автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Исследование методов проектирования и реализация программного обеспечения информационно-измерительных систем диагностики
Автореферат диссертации по теме "Исследование методов проектирования и реализация программного обеспечения информационно-измерительных систем диагностики"
На правах рукописи
/О^а/
ЮРАГОВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ (НА ПРИМЕРЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ)
Специальность 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в технических системах)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва, 2004 г.
Работа выполнена в Московском Государственном Открытом Университете
Научный руководитель: Д.т.н. Путилин А.Б.
Официальные оппоненты: Д.т.н., профессор Постников И.И.
к.т.н., доцент Снедков А.Б.
Ведущее предприятие: Государственное Научно-производственное
предприятие «КВАНТ»
Защита состоится «27»_апреля_(2004 г. в 12 часов на
заседании диссертационного совета Д 212.119.01 Московской государственной академии приборостроения и информатики по адресу: 107846, г. Москва, Стромынка, 20.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии.
Автореферат разослан «26» марта 2004 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор
Филинов В.В.
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1. Актуальность темы. Современный уровень развития вычислительной техники обуславливает необходимость активного внедрения информационных технологий в сферу исследования и диагностики технологических объектов. В этой связи роль пакетов прикладного программного обеспечения (ПО) значительно возрастает, т.к.' заложенные в них алгоритмы позволяют в полной мере реализовать задачи получения, анализа и представления измерительных данных.
Сложность создания программного обеспечения информационно-измерительных систем (ИИС) диагностики технологических объектов определяется необходимостью адекватно отвечать современным требованиям, основными из которых являются:
- взаимодействие с измерительной аппаратурой в режиме реального времени;
- обработка информационных потоков высокой плотности без потерь;
- повышенные требования к точности и надежности;
- возможность оперативной модификации подсистем в течение всего жизненного цикла;
- поддержка развитого интерфейса пользователя. Представляется целесообразным определить единый подход, в рамках
которого было бы возможно разрабатывать пакеты прикладного программного обеспечения, адаптируемые к задачам исследования и диагностики технологических объектов и масштабируемые в соответствии с требованиями к точности измерений и заданной функциональности.
В последние годы появилось много работ, которые развивают идеи компонентно-ориентированного подхода в построении ПО. Применение данного подхода для автоматизации исследования и диагностики технологических объектов определило актуальность выбранной темы.
1.2. Цель работы и задачи исследования. Целью работы является исследование методов проектирования и реализация прикладного ПО ИИС диагностики технологических объектов.
Задачи исследования, определенные поставленной целью, состоят в решении следующих вопросов:
- развить метод компонентно-ориентированной разработки ПО, реализующего задачи сбора, первичного анализа, представления и хранения измерительных данных;
- определить механизм синтеза пакетов прикладного программного обеспечения, ориентированных на диагностику термоэлектрических (ТЭ) преобразователей и ТЭ (полупроводникового) материала;
- применить полученные результаты в практику разработки ИИС для исследования и диагностики иных
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА СПетербург л
3 ОЭ
13. Методы исследований. В процессе исследований были использованы основные положения теоретических основ информационно-измерительной техники, результаты работ в области алгоритмических языков, теории операционных систем, объектно-ориентированной методологии и техники моделирования, теории термоэлектричества.
1.4. Научная новизна результатов работы состоит в разработке и исследовании теоретических основ, методов проектирования и синтеза ПО ИИСдиагностики:
- разработаны принципы построения и функционально-структурная организация ПО ИИС диагностики на основе компонентно-ориентированного метода проектирования и унифицированного языка моделирования UML;
- исследованы и программно реализованы методы диагностики термоэлектрических охлаждающих модулей (ТЭОМ) и ТЭ материала на основе физических моделей ТЭ преобразователей;
- разработан набор информационных компонент и синтезированы пакеты прикладного ПО систем автоматизированного контроля и диагностики ТЭОМ и ТЭ материала;
- продемонстрирована высокая степень общности набора компонент, позволяющая их адаптировать для разработки программно-аппаратных комплексов исследования и диагностики иных типов технологических объектов.
1.5. Практическая ценность работы заключается в следующем:
- результаты исследований являются теоретической базой для создания пакетов ПО ИИС диагностики технологических объектов;
- большинство методов хорошо формализуемы, что имеет большое значение при их дальнейшей реализации в рамках систем автоматизированного проектирования (САПР);
- методология проектирования автоматизированных комплексов диагностики воплощена в разработанных программно-аппаратных системах контроля ТЭОМ и ТЭ материала.
1.6. Внедрение результатов. Разработанные системы обеспечили комплексную автоматизацию диагностики ТЭОМ и полупроводникового материала в серийном производстве при выходном контроле качества продукции в больших количествах (свыше 360000 изделий в год). Комплексы введены в эксплуатацию на российских предприятиях, изготовителей термоэлектрической продукции СКТБ «НОРД» и ГНЦ ГИРЕДМЕТ в период 2000-2002 г.г. Методы диагностики и программно-аппаратные средства используются для изучения характеристик ТЭ батарей в ГНЦ ВЭИ и ГНПП «КВАНТ».
1.7. Апробация результатов. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и
производстве» (Н.Новгород, ноябрь, 2000 г.); VI научно-технической конференции «Информационные технологии в промышленности и учебном процессе» (МГОУ, октябрь, 2001 г.); X Международном форуме по термоэлектричеству (Черновцы, сентябрь, 2002 г.); научных сессиях РНТО им. Попова (Москва, май, 2002 и 2003 г.г.); заседаниях кафедр: измерительных систем и информационных технологий (ИСИТ) МГОУ (сентябрь 2003 г.), точных приборов и измерительных систем (ПР-1) МГАПИ (ноябрь 2003), управления и моделирования систем (ИТ-6) МГАПИ (декабрь 2003).
1.8. Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ в виде статей и тезисов докладов.
1.9. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 5 приложений. Общий объем работы составляет 229 стр. машинописного текста, содержащих 95 рисунков, 28 таблиц, 8 страниц литературы из 88 наименований. Объем приложений составляет 65 стр.
1.10. На защиту выносятся наиболее значимые результаты работы, имеющие важное практическое значение:
- способы моделирования и методы проектирования ПО ИИС диагностики средствами унифицированного языка моделирования иМЬ;
- развитый компонентно-ориентированный подход создания ПО ИИС диагностики технологических объектов;
- программные реализации методов автоматизированной диагностики ТЭ преобразователей и ТЭ материала;
- разработанные пакеты прикладного ПО комплексов диагностики ТЭОМ и ТЭ материала, результаты проведенных испытаний.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель и задача исследований, приводится характеристика выполненной работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.
В первой главе проведен обзор подходов к проектированию и реализации ПО ИИС на основе объектно-ориентированных методологий (008Е, ОМТ, ВоосИ). Перечислены виды объектно-ориентированных моделей и обоснована возможность применения унифицированного языка моделирования ИМЬ для документирования, спецификации и визуализации проектных решений при разработке ПО ИИС на основе объектно-ориентированной методологии.
Показано, что архитектура ИИС может быть представлена взаимодополняющими видами: прецедентов (вариантов использования), проектирования, процессов, реализации и развертывания. Каждый вид
требует структурного и поведенческого моделирования, т.е. рассмотрения статических аспектов диаграммами классов, объектов, компонентов и развертывания, и динамических аспектов диаграммами прецедентов, последовательности действий, кооперации, состояний и деятельности. В рамках языка представления о каждом виде фиксируются с помощью диаграмм, общий вид которых изображен на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид диаграммы UML
Диаграмма представляет граф, в узлах которого расположены структурные сущности, а ребрами являются отношения ассоциации, зависимости, обобщения или реализации. Базовые абстракции предметной области - классы, компоненты и узлы. При моделировании прототипов в UML следует переходить к их экземплярам. Экземпляр определен как материализация абстракции, к которой применимы операции и которая может сохранять их результат. Одна абстракция может порождать бесконечное число экземпляров и для данного экземпляра всегда существует абстракция, определяющая характеристики, общие для всех подобных экземпляров.
Методы объектно-ориентированного анализа и проектирования во многом определили становление компонентно-ориентированного подхода. Развитие данного подхода поднимает проблему создания программных элементов в виде компонент, инвариантных по отношению к алгоритмическим языкам и операционным системам и единообразно описываемых с помощью графической нотации UML.
Во второй главе приведено обоснование выбора метода проектирования ПО ИИС диагностики на основе компонентно-ориентированного подхода, включающего в качестве своего подмножества процедурно- и объектно-ориентированный. В качестве единицы декомпозиции выбраны информационные компоненты - независимые, функционально завершенные, разноуровневые программные элементы, образующие иерархическую систему и взаимодействующие посредством строго определенных и неизменяемых интерфейсов и отношений UML (рис. 2).
Пакет прикладного программного обеспечения ИИС диагностики технологических объектов
Программное обеспечение ИИС. диагностики технологических объектов
Регистрируемые на уровне операционной системы информационные компоненты
Информационные компоненты RAD-инструментария
Подпрограммы (процедуры, функции) алгооитмических языков
Рис. 2. Иерархическая структура информационных компонент.
Представление в UML позволяет визуализировать компоненту без привязки к операционной системе или алгоритмическому языку (рис. 3 а), а механизмы языка расширяют как свойства компонент, так и определяют новые стереотипы. Базовый набор включает пять элементов (табл. 1), общепринятая нотация которых представлена на рис. 3 б-г.
Компонента может быть элементом времени разработки {design-time) (хранить программный код элементов логической модели, например, являться набором файлов), либо элементом времени исполнения {run-time) (программным объектом, например, экземпляром некоторого класса, взаимодействующим посредством сообщений и реализующим событийно-управляемую логику).
Таблица 1. Базовые стереотипы компонент UML.
Стереотип Описание
executable исполняемый компонент (исполняемый модуль ЕХЕ)
library библиотека (библиотека DLL)
table таблица базы данных
file исходный текст или данные
document текстовый документ
Рис. 3. UML-изображение компонента (а) и его базовые стереотипы (б-г).
Формирование компоненты включает задание функциональных и нефункциональных свойств. Функциональные свойства определяются функциями, которые, как правило, локализуемы в рамках отдельных компонент. К нефункциональным свойствам относится соблюдение полноты выполняемых действий, адаптируемости к условиям будущего применения, эффективности и безопасности исполнения, простоты применения, возможности масштабирования (перевода компонента на более высокий уровень абстракции). Возможность многократного использования делает компонент проблемно-ориентированным.
Особо выделена роль интерфейсов как основного связующего звена логической и физической модели исполняемой системы. Компоненты могут реализовывать наборы интерфейсов, вступать в отношения зависимости, ассоциации и обобщения, быть вложенными, иметь экземпляры и участвовать во взаимодействиях. Определены принципиальные отличия компонент от классов и проанализированы перспективы развития методов объектной статической декомпозиции на основе информационных компонент.
Базовые блоки ПО ИИС диагностики на основе информационных компонент включают подсистемы сбора, обработки и представления измерительных данных. Масштабирование базовых блоков в более крупные элементы требует привлечения новых способов их представления. В наибольшей степени для этого подходят пакеты, применяемые в UML для организации моделирующих элементов в группы. Хорошо структурированный UML-пакет группирует семантически близкие информационные компоненты, которые имеют тенденцию изменяться совместно. Основанная на UML-пакетах структура программного обеспечения образует трехуровневую пакетную архитектуру (рис. 4).
Рис. 4 Трехуровневая пакетная архитектура ПО ИИС диагностики.
Стереотипы "access" и "import" определяют способ доступа к компонентам другого пакета: стереотип "access" показывает, что исходный пакет может ссылаться на компоненты целевого пакета, используя полное имя вида целевой_пакет::имя_компонента, в то время как стереотип "import" добавляет пространство имен исходного пакета к пространству имен целевого.
Специфика предметной области определяет требования и особенности построения каждого пакета, однако для ряда смежных прикладных задач можно сформировать единый набор компонент, различающийся только основными сервисами испытаний. Предложен вариант разделения компонент по категориям в соответствии с их функциональностью и назначением (табл. 2).
_Таблица 2. Категории компонент ПО ИИС диагностики.
Категория
Базовый
Служебный
Пользовательский
Дополнительный
Системный
Описание
Реализация методов диагностики
Служебные сервисы поддержки базовых компонент
Подключение пользовательских расчетных методик
Обеспечение дополнительной функциональности
Реализация общесистемных функций
Третья глава посвящена вопросам реализации компонентного подхода в задачах разработки ПО ИИС диагностики. Рассмотрены методы межкомпонентного взаимодействия с помощью различных способов оповещения (нотификации) о происходящих событиях на основе клиент-серверных схем и особенности их реализации в операционных системах семейства Microsoft® Windows. При синхронном взаимодействии клиент вызывает метод сервера, и когда последний возвращает управление, задача считается выполненной. В случае, когда выполнение длится дольше, чем клиент может ожидать, требуется асинхронная схема развязки', клиент выдает задание серверу и продолжает текущую работу, а по выполнении требуемых действий клиент извещается. Рассмотрены программные схемы подобного оповещения при взаимодействии компонент, выполняющихся в разных потоках и процессах с помощью объектов синхронизации, сообщений оконным классам и процедур обратного вызова. Объединение перечисленных способов нотификации представлено иерархией классов наследования.
Обоснованы способы разработки и формы представления компонент связи с аппаратной составляющей комплексов диагностики на примере многофункциональных плат аналого-цифрового преобразования. Реализация компонент библиотеками динамической компоновки обеспечивает платформе- и языковонезависимость устройств. В библиотеке, представляющей разделяемый ресурс операционной системы Microsoft® Windows и используемый другими компонентами системы.
размещается набор функций по обеспечению связи с платами сбора данных. Приведены примеры реализации компонент для серии многофункциональных плат PC-LabCard фирмы Advantech. Применение нотификационного типа функций, например обратного вызова, позволит информировать о моменте изменения состояния устройства.
Разработаны методы комплексного контроля за ходом исполнения компонент, повышающих их отказоустойчивость и надежность в составе работы ПО ИИС. Проанализированы механизмы структурной обработки исключений. Проведено разделение исключений на группу фатальных и восстановимых ошибок. После фатальных ошибок выполнение невозможно и такие ошибки маловероятны. Сбой при выделении памяти или ресурсов в большинстве случаев является невосстановимым. Восстановимые ошибки являются следствием временной недоступности или неисправности ресурса. Операции открытия файла, доступа к базе данных, запроса на получение системного ресурса потенциально опасны, и ошибка при их выполнении вполне возможна: такие исключения предусматриваются, контролируются и полностью обрабатываются. Предложен способ расширения базовых возможностей среды Borland® Delphi по обработке исключений посредством анализа адресной карты, включающей в структурированном виде адреса всех программных объектов. По адресной карте формируется двоичный файл ресурсов. Стандартный обработчик исключений заменяется расширенным аналогом, который перехватывает исключения, проводит их фильтрацию по классам и извлекает информацию, необходимую для полной локализации ошибки. Реализация данного способа проведена в рамках компонента ExceptHandler для среды Borland® Delphi.
Четвертая глава посвящена разработанным комплексам диагностики технологических объектов. Приведено обоснование выбора в качестве объектов исследования ТЭ преобразователей и ТЭ материала. Разработан набор компонент, предназначенный для синтеза пакетов ПО комплексов диагностики ТЭОМ серии ZRTM и ТЭ материала серии TSI (табл. 3). Построены UML-диаграммы комплексов:
- диаграмма вариантов использования моделирует статический вид с позиций возможных областей применения и охватывает все сервисы, предоставляемые конечному пользователю;
- диаграмма последовательности действий определяет динамические аспекты с позиций проектирования и основана на методах испытаний;
- совмещенная диаграмма развертывания упрощает моделирование топологии аппаратных средств исполняемой системы и позволяет представить физические узлы в и их взаимосвязи;
- диаграммы компонентов моделируют статический вид с позиций реализации и включают компоненты, интерфейсы и отношения зависимости.
Таблица 3. Компоненты пакетов комплексов диагностики ТЭОМ и ТЭ материала.
№ Наименование Описание
1 Module Сервис испытаний серии ZRTM реализует диагностику ТЭОМ по модифицированному методу Хармана и методу переходных процессов.
2 Conduct Сервис испытаний серии TSI реализует зондоеый метод диагностики ТЭ материала путем измерения электропроводности и сопротивления заданного участка образца.
3 TestBlock Сервис тестирования по настройке измерительных каналов, обеспечивает развитые средства визуализации, снятие сигнала напрямую с выхода аналого-цифрового преобразователя.
4 Temp Калибровка температурных датчиков и проведение тепловых измерений с точностью 0.1 *С.
5 UserPCL Подключение дополнительных расчетных методик пользователя исходя из параметров диагностируемых объектов, определенных в базе данных. В базовом варианте содержится расчет и программное задание оптимального значения измерительного тока и поправочных коэффициентов ТЭОМ.
6 NTPort Поддержка 32-разрядных операционных систем семейства Microsoft® Windows. Переход на платформу Microsoft® Windows NT/2000 повышает отказоустойчивость и надежность комплекса.
7 GetAmend Сервис по созданию и ведению базы данных параметров ТЭОМ.
8 XMLData Сервис представления измерительных данных, формирующий на базе технологии XML отчеты в соответствии с требуемой для оператора схемой представпения.
9 ExceptHandler Сервис по контролю за исполнением программных компонент. При возникновении внештатной ситуации или сбоя в работе происходит оповещение о ней пользователя и занесение описания события в файл протокопа.
10 HiTimer Таймерный сервер, поддерживающий многопотоковую технику и предоставляющий программные объекты для отсчета времени с минимальным временным интервалом 10 мс и погрешностью не более 0.1%. Реализована нотификационная система уведомления клиентов о событиях, принятая в операционных системах семейства Microsoft® Windows.
11 DBackup Подсистема резервирования обеспечивает надежность хранения измерительных данных (поддерживаются функции архивирования, проверки целостности данных, процедуры их восстановления в случае утраты, повреждения или искажения).
12 PCLDriver В разработанных комплексах диагностики применяются многофункциональные платы анапого-цифрового преобразования серии PC-LabCard фирмы Advantech (PCL812PG, PCL818L/LS, PCL818HD/HG, PCL718 и др.), выполняющие функции аналогового и цифрового ввода-вывода сигналов и таймера-счетчика.
Каждый компонент экспортирует (предоставляет в распоряжение другим компонентам) или импортирует (использует реализации) один или несколько интерфейсов. При формировании диаграмм компонентов использовалась свернутая форма представления интерфейсов, в отсутствии необходимости раскрытия операций, определенных данным интерфейсом, и отображение только интерфейсов, необходимых для понимания назначения компонента в данном контексте (рис. 5).
Рис. 5. Свернутая (а) и развернутая (б) формы представления интерфейса.
Программно реализованные методы диагностики инкапсулированы в компонентах, определяющих основные сервисы испытаний [1,2 табл. 3]. Совмещенная диаграмма межкомпонентного взаимодействия комплексов изображена на рис. 6 (все интерфейсы показаны в свернутой форме). Наличие компонента [9 табл. 3] определяет связный неориентированный граф. Развитие данного подхода связано с исследованиями в области разработки инструментальных средств, автоматизирующих процесс сборки программных систем на основе множества компонент и определяющих их взаимодействия связных графов.
В соответствии с иерархической структурой компонент на различных уровнях абстракции, смоделированная схема взаимодействия компонент комплексов диагностики представлена в виде трехуровневой пакетной архитектуры (рис. 7).
DBackup
UserPCL { версия 1.0}
I ExceptHandler { версия 1.5}
Ж
XMLData
Module {версия 1.2}
I I
Conduct { версия 1.1 }
NTPort { версия 2.3}
PCL812PG/ PCL818L { версия 2.2.0 }
/ «_______-7"
>::T \ Л/ .
ч - , / /•> :
\ ' \ / / \
4 I \j . N 1
К /YA. %
' ' I
HiTimer
Temp
Рис. 6. Совмещенная диаграмма компонентов ПО комплексов испытаний ТЭОМ и ТЭ материала.
Store Package
access
L----¿J
Module Package
Пакет «сервисы пользователя»
"access" \/
Пакеты «сервисы обработки и анализа данных»
"access"
Пакет 1
«сервисы сбора данных» -
Conduct Package -
TestBlock Package
access"* j . PCLDriver-
ess"
t "access"
Package
GetAmend Package
Рис. 7. Программные пакеты комплексов диагностики ТЭОМ и ТЭ материала.
Основным критерием оценки качества ТЭ преобразователей является параметр эффективности (добротность) определяемый свойствами используемых полупроводниковых материалов. Отклонения от заданных величин могут определяться как отклонениями в технологии получения материала, так и отклонениями в сборочной технологии. При известных и оптимизированных размерах элемента эффективность, наряду с сопротивлением переменному току, характеризует свойства материала и, в конечном счете, основные потребительские характеристики ТЭОМ (максимально возможный перепад температур, холодопроизводительность, коэффициент производительности).
Проведенный анализ способов экспериментального определения параметра эффективности позволил выделить две группы методов:
- получение характеристик исходного полупроводникового материала (термо-э.д.с, электро- и теплопроводности ветвей) с последующим вычислением параметра эффективности;
- группа методов Хармана (классический метод, сформулированный для одиночной ветви, его модифицированный вариант и тестовый метод анализа переходных процессов), включающая различные подходы на основе разделения полного падения напряжения на ТЭОМ на реактивную составляющую, обусловленную наличием термо-э.д.с. за счет эффекта Пельтье, и омическую.
Показано, что параметр эффективности пропорционален отношению реактивной составляющей к омической, поэтому рассматривается только вторая группа методов, позволяющая исключить необходимость проведения высокоточных тепловых измерений. Полученное выражение для параметра эффективности однокаскадного ТЭОМ имеет вид:
где - реактивная и омическая составляющие полного падения
напряжения; - температура окружающей среды; - поправка к температуре; - поправка на асимметрию теплопереходов; -
поправка на теплопроводность и излучение; - поправка на
сопротивление подводящих проводов.
Модифицированный метод Хармана заключается в пропускании через ТЭОМ последовательности импульсов (рис. 8): переменного тока (меандр заданной частоты и амплитуды), постоянного прямого и обратного. Из-за тепловой инерции составляющая иа полного падения напряжения U не изменяет свою полярность на переменном токе, в отличие от составляющей
О 30 Время, сек. 60 • 90 •
Рис. 8. Напряжение на ТЭОМ на переменном, прямом и обратном токе.
В случае равенства измерительных токов и без учета поправочных коэффициентов выражение дня параметра эффективности имеет вид:
где- ^пр, Я
обр»
д
пер
сопротивление ТЭОМ- постоянному прямому, обратному и переменному току соответственно.
Проведенные эксперименты позволили определить значение постоянной времени г, зависимость относительного изменения
напряжения от частоты переменного тока и нижнюю
границу частотного диапазона для двух типов ТЭОМ.
Тестовый метод анализа переходных процессов основан на получении переходной характеристики ТЭОМ при импульсном воздействии (рис. 10). В момент начала пропускания тока напряжение
мгновенно достигает некоторого уровня UR, после которого оно
асимптотически приближается к значению U. Когда напряжение достигнет по выбранному критерию оценки заданного значения, ток принудительно отключается и напряжение мгновенно падает до уровня
и далее экспоненциально затухает. Вследствие тепловой инерции перепад температур не успевает измениться-после выключения тока,
в чистом виде.
поэтому оказывается возможным измерить величину
t««1 tenu, 0 teui *0T!
Рис. 9. Переходная характеристика ТЭОМ (б) при импульсном воздействии (а).
Обработка оцифрованных данных, представляющих напряжение на ТЭОМ до и сразу после отключения тока, позволяет рассчитать время
отключения и далее, экстраполируя функции И их значения в
момент переключения.
Биполярное усреднение позволяет устранить дисбаланс нулевого смещения, влияние термо-э.д.с и асимметрию теплопереходов.
В зависимости от требований и задач проводимых испытаний система ZRTM реализует два метода оценки: модифицированный метод Хармана определен в качестве базового метода сертификации изделий в серийном производстве, а тестовый метод анализа переходных процессов используется для исследований и испытаний в лабораторных условиях.
В рамках основного сервиса испытаний доступны различные варианты импульсного воздействия путем формирования источника сигнала (внутренний, с помощью программно-управляемого генератора тока, или внешний в случае испытаний сильноточных элементов), схемы задания сигнала (например, двух рассмотренных последовательностей) и режима задания (биполярный или однополярный), что позволяет расширить сферы применения комплекса для исследования иных типов технологических объектов.
Система автоматизированной диагностики TSI обеспечивает контроль электропроводности и сопротивления полупроводникового материала (слитков проводимостью р-, n-типа и комбинированных), используемого для изготовления ветвей ТЭ элементов. Применен четырехпроводный зондовый метод диагностики: через образец прямоугольной или цилиндрической формы пропускается измерительный ток и в равноотстоящих точках подводятся металлические иглы (зонды), с которых снимается падение напряжения.
Реализованный метод позволяет проводить замеры максимум на 20 участках слитка, выбираемых программно. Электропроводность образца
определяется выражением:
=__
где Ь - расстояние между зондами; 5 - площадь поперечного сечения образца; I - измерительный ток; — омическое напряжение; Т0, Т — нормальная и измеренная температура; ат - температурная поправка.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Обоснована целесообразность применения унифицированного языка моделирования ИМЬ для построения и описания моделей функционирования ИИС. Определены этапы моделирования ПО ИИС диагностики на основе возможностей графической нотации ИМЬ. Составлена схема испытания технологического объекта с помощью диаграммы последовательности действий, объективно отражающая процесс взаимодействия оператора с ПО и объектом испытаний.
2. Рассмотрено понятие информационной компоненты применительно к элементам ПО ИИС. Предложена иерархическая форма представления компонент, взаимодействующих посредством строго определенных и неизменяемых интерфейсов и описываемых с единых позиций на языке иМЬ. Сформулированы функциональные и нефункциональные требования к компонентам, проведено их разделение по категориям, определяющие области применения и способы использования. Представлены компоненты различных уровней абстракций и примеры моделирования с помощью ИМЬ. Проведен анализ методов межкомпонентного взаимодействия посредством нотификационных схем. Предложена и реализована структура компонентно-ориентированного ПО в форме трехуровневой пакетной архитектуры.
3. Проведен анализ методов диагностики ТЭОМ с помощью модифицированного метода Хармана и метода переходных процессов, и полупроводникового материала зондовым методом диагностики. Определены возможности методов и особенности их практической реализации. На основе проведенного анализа разработан набор компонент, предназначенный для синтеза пакетов ПО ИИС диагностики в области термоэлектричества.
4. Продемонстрирован механизм взаимодействия информационных компонент на примере разработанных пакетов прикладного ПО комплексов исследования и диагностики ТЭОМ и полупроводникового материала. Приведены результаты испытаний ТЭОМ.
5. Разработанные комплексы диагностики внедрены на предприятиях изготовителей ТЭОМ ГНЦ ГИРЕДМЕТ и полупроводникового материала СКТБ «НОРД». Системы используются в серийном производстве при выходном контроле качества продукции и выборочных испытаниях готовых изделий. Обоснованная общность методов анализа, проектирования и реализации ПО ИИС диагностики на основе компонентно-ориентированного подхода и унифицированного языка моделирования UML позволяет адаптировать базовые варианты комплексов для исследования объектов иных типов.
Основные результаты диссертации опубликованы в работах
1. Жолобов С.В, Юрагов ЕА Система исследований параметров термоэлектрических модулей, ВНТК, ч.1, Н.Новгород, 2000 г., с.6;
2. Жолобов С.В, Нефедов СВ., Юрагов Е.А Система контроля основных параметров термоэлектрических материалов в серийном производстве, ВНТК, ч. 1, Н.Новгород, 2000 г., с.5;
3. Юрагов ЕА Комплексный контроль за ходом выполнения программ при разработке информационно--измерительных систем, НТК, МГОУ, М:2001г.,с.13-14;
4. Жолобов СВ., Юрагов ЕА, Вальд Д.Е. Подход к созданию программного обеспечения информационно-измерительных систем для Windows, НТК, МГОУ, 27-29 Ноября 2001 г., с.10-11;
5. Юрагов Е.А. Использование вейвлет-анализа при пространственно-временной обработке сигналов, Труды 57 научной сессии им. А. С Попова, том 2, М: 2002 г., с. 15-16;
6. Putilin AB., Zholobov S.V., Nefedov S.V., Yuragov ЕЛ. Measuring system for inspection of thermoelectric module parameters ZRTM and its use. Journal ofThermoelectricity, №2,2002, pp.20-24;
7. Юрагов Е.А. Компонентный подход в области разработки программного обеспечения измерительных систем, Новые технологии №5-6, МГОУ, М: 2002 г., с.12-16;
8. Юрагов ЕА Подход к проектированию и разработки систем исследования технологических объектов, Труды 58 научной сессии им. А.С Попова, том 2, М: 2003 г.;
9. Путилин' А.Б., Юрагов ЕА Разработка измерительных тестовых систем контроля качества продукции в области термоэлектричества. Автоматизация в промышленности №8, ИПУ РАН М: 2003 г., с.48-51;
10. Юрагов ЕА Технология XML и ее влияние на разработку и внедрение систем автоматизации, Новые технологии №3, М: 2003 г., с. 10-12;
11. Путилин А. Б, Юрагов ЕА Анализ возможностей и реализация современных методов измерения эффективности термоэлектрических элементов, Измерительная техника №12, М: 2003 г., с.35-38.
Тип. МГОУ тираж ЦОО. зак .Л V 2<Х)Уг.
»- 5822
-
Похожие работы
- Разработка аппарата формализации измерительных знаний
- Разработка структур и алгоритмов адаптивных распределенных информационно-измерительных систем летательных аппаратов
- Процедуры испытаний измерительного программного обеспечения
- Структурное проектирование измерительно-вычислительных систем на базе уравнений измерений
- Разработка алгоритмов синтеза измерительных каналов
-
- Приборы и методы измерения по видам измерений
- Приборы и методы измерения времени
- Приборы навигации
- Приборы и методы измерения тепловых величин
- Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин
- Акустические приборы и системы
- Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы
- Радиоизмерительные приборы
- Электронно-оптические и ионно-оптические аналитические и структурно-аналитические приборы
- Приборы и методы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы
- Хроматография и хроматографические приборы
- Электрохимические приборы
- Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
- Технология приборостроения
- Метрология и метрологическое обеспечение
- Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)
- Приборы, системы и изделия медицинского назначения
- Приборы и методы преобразования изображений и звука