
Требования к содержанию и оформлению" были сформулированы и реализованы
требования к следующим видам обеспечения:
· информационное обеспечение;
· лингвистическое обеспечение;
· математическое обеспечение;
· программное обеспечение;
· техническое обеспечение.
8.1
Информационное обеспечение
Информационное обеспечение - совокупность форм документов,
классификаторов, нормативной базы и реализованных решений по объемам,
размещению и формам существования информации, применяемой в автоматизированной
системе при ее функционировании [11].
ИО системы включает в себя внемашинное и внутримашинное ИО.
Внемашинное ИО представляет собой набор документов,
поступающих из внешних источников в бумажном виде.
Внутримашинное ИО выполнено в виде набора таблиц БД,
составляющих файловое хранилище.
8.1.1
Структура базы данных
Для хранения всей информации, необходимой для работы системы,
планируется использовать реляционную БД. Структура связей между таблицами
представлена на рис.8.
Рис. 8. Схема базы данных
Спроектированная база данных включает в себя следующие
таблицы:
Таблица 1_PRIBOR (Справочник "Локаторы")
|
Атрибут
|
Наименование
|
Тип данных
|
Обязательность поля
|
Ключ
|
|
ID_PRIBOR
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
ID_PRIBORTYPE
|
ID типа прибора
|
Целое
|
Обязательное
|
Внешний ключ
|
|
MODEL
|
Модель
|
Строка (255)
|
Обязательное
|
|
|
SERIAL_NUMBER
|
Серийный номер
|
Строка (255)
|
Обязательное
|
|
|
CREATED_BY
|
Пользователь системы, создавший запись о
приборе
|
Строка (30)
|
Обязательное
|
|
|
CREATE_DATETIME
|
Дата\Время внесения информации о приборе в
систему
|
Дата\Время
|
Обязательное
|
|
|
MODIFIED_BY
|
Пользователь системы, который последним менял
информацию о приборе
|
Строка (30)
|
Необязательное
|
|
|
MODIFY_DATETIME
|
Дата\Время последнего изменения информации о
приборе
|
Дата\Время
|
Необязательное
|
|
|
CHARACTERISTICS
|
Характеристики прибора
|
Текст
|
Необязательное
|
|
|
POVERKA_PERIOD
|
Периодичность проведения поверки
|
Целое
|
Обязательное
|
|
Таблица содержит основные данные по имеющимся локаторам
утечки газа.
Таблица 2_ETALON (Справочник "Эталонные образцы")
|
Атрибут
|
Наименование
|
Тип данных
|
Обязательность поля
|
Ключ
|
|
ID
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
ID_ETALON
|
ID набора эталонов
|
Целое
|
Обязательное
|
Внешний ключ
|
|
NUM_OBRAZETS
|
Номер образца
|
Целое
|
Обязательное
|
|
|
ETALON_VALUE
|
Эталонное значение
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
Таблица содержит эталонные образцы измерений и ссылку на
таблицу с эталонным набором (к которому отнесен данный эталон).
Таблица 3_ETALONNABOR (Справочник "Наборы
эталонов")
|
Атрибут
|
Наименование
|
Тип данных
|
Обязательность поля
|
Ключ
|
|
ID_ETALON
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
ID_OBJECTIZMER
|
ID объекта измерения
|
Целое
|
Обязательное
|
Внешний ключ
|
|
PROFILE_NAME
|
Название набора
|
Строка (255)
|
Обязательное
|
|
|
CREATED_BY
|
Пользователь системы, создавший эталонный набор
|
Строка (30)
|
Обязательное
|
|
|
CREATE_DATETIME
|
Дата\Время создания эталонного набора
|
Дата\Время
|
Обязательное
|
|
|
MODIFIED_BY
|
Пользователь системы, который последним менял
данные в эталонном наборе
|
Строка (30)
|
Необязательное
|
|
|
MODIFY_DATETIME
|
Дата\Время последнего изменения данных в
эталонном наборе
|
Дата\Время
|
Необязательное
|
|
Таблица содержит основные данные по имеющимся в системе
эталонным наборам.
Таблица 4_POVERKA (Таблица "Поверка локаторов")
|
Атрибут
|
Наименование
|
Тип данных
|
Обязательность поля
|
Ключ
|
|
ID_POVERKA
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
ID_PRIBOR
|
ID локатора
|
Целое
|
Обязательное
|
|
|
ID_ETALONNABOR
|
ID эталонного набора, по которому проводилась
калибровка
|
Целое
|
Обязательное
|
|
|
DATE
|
Дата проведения
|
Дата
|
Обязательное
|
|
|
CREATED_BY
|
Пользователь системы, зарегистрировавший в
системе проведенную поверку
|
Строка (30)
|
Обязательное
|
|
|
CREATE_DATETIME
|
Дата\Время внесения информации в систему о
проведенной поверке
|
Дата\Время
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_TEXT
|
Результат поверки
|
Текст
|
Обязательное
|
|
|
KALIBR_AKT
|
Акт о проведенной поверке
|
Файл
|
Необязательное
|
|
Таблица содержит данные о датах и результатах проведенных
поверок, является связующей между остальными справочниками.
Таблица 5_ZAMER_DATA (Таблица "Данные замеров")
|
Атрибут
|
Наименование
|
Тип данных
|
Обязательность поля
|
Ключ
|
|
ID_IZMER
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
ID_POVERKA
|
ID поверки
|
Целое
|
Обязательное
|
|
|
ID_OBRAZETS
|
ID эталонного образца, по которому проводилось
измерение
|
Целое
|
Обязательное
|
|
|
NUM_ZAMER
|
Порядковый номер замера
|
Целое
|
Обязательное
|
|
|
VALUE_ZAMER
|
Результат замера
|
|
Обязательное
|
|
Таблица содержит данные проведенных замеров и их соответствие
к прибору, образцу и т.п.
Таблица 6_RESULT_POVERKA (Таблица "Результаты
калибровки")
|
АтрибутНаименованиеТип данныхОбязательность
поляКлюч
|
|
|
|
|
|
ID_RESULT
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
ID_POVERKA
|
ID поверки
|
Целое
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_MAIN_A
|
Параметр a по основному методу
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_MAIN_ B
|
Параметр b по основному методу
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_MAIN_G
|
Параметр 2 по основному
методу
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_DOT_A
|
Параметр a по "точечному"
методу
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_DOT_ B
|
Параметр b по "точечному"
методу
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_DOT_G
|
Параметр 2 по
"точечному" методу
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_FORK_A
|
Параметр a по методу "вилки"
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_FORK_ B
|
Параметр b по методу "вилки"
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
|
RESULT_FORK_G
|
Параметр 2 по методу
"вилки"
|
Действительное
|
Обязательное
|
|
Таблица содержит результаты построений калибровочных моделей
ISO 11095.
Таблица 7(Справочник "Тип прибора")
|
Атрибут
|
Наименование
|
Тип данных
|
Обязательность поля
|
Ключ
|
|
ID_TYPE
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
PRIBOR_TYPE
|
Наименование типа
|
Строка (255)
|
Обязательное
|
|
|
COMMENT
|
Расширенное описание
|
Текст
|
Необязательное
|
|
|
TEX_XARAKTERIST
|
Технические характеристики
|
Текст
|
Необязательное
|
|
|
KALIBR_INSTRUCTIONS
|
Порядок проведения калибровки\поверки
|
Текст
|
Обязательное
|
|
Таблица содержит типы приборов, зарегистрированные в системе.
Таблица 8_OBJECTIZMER (Справочник "Объект
измерения")
|
АтрибутНаименованиеТип данныхОбязательность
поляКлюч
|
|
|
|
|
|
ID_IZMER
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
OBJECT_IZMER
|
Объект измерения
|
Строка (255)
|
Обязательное
|
|
|
COMMENT
|
Расширенное описание
|
Текст
|
Необязательное
|
|
Таблица содержит список объектов, измерение которых
предусмотрено приборами.
Таблица 9
TPRIBORIZMER (Таблица "Соответствия "Типы
приборов-объекты измерений")
|
АтрибутНаименованиеТип данныхОбязательность
поляКлюч
|
|
|
|
|
|
ID_PS
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
ID_PRIBORTYPE
|
ID типа прибора
|
Целое
|
Обязательное
|
|
|
ID_IZMER
|
ID объекта измерения
|
Целое
|
Обязательное
|
|
Таблица содержит соответствия типов приборов (например,
"ЛУГ-1", "Бутон" и объектов измерения этих приборов (метан
и этанол соответственно).
Таблица 10(Таблица "Документация к прибору")
|
АтрибутНаименованиеТип данныхОбязательность
поляКлюч
|
|
|
|
|
|
ID_DOC
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
ID_PRIBOR
|
ID прибора
|
Целое
|
Обязательное
|
|
|
DocName
|
Название документа
|
Строка (255)
|
Обязательное
|
|
|
FILEDOCUMENT
|
Документ
|
Файл
|
Обязательное
|
|
|
Comment
|
Комментарий к документу
|
Необязательное
|
|
|
CREATED_BY
|
Имя пользователя, создавшего документ
|
Строка (255)
|
Обязательное
|
|
|
CREATE_DATETIME
|
Дата\Время включения документа в систему
|
Дата\Время
|
Обязательное
|
|
Таблица содержит документы, приложенные к прибору в ходе
работы с ним (например, тех. паспорт, инструкция использования, акты
техсостояния, акты ремонта и т.п.).
Таблица 11_USERS (Таблица "Пользователи системы")
|
АтрибутНаименованиеТип данныхОбязательность
поляКлюч
|
|
|
|
|
|
ID_USER
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
LOGIN
|
Логин пользователя
|
Строка
|
Обязательное, уникальное
|
|
|
Password
|
Пароль пользователя
|
Строка
|
Обязательное, уникальное
|
|
|
FIO
|
ФИО пользователя
|
Строка
|
Обязательное
|
|
|
USER_TYPE
|
Тип пользователя
|
Строка
|
Обязательное
|
|
Таблица отвечает за хранение регистрационных данных
пользователей системы. В соответствии с этой таблицей предоставляется доступ к
системе тому или иному человеку.
Таблица 12_USERSRIGHTS (Таблица "Таблица доступа к
операциям")
|
АтрибутНаименованиеТип данныхОбязательность
поляКлюч
|
|
|
|
|
|
USER_ID
|
Ключевое поле
|
Целое
|
Обязательное, уникальное
|
Первичный ключ
|
|
OPERATION
|
Наименование операции
|
Текст
|
Обязательное
|
|
|
PERMISSION
|
Уровень доступа
|
Текст
|
Озязательное
|
|
Таблица отвечает за хранение настроек учетных записей
системы.
8.2
Лингвистическое обеспечение
Лингвистическое обеспечение - совокупность средств и правил
для формализации естественного языка [11].
Для построения инфологической модели предметной области
использовалось средство разработки структуры БД - ERWin. С помощью наглядной
модели БД можно оптимизировать ее структуру и добиться полного соответствия требованиям
и задачам организации.
Для построения контура системы использовалось средство
описания, анализа и моделирования бизнес-процессов BPWin. Модель, созданная
средствами BPWin, позволяет четко документировать различные аспекты
деятельности - действия, которые необходимо предпринять, способы их
осуществления, требующиеся для этого ресурсы и др. Таким образом, формируется
целостная картина деятельности предприятия.
При создании автоматизированной системы использовался язык
программирования Visual C#, входящий в состав пакета Microsoft Visual Studio
2012.
При создании базы данных в качестве СУБД использовалась
Microsoft SQL Server 2012. Работа с информацией, содержащейся в базе данных,
осуществлялась с использованием языка структурированных запросов SQL.
8.3
Математическое обеспечение
Параметры модели вида 1, предполагающей постоянство дисперсии
остатков отклонений, вычисляются следующим образом.
(14)
(15)
(16) где
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
Калибровочная функция при предположении о пропорциональности
остатка стандартного отклонения в общем случае записывается так:
(23)
где
xnпринятое
значение n-ого образца (n = 1,…,N)
ynkk-ое измерение n-ого образца (k = 1,…,K)
отображение вероятного значения n-ого образца
отклонение между ynk и вероятным значением n-ого
образца (эти отклонения приняты независимыми и нормально распределенными со
средним равным нулю и дисперсией пропорциональной xn2),
то есть var () = var (
) = xn2 τ2
, 
и 
три параметра для оценки данных, собранных в течение калибровки
, отрезок и наклон калибровочной функции
точность измерения из измерительной системы
Эта модель может быть преобразована в эквивалентную модель 2, то
есть с ошибками имеющими постоянную дисперсию. Преобразование состоит из
деления на 
обеих сторон уравнения (23):
. Это дает
(24) или эквивалентное
(25) где
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)
(31), где
(32)
(33)
(34)
(35)
(36)
(37)
(38)
(39)
Если используется модель с пропорциональным остатком стандартного
отклонения, тогда строится, как показано на таблице 1, ANOVA таблица.
8.4
Программное обеспечение
Программное обеспечение - совокупность программ на носителях
данных и программных документов, предназначенная для отладки, функционирования
и проверки работоспособности АС. [11]
В зависимости от функций, выполняемых ПО, его можно разделить
на базовое (системное) и прикладное программное обеспечение.
Базовое ПО обеспечивает рабочую среду для прикладных
программ.
Базовым ПО является:
§ операционная система Microsoft Windows XP;
§ СУБД Microsoft SQL Server 2012;
§ среда программирования Microsoft Visual Studio 2012.
Прикладное ПО предназначено для решения конкретных задач
пользователя. Прикладным ПО является:
· Разрабатываемое приложение;
· Табличный процессор Microsoft Excel, версии не
ниже 2003.
Разработанная система калибровки состоит из одного
исполняемого файла с именем ASK_KTS. EXE. Исходный код приложения частично
приведен в Приложении 4.
8.5
Техническое обеспечение
Технические средства предназначены для решения следующих
задач:
· выполнение программного обеспечения
системы;
· обеспечение связи между разрабатываемой
программой и базой данных;
· хранение на магнитных (оптических)
носителях баз данных и программ;
· визуализация информации.
Разрабатываемая система в техническом ракурсе состоит из двух
комплексов:
· Рабочая станция. На рабочей станции
устанавливается разрабатываемая АС;
· Сервер базы данных. На сервере базы данных должна
быть установлена СУБД.
Указанные программные части предполагается устанавливать на
разные ПК, однако в исключительных ситуациях не запрещается установка обеих
частей на один ПК. Необходимо предусмотреть полноценную работу АС при любых
вариантах установки.
Минимальные технические характеристики для рабочей станции:
· процессор Pentium 2GHz или аналогичный;
· оперативная память 1024MB;
· видеоадаптер с объёмом памяти 64MB;
· жесткий диск объёмом 80GB;
· минимальное разрешение экрана монитора
1024x768;
· сетевой адаптер 100 Мбит;
· клавиатура, манипулятор "мышь";
· цветной принтер для распечатки отчетов и
графиков калибровочных функций; тип принтера неважен.
Технические характеристики для сервера базы данных совпадают
с требованиями к рабочей станции, за исключением принтера.
Для работы АС не требуется наличие локатора или иных
специальных приборов - данные в систему вводятся оператором АС через
стандартные устройства ввода: клавиатура, манипулятор "мышь".
9. Структура
программного обеспечения системы
Общая схема организации программного обеспечения представлена
на рис.9.
Рис. 9. Структура программного обеспечения.
Разрабатываемая система логически состоит из 7 подсистем:
) Подсистема ввода статичных данных. Данная подсистема должна
выполнять следующие функции:
· ввод данных и контроль ввода данных;
· передача введённых данных в подсистему
работы с БД для сохранения;
· загрузка данных из БД;
· проверка корректности введённых данных;
· Ведение новых стандартных образцов;
· Ведение учета зарегистрированных
приборов-локаторов.
2) Подсистема ввода измерений. Данная подсистема должна
выполнять следующие функции:
· ввод данных и контроль ввода данных;
· автоматизированное добавление необходимого
числа измерений.
3) Подсистема вычисления калибровочной функции. Данная
подсистема должна выполнять следующие функции:
· Анализ введенных данных;
· Вычисление калибровочной функции.
4) Подсистема вычисления результатов калибровки. Данная
подсистема должна выполнять следующие функции:
· Анализ найденных калибровочных функций;
· Нахождение области действия калибровочной
функции;
· Принятие решения об адекватности функции и
применимости в работе;
· Принятие решения о работоспособности
локатора утечек газа;
· Передача данных в подсистемы статистики и
учета поверок.
5) Подсистема статистики, экспорта данных и учета поверок,
выполняет следующие функции:
· формирование и вывод отчёта о результатах
калибровки\поверки;
· сохранение результатов проведенных калибровок и
поверок для каждого прибора;
· сохранение отчёта;
· вывод отчёта на печать в табличном виде и в виде
графиков;
· вывод сохраненных ранее результатов диагностики;
· вывод объяснений о выданном отчёте;
· экспорт данных в табличном и графическом виде;
· учет периодичности проведения плановых калибровок
и поверок.
6) Подсистема редактирования БД. Подсистема редактирования БД
должна выполнять следующие функции:
· выбор и просмотр таблиц базы данных;
· редактирование записей в таблице;
· добавление записей;
· удаление записей;
· контроль корректности вводимых данных;
При вводе некорректных данных будет выведено соответствующее
предупреждение.
) Подсистема администрирования. Подсистема администрирования
должна выполнять следующие функции:
· добавление новых пользователей;
· назначение и изменение уровня доступа
пользователей;
· удаление пользователей.
10. Алгоритмическая
модель процесса калибровки
Блок-схема процесса калибровки представлена на рис. 10.
Рис. 10 Алгоритм модели процесса калибровки
11. Интерфейс
системы
Программное обеспечение разрабатывается в среде Microsoft
Visual Studio 2012, предлагаемые инструментальные средства и графические
возможности позволяют разрабатывать интерфейс, соблюдая принципы
эргономичности.
На рис. 11.1 изображена форма входа в систему.
Рис. 11.1 Форма входа в систему
При нажатии на кнопку "Вход" происходит проверка
пары "Логин-пароль". В случае успешного прохождения проверки,
Пользователь попадает на форму "Главное меню" (рис 11.2). В случае не
прохождения проверки, пользователь получает соответствующее сообщение.
Рис. 11.2 Главное меню системы
На рис. 11.2 изображена форма "Главное меню".
Блок "Работа со справочниками" содержит кнопки
вызова редактора соответствующего справочника системы.
Кнопка "Стандартные образцы" вызывает форму работы
с наборами эталонов (стандартных образцов) (рис. 11.3, 11.4).
Кнопка "Объекты измерений" позволяет вызвать форму
работы со справочником "Объекты измерений" (Рис. 11.5, 11.6).
Блок "Работа с приборами" содержит кнопки вызова
форм, позволяющих работать с зарегистрированными в системе приборами и типами
приборов либо провести калибровку или поверку.
Кнопка "Приборы" вызывает форму работы с приборами,
зарегистрированными в системе (Рис. 11.9-11.12).
Кнопка "Типы приборов" вызывает форму работы со
справочником "Типы приборов" (Рис. 11.7, 11.8).
Кнопка "Добавить прибор" вызывает форму регистрации
в системе нового прибора (Рис. 11.10).
Блок "Прочее" содержит две кнопки:
"Статистика" и "О программе".
Кнопка "Статистика" вызывает форму отображения
статистики по ключевым параметрам системы.
Кнопка "О программе" вызывает форму "О программе",
сообщающую краткую информацию о программе (Рис. 11.22).
Блок "Работа с пользователями" содержит кнопки для
работы с зарегистрированными в системе пользователями.
Кнопка "Пользователи системы" вызывает форму работы
с пользователями, зарегистрированными в системе (Рис. 11.17).
Кнопка "Добавить пользователя" вызывает форму
добавления нового пользователя системы. (Рис. 11.18-11.20)
Кнопка "Настройки пользователя" вызывает форму
просмотра и изменения личных данных текущего пользователя (Рис. 11.18-11.20).
Следует отметить, что кнопки "Пользователи системы"
и "Добавить пользователя" недоступны для пользователей с ролью
"Оператор системы".
Блок "Текущая работа" выводит перечень работ,
выполнение которых либо предстоит в ближайшее время, либо просрочены.
Кнопка "Выход" - закрывает программу.
Форма "Наборы стандартных образцов" отображает
существующие в системе наборы стандартных образцов.
Представленная на форме информация позволяет определить
названия наборов, а также определить даты создания и последнего изменения
каждого из наборов. Нажатие на кнопку "Добавить" или
"Изменить" вызывает форму для добавления или изменения набора
стандартных образцов кнопка "Удалить" производит удаление набора
стандартных образцов; кнопка "Обновить" вызывает обновление на экране
представленных данных.
Создание нового набора или редактирование существующего
набора стандартных образцов осуществляется с помощью представленной формы.
Необходимо задать название набора, а также с помощью кнопок
"Добавить" и "Удалить" задать эталонные значения
стандартных образцов.
Форма "Объекты измерений" содержит список объектов
измерений, зарегистрированных в системе. а также представлены инструменты для
работы с данными типами (кнопки "Добавить", "Изменить",
"Удалить", "Обновить").
При нажатии на кнопки "Добавить" или
"Удалить" вызывается форма редактирования объекта измерения. При
нажатии на кнопку "Удалить" происходит вызов процедуры удаления.
Кнопка "Обновить" позволяет обновить представленную на экране информацию.
Кнопка "Закрыть" позволяет закрыть данную форму.
Форма "Добавление\изменение" вызывается из формы
"Объекты измерений" и предназначена для добавления нового или
редактирования существующего объекта измерения (газа или газовой смеси).
На форме "Типы приборов" отображен список
зарегистрированных в системе типов приборов, а также представлены инструменты
для работы с данными типами (кнопки "Добавить", "Изменить",
"Удалить", "Обновить").
При нажатии на кнопки "Добавить" или
"Удалить" вызывается форма редактирования типа прибора. При нажатии
на кнопку "Удалить" происходит вызов процедуры удаления. Кнопка
"Обновить" позволяет обновить представленную на экране информацию.
Кнопка "Закрыть" позволяет закрыть данную форму.
Форма "Тип прибора" предназначена для создания
нового или редактирования существующего типа прибора. На форме представлены
блоки "Технические характеристики", "Калибровочная
инструкция", "Среда применения", "Дополнительная
информация".
Блок "Технические характеристики" предназначен для
ввода технических данных данного типа приборов.
Блок "Калибровочная инструкция" предназначен для
ввода калибровочной инструкции к данному типу приборов.
Блок "Среда применения" содержит список газов,
которые может "улавливать" данный тип приборов.
Блок "Дополнительная информация" предназначен для
ввода любого типа данных, которые являются важными для работы с прибором, но не
подходят ни к одному из вышеперечисленных блоков.
Форма "Приборы" отображает приборы,
зарегистрированные в системы.
Предоставляемая на форме информация ("Тип прибора",
"Модель", "Серийный номер") дает пользователю возможность
однозначно определить конкретный прибор среди других.
Для удобства работы есть возможность ограничить вывод
имеющихся приборов:
) По типу прибора. Если пользователь установит чекбокс
"Тип прибора" в активное положение и выберет тип в выпадающем списке,
в таблице окажутся только те приборы, которые совпадают по заданному условию
"Тип прибора".
) По требованию поверки. Установка чекбокса "Показать
только требующие поверки" ограничит вывод приборов - будут показаны только
те, срок поверки которых уже наступил либо наступит в течении ближайших 7 дней.
Кнопки "Добавить прибор" и
""Просмотреть\изменить прибор" выводит форму работы с выбранным
прибором (Рис.11.10).
Кнопка "Выполнить калибровку" вызывает форму
"Подготовка к калибровке" для выбранного прибора.
При создании нового прибора на представленной форме
необходимо заполнить поля "Тип прибора", "Что измеряет?",
"Модель", "Серийный номер", "Периодичность
поверки".
В правом верхнем углу представлено изображение прибора (при
условии, что оператор системы добавил его, используя соответствующую кнопку
"Изменить").
На закладке "Характеристики" оператор может указать
основные данные прибора. Информация является сугубо справочной и не влияет на
проведение процедур калибрования и поверки.
На закладке "Документы" представлен список
документов, закрепленных за данным прибором.
Предполагаемые документы: Акты поверки, Инструкция по
пользованию прибором, инструкция проведения калибровки и. т.д. Система
позволяет хранить документы любого типа и любого размера.
Кнопка "Добавить" позволяет добавить новый
документ; кнопка "Удалить" позволяет удалить из системы выбранный
документ; кнопка "Скачать" позволяет выгрузить из базы данных
локальную копию документа на компьютер; кнопка "Обновить" позволяет
обновить список представленных документов.
На закладке "Поверки" выводится информация о
пройденных поверках, результатах поверок, дат проведения и т.п.
Нажатие на кнопку "Калибровочный акт" напротив
соответствующей записи позволяет просмотреть соответствующий калибровочный акт
(если он был предварительно загружен оператором в систему).
Форма "Подготовка к калибровке" (Рис.11.13)
вызывается по нажатию на кнопку "Выполнить калибровку" формы
"Приборы" (рис.11.9).
Рис. 11.13 Форма "Подготовка к калибровке"
Предлагается выбрать набор стандартных образцов (на основе
которого будет производиться калибровка) и модели калибровочных функций, по
которым будут строиться калибровочные функции.
Нажатие на кнопку "Старт" вызывает форму
"Калибровка\поверка" (Рис.11.14). Нажатие на кнопку
"Отмена" закрывает форму.
Рис. 11.14 Форма "Калибровка\поверка"
На форме "Калибровка\Поверка" (рис.14.1)
производится ввод данных, полученных от калибруемого прибора в ходе измерения
стандартных калибровочных образцов. По горизонтали заданы стандартные образцы,
по вертикали - число измерений стандартных образцов. Имеется возможность
добавлять количество измерений с помощью кнопки "Добавить измерение".
Вычисление калибровочной функции, а также принятие решения об
адекватности полученной модели происходит через кнопку "Вычислить".
Кнопка "График" построить график с указанием
измеренных значений и калибровочной функции (Рис. 11.15), а также график
остатков (Рис. 11.16).
Рис. 11.15 График функции калибровки
Рис. 11.16 График остатков
На форме "Список пользователей" (Рис.11.17)
представлен список всех пользователей, зарегистрированных в системе.
Рис. 11.17 Форма "Список пользователей"
Всего в системе существует два типа пользователей -
Администратор" и "Оператор". Чекбоксы "Показывать роль
"Администратор" и "Показывать роль "Оператор" отвечают
за отображение в списке пользователей, имеющих роли "Администратор" и
"Оператор" соответственно.
Кнопка "Удалить пользователя" вызывает процедуру
удаления зарегистрированного пользователя.
Кнопка "Обновить" обновляет список перечисленных
пользователей.
Кнопки "Добавить пользователя" и "Изменить
пользователя" открывают форму "Пользователь" (Рис. 11.18) в
режиме добавления нового, либо редактирования существующего пользователя.
Рис. 11.18 Форма "Пользователь". Данные
пользователя.
На закладке "Данные пользователя" имеются поля для
ввода основных данных (ФИО пользователя, логин пользователя, Роль в системе).
При создании или изменении данных поле "логин пользователя"
проверяется на уникальность, т.е. в системе не может и не должно быть
нескольких пользователей с одним и тем же логином.
Кнопка "Изменить пароль" вызывает форму изменения
пароля (Рис.11.21). Данная кнопка доступна только в том случае, если
пользователь просматривает информацию о самом себе.
На закладке "Настройки доступа роли "Оператор"
(Рис.11.19) представлены инструменты для задания полномочий к основным
операциям.
Рис.11.19 Закладка "Настройки доступа роли
"Оператор".
Каждая из операций, перечисленных на данной закладке, имеет 4
уровня ограничения: "Полный запрет", "Чтение",
"Изменение", "Полный доступ". Так как пользователи с ролью
"Администратор" обладают функциями пользователей роли
"Оператор", то для администраторов системы также возможно задание
данных ограничений.
На закладке "Настройки доступа роли
"Администратор" (Рис.11.20) представлены инструменты для задания
полномочий к работе с ролями.
Рис.11.20 Закладка "Настройки доступа роли
"Администратор".
Операции на данной закладке имеет два уровня доступа:
"Запретить" и "Разрешить".
Используя возможности операций закладок для ролей
"Оператор" и "Администратор", можно достаточно гибко
ограничивать возможности пользователей, тем самым достичь требуемого уровня
разделения полномочий и сохранения безопасности системы.
Форма "Изменения пароля" служит для изменения
пароля пользователя при необходимости.
Рис.11.21 Форма "Изменение пароля"
При смене пароля обязательно заполнение всех полей ввода.
Форма "О программе" содержит справочную информацию
о программе и её создателе.
Рис.11.22. Форма "О программе"
Заключение
В ходе дипломного проектирования была изучена предметная
область, определена область планируемой автоматизации, описано информационное,
алгоритмическое, лингвистическое, математическое, техническое и программное
обеспечение, создан интерфейс системы, разработана база данных.
Результатом дипломного проектирования является
автоматизированная система калибровки, разработанная на основании технического
задания.
Ввиду того, что при разработке АС использовались
универсальные алгоритмы калибровки, было принято решение не ограничивать
область работы программы локатором утечек газа ЛУГ-1. Разработанная система
калибровки имеет возможность работать с приборами различных типов и различных
моделей, работать с различными стандартными образцами, а также имеет
инструменты для распределения и ограничения полномочий.
Автоматизированная система позволяет проводить калибровку и
поверку приборов, хранить, обрабатывать и представлять в графическом и
текстовом виде результаты измерений, а также передавать их для дальнейшей
обработки в табличный редактор Microsoft Excel. Кроме того, в арсенале системы
имеется система ограничения доступа по логину-паролю, а также ограничение
полномочий для каждого пользователя в отдельности.
В силу своей универсальности, данный программный продукт
может быть полезен многим службам, осуществляющим калибровочные и поверочные
работы.
В качестве перспектив развития можно отметить возможность
увеличения функционала - как в части новых алгоритмов калибровки, так и в
прикладной области: например, путем создания алгоритма автоматической
калибровки ПАДК "ЛУГ".
Созданный программный продукт успешно прошел тестовые
испытания и готов к внедрению в опытную эксплуатацию.
Список
используемых источников
1. Плюснин И.И., Бушмелева К.И., Бушмелев П. Е МОБИЛЬНАЯ
СИСТЕМА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И МОНИТОРИНГА ГАЗОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
[Электронный ресурс] / Режим доступа: #"791991.files/image087.gif">