Читайте также:
|
Успешное внедрение новейших технологий и уникального оборудования невозможно без совершенствования измерительных технологий, технологий контроля и диагностирования и их метрологического обеспечения. Однако необходимо выделить следующие факторы, которые носят сдерживающий характер их развития:
- недостаточная точность различных методов и средств измерения;
- отсутствие точных и достаточно чувствительных датчиков различных величин, необходимых для реализации мониторинга процессов в реальном масштабе времени и создания систем управления не только новыми технологическими процессами, но и условиями окружающей среды;
- отсутствие стандартов, эталонов, подходящих систем единиц, протоколов для оценки качества создаваемых технологий, включая недостаточные совместимость и взаимодействие программного и аппаратного обеспечения устройств управления разрабатываемых технических средств.
Развитие измерительных технологий, технологий контроля и диагностики на современном этапе определяется не столько введением новых методов измерений и новых структур средств измерения, контроля и диагностики, а использованием потенциала существующих цифровых методов обработки информации, возможностей аппаратного и программного обеспечения, современных тенденций развития интегральных технологий для совмещения измерительных функций в одном технологическом элементе, а также совокупных методов измерения, контроля и диагностики.
5.1. Развитие информационно-измерительных систем целесообразно рассматривать в двух аспектах (структурном и функциональном): интегрирование различных подсистем и широкое использование вычислительной техники, переход к системам с гибкой структурой; возрастание числа функций, перенос «центра тяжести» с измерительных функций на информационные функции.
Таким образом, развитие и совершенствование измерительных устройств идет по двум путям: совершенствование параметров элементной базы и целесообразное усложнение алгоритмов измерений и структур. Это вызвано непрерывным расширением области применения средств измерений, повышением требований к их техническим характеристикам и использованием новых технологий и физических явлений, которые позволяют совершенствовать как информационно-структурные элементы, так и структуры в целом. Технологический путь является одним из основных способов совершенствования измерительных устройств. Он основан на использовании новых физических явлений и технологий для создания более совершенных элементов. Развитие современных технологий идет по пути увеличения степени интеграции элементной базы и позволяет изготавливать в виде единой интегральной схемы целые узлы измерительных устройств: аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, отдельные измерительные преобразователи, устройства сопряжения и т.д. Технологический и информационно-структурный методы совершенствования СИ взаимно дополняют друг друга. Одним из основных принципов структурного совершенствования измерительных устройств является аппаратная и временная избыточность, вводимая с целью получения дополнительной информации для повышения точности, быстродействия, помехоустойчивости, временной стабильности СИ. При этом одновременно решаются задачи уменьшения влияния на результат измерения статических и динамических отклонений реальной функции преобразования от номинальной. Другим основным принципом структурного совершенствования СИ является принцип разделения функций для реализации максимальной точности основной функции преобразования за счет разделения функций, выполняемых устройством в целом, на ряд частных функций.
К основным тенденциям развития ИИС и измерительных технологий: резкое повышение качества приборов - снижение погрешностей до 0,01% и ниже, увеличение быстродействия до тысяч и даже миллионов измерений в 1 сек, повышение надёжности приборов и уменьшение их размеров; расширение области применения измерительной аппаратуры в направлении измерения величин, прежде не поддававшихся измерению, а также в направлении ужесточения условий эксплуатации приборов; повсеместный переход к цифровым методам; дальнейшее развитие системного подхода к унификации измерительной аппаратуры; широкое внедрение во все средства методов логической и математической обработки измерительной информации, внедрение интеллектуальных измерительных систем.
Учитывая последнее, необходимо отметить актуальность использования как традиционных вычислительных моделей, реализующих прямые классические методы, так и привлечения нестандартного математического аппарата, а именно плохо структурированных алгоритмов нечеткой логики, мягких вычислений и измерений, статистических решений в условиях априорной неопределенности, распознавание образов и сцен, принятие решений на основе ограниченной или неопределенной априорной информации, контекстно-зависимого семантического анализа текстовой информации.
5.2. Слово томография можно перевести с греческого как «изображение среза». Это означает, что назначение томографии – получение послойного изображения внутренней структуры объекта исследования.
В настоящее время существенное развитие получили следующие виды томографии: рентгеновская компьютерная (Р КТ), магнитно-резонансная (МРТ), позитронно-эмиссионная (ПЭТ), электронно-лучевая, ультразвуковая (УЗТ), оптическая когерентная томография (ОКТ). Наиболее широкое применение томография имеет в медицине (диагностике различного рода заболеваний). Одной из областей применения томографии (Р КТ, УЗТ, ОКТ) является неразрушающий контроль промышленных объектов. Качество томографических изображений зависит от целого ряда факторов: физических процессов, на основе которых проводится сбор данных; аппаратного и программного обеспечения; параметров сканирования; свойств исследуемого вещества (плотности, процессов релаксации, диффузии); различных влияющих факторов. Существенно повысить информативность томографических данных можно, применив различные методы трехмерной реконструкции. Совершенствование МРТ-томографов и создание высокопольных систем сделало возможным проведение в клинических условиях магнитно-резонансной спектроскопии (МРС), позволяющей с высокой точностью измерять спектры различных химических элементов. Благодаря этому МРС дает возможность проследить за региональными метаболическими изменениями. Позитронно-эмиссионная томография позволяет проводить количественный анализ биохимических или физиологических функций. Дальнейшее усовершенствование ПЭТ-сканеров состоит в повышении пространственного разрешения, чувствительности детекторов, увеличении числа одновременно получаемых срезов и разработке новых алгоритмов реконструкции изображений. Актуальные вопросы дальнейшего совершенствования томографических методов диагностики связаны с: разработкой программного обеспечения, позволяющего объединить достоинства функциональных и анатомических исследований, т.е. совместить различные томограммы - функциональную картину без дифференциации конкретных анатомических структур (ПЭТ изображения) и анатомическое строение костей (КТ-изображения) и мягких тканей (МРТ-изображения); совершенствованием аппаратуры и алгоритмов обработки и анализа данных; разработкой оптической томографии биотканей, позволяющей неинвазивным образом диагностировать их структуру и функциональные характеристики на клеточном уровне.
5.3. Современное устойчивое развитие технологий машиностроения, в том числе и приборостроения, невозможно без соответствующего и даже опережающего развития средств и методов технической диагностики, контроля качества, надежности, безопасности их изделий. Предупреждение дефектов при производстве и отказов при эксплуатации изделий, прогнозирование аварий и катастроф обуславливают необходимость применения все более достоверных диагностических решений и получения обоснованных выводов о надежности техники. Контроль (неразрушающий контроль) и техническая диагностика в этом плане представляют собой один из основных способов получения информации о надежности и безопасности техники. Все усложняющиеся задачи по повышению качества промышленной продукции, надежности объектов требуют дальнейшего совершенствования методов и средств неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики (ТД.) Применение классических методов, да еще по отдельности, уже неэффективно. Ряд новых задач не поддается решению стандартными методами НК. Появились весьма сложные матричные системы детектирования физических полей в пространстве, различные комбинации методов, в обработку пошли группы физических параметров. Любое повышение безопасности достигается за счет необходимого дополнительного увеличения расходов. Возникает проблема определения оптимального уровня расходов, при котором технология и производство остаются рентабельными. Применение систем НК и ТД удорожает продукцию при выпуске и эксплуатации, однако их использование на всех стадиях изготовления, поверки и эксплуатации существенно повышает надежность изделий и объектов, обеспечивая в конце концов громадный в масштабе страны экономический выигрыш. К основным особенностям современных систем НК относятся значительное увеличение числа проверяемых параметров (многофункциональность) и повышение производительности контрольных операций. Ввиду необходимости получения огромных массивов информации при контроле многих изделий все шире внедряются автоматизированные и роботизированные системы НК и ТД. Особенно перспективны контрольно-диагностические автоматы там, где человеку неудобно или опасно находиться, например, при контроле очень больших поверхностей, в условиях высокой радиации, повышенных температур, агрессивных сред, космоса и т.д. Точность работы таких систем зависит от чувствительности и разрешающей способности входящих в них измерительных каналов и преобразователей информации. Работа многих приборов основана на проведении относительных измерений: их погрешности зависят от воспроизводимости показаний и точности эталонов физических величин, используемых при градуировке и калибровке измерительных схем. Автоматизация градуировки и калибровки измерительных схем вместе со встроенной автоматической диагностикой получает все более широкое распространение в системах НК и ТД. Следует отметить, что при работе ряда систем НК и ТД с высокой степенью автоматизации функции оператора являются, с одной стороны, сложными, а с другой, во многом определяющими результат. До сих пор за оператором остается основная роль в расшифровке радиационных изображений, принятии решений при возникновении нестандартных ситуаций, оценке явлений, обусловленных несколькими слабо коррелированными причинами. Естественно, что достаточно полную объективную информацию о контролируемом объекте нельзя получить, регистрируя только эффекты взаимодействия с объектом контроля физического поля одной природы (частоты). Например, использование рентгеновского излучения при контроле не гарантирует выявления трещин, несплавлений и т.п. Только комбинированные, разные по принципу взаимодействия с веществом методы контроля, такие как радиационно-оптический, электро-магнито-акустический, магнитно-оптический и др., могут исключить недостатки исследования, взаимно дополнить друг друга и обеспечить получение достаточной информации о качестве промышленной продукции. В этом направлении должна решаться задача совместимости информации, полученной разными методами. Необходима количественная обработка данных используемых методов неразрушающего контроля, выработка оптимальных алгоритмов интегральной количественной оценки качества изделия. Основными направлениями развития НК и ТД следует считать.
1. Интеллектуализация методов и средств НК и ТД.
В основе решения диагностических задач лежит, прежде всего, оптимальный выбор физического явления, дающего наиболее объективную информацию о параметре диагностирования. Важнейшей проблемой становится не фиксация дефекта как уже возникающего отклонения от нормируемого параметра, а исследование и регистрация физических и других эффектов, предшествующих времени перехода материала или изделия в «дефектное» состояние. Интеллект диагностики начинается, прежде всего, с правильного выбора физического эквивалента, наиболее адекватного изучаемому явлению, характеризующему работоспособность объекта. На основе этого должна проектироваться диагностическая технология. Для решения этой проблемы используются датчики на базе микроэлектронной технологии, построенные на основе самых различных физических явлений. Широкая номенклатура преобразователей и сенсоров требует обоснованного выбора оптимального варианта использования их на практике, согласования с исследуемыми параметрами и функциями управления объектов контроля. Интеллектуализация современных методов неразрушающего контроля и ТД связана с их интенсивной компьютеризацией, разработкой большого ряда алгоритмов тестового и функционального диагностирования, переводом диагностической информации в двух- и трехмерное изображение с последующей обработкой в реальном масштабе времени, амплитудо-фазочастотной обработкой многомерного сигнала, реконструктивной томографией, томосинтезем, введением в аппаратуру специальных процессоров, переходом на экспертные диагностические системы, многомашинные испытательные комплексы для крупных промышленных объектов.
2. Разработка единой системы контроля технических объектов и окружающей среды.
Диагностирование объектов даже с приближенной точностью не может быть выполнено без исследования основных воздействующих факторов. Чем более крупное по масштабам событие ожидается, тем более комплексной должна быть физическая диагностика с полным набором различных по сути и принципам взаимодействия используемых полей и излучений. Многие измерительные каналы, алгоритмы диагностирования, методы и устройства преобразования информации, используемые физические эффекты и технические средства идентичны при диагностировании технического объекта и окружающей среды, поэтому они должны быть унифицированы и системно спроектированы для решения общей задачи обеспечения безопасности людей и работоспособности всех объектов производственного процесса. В то же время наглядно прослеживается развитие диагностических систем и устройств для исследования микрообъектов в связи с бурным развитием микроэлектроники, биотехнологии. Микротомография, рентгенотелевизионная микроскопия, микротомоскопия, микроэндоскопия и прочие важнейшие разделы интроскопии будут помогать проводить исследования и создавать новые материалы и объекты на микроуровне. Диапазон объектов контроля и диагностирования не ограничен ни по нижнему, ни по верхнему пределу геометрического размера, и это должно учитываться при создании единого оптимизированного и экономически обоснованного ряда приборов и систем неразрушающего контроля.
3. Совершенствование диагностических технологий.
Технические средства НК и ТД включают в себя аппаратурную часть, программное обеспечение и эксплуатационно-техническую документацию. К сожалению, разработкам необходимой технологической документации, методикам, исследованию оптимальных процедур неразрушающего контроля и ТД уделяется явно недостаточное внимание. Контрольно-диагностические операции следует рассматривать как важнейший, обеспечивающий качество технологический передел со всеми вытекающими из этого выводами. От правильного выбора неразрушающего контроля в большой степени зависит эффективность конечного результата - долговременная работоспособность объектов при минимальных затратах. Алгоритмы испытаний должна формировать диагностическая технология с тем, чтобы определить, что и как следует применять. Именно технология должна минимизировать диагностические параметры, методы и средства, обеспечивающие достоверность определения аномального события. Можно утверждать, что нет ни одного безошибочного метода контроля. Могут встречаться непредвиденные условия эксплуатации, поэтому диагностические технологии должны быть «избыточными» в отношении применения комплекса различных по физической сути методов и приемов неразрушающего контроля, которые бы дополняли друг друга для обеспечения максимальной гарантии качества изделия. Технология должна предусматривать спектр различных конструкций контрольно-диагностических приборов - от ручного до автоматизированного исполнения при рациональном сочетании их применения в процессах производства, испытаний и эксплуатации объектов. Она должна иметь библиотеку алгоритмов и программ диагностирования, выполненных применительно к конкретным изделиям, операциям и задачам обнаружения дефектов. Самый важный момент - принятие решения о несоответствии изделия предъявляемым требованиям и прекращении его эксплуатации или производства - должен быть особо отмечен и научно обоснован в технологии. Диагностические технологии необходимо предварительно опробовать, они не могут содержать неразумных требований в виде «не допускаются никакие виды дефектов», должны работать только на опережение, надежно распознавать предаварийную ситуацию, никаким образом не допускать аварийной эксплуатации изделий.
Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 131 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |