Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование процессов измерений и контроля. Методические указания к выполнению курсовой работы студентов бакалавриата по направлению подготовки 27.0
.pdf
УДК 681.5
ББК 31
М74
Р е ц е н з е н т
доцент, кандидат технических наук К.В. Постнов, доцент кафедры
информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве
С о с т а в и т е л ь А.С. Ермаков
М74 Моделирование процессов измерений и контроля : методические
указания к выполнению курсовой работы студентов бакалавриата по
направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль подготовки «Стандартизация и метрология» ; М-во образования и
науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т, каф.
комплексной безопасности в строительстве ; сост. А.С. Ермаков.
Москва : НИУ МГСУ, 2015. 4
Содержатся основные методы метрологического моделирования технологии
контроля, измерения, диагностирования и управления в индустрии строительства.
Рассмотрены методы моделирования объектов, в том числе методика
метрологического моделирования процессов измерений геометрических параметров изделий.
Для студентов бакалавриата, обучающихся по специальности 27.03.01
Стандартизация и метрология.
0 с.
УДК 681.5
ББК 31
© НИУ МГСУ, 2015
2
О Г Л А В Л Е Н И Е
1. Цель изучения дисциплины ....................................................... ..... ..4
2. Место дисциплины в структуре основной образовательной
программы ......................................................................................... ..4
3. Общие требования к оформлению и содержанию курсовой
работы ................................................................................................ ..5
4. Методические указания к выполнению курсовой работы ............ ..6
4.1. Моделирование метрологического обеспечения
контроля геометрических параметров строительных изделий ... ..7
4.2. Выбор средств измерения контролируемых
араметров изделия ......................................................................... 14
п
4.3. Разработка системы сбора и обработки данных .................... 16
4.4. Общие методические указания к содержанию работы ......... 20
5. Задание и порядок выполнения курсовой работы .......................... 31
Библиографический список ................................................................. 32
Приложения ........................................................................................... 35
3
1. ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью изучения дисциплины «Моделирование процессов измерений
и контроля» является подготовка студентов к производственнотехнической деятельности по специальности с применением методов
теории моделирования, измерений и контроля.
При изучении данной дисциплины осваивают современные методы
моделирования, организации и оптимизации процесса: проведение
научных и промышленных теоретических исследований и экспериментальных измерений; контроль за параметрами строительных материалов, конструкций и сооружений, обработка п
олученных результатов с
использованием современных математических и программных средств.
Изучение отдельных разделов дисциплины основано на сведениях,
излагаемых в курсах высшей математики, физики, химии.
После изучения дисциплины выполняется курсовая работа для
закрепления и углубления знаний студентов по современным методам
моделирования, в частности, математического моделирования объектов
и систем измерения и контроля качества продукции строи
тельной
индустрии.
При выполнении курсовой работы студент приобретает навыки в
разработке моделей процессов измерения и контроля в соответствии с
поставленной перед исследователем проблемой, их построения с применением программных средств, обработки и анализа полученных
результатов в зависимости от выбранной модели.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ
ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
Дисциплина «Моделирование процессов измерений и контроля»
относится к математическому и естественно-научному циклу вариативной части основной образовательной программы направления 27.03.01
Стандартизация и метрология и является обязательной в изучении.
Работа выполняется студентами в 5 семестре.
Объем курсовой работы определяется количеством часов (16 ч),
отводимых учебным планом, и выполняется в отведенное учебным
планом время.
4
3. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ И СОДЕРЖАНИЮ
КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки объе-
мом 20–25 страниц, графической части и презентации.
Содержание пояснительной записки включает следующее:
Титульный лист.
Задание на курсовую работу согласно варианту.
Введение.
Оглавление.
1. Обоснование необходимости проведения моделирования процессов измерения и контроля характеристик объекта с целью совершенствования технико-экономических показателей.
1.1. Анализ общих сведений об ис
следуемом объекте.
1.2. Показатели качества объекта и характеристики, на него влияющие.
1.3. Анализ причинно-следственных связей между возможными
дефектами и причинами, их вызвавшими, с применением диаграммы
Исикавы и экспертного опроса.
1.4. Анализ этапов производства объекта и контроля его показателей и
характеристик на основе исследования модели технологического процесса.
1.5. Анализ существующего метрологического обеспечения пр
оцес-
сов измерения и контроля показателей и характеристик объекта.
1.6. Постановка задач по совершенствованию процесса контроля и
измерения показателей и характеристик объекта.
2. Метрологическое моделирование процессов контроля и измерения
объекта.
2.1. Вербальная модель процесса контроля и измерения. Построение
номинальной и нормативной моделей объекта.
2.2. Анализ контролируемых параметров на возможность обеспечения предотвращения дефектов в объ
екте.
2.3. Построение экспериментальной метрологической модели для
контроля параметров.
2.4. Определение требований к метрологическим характеристикам
средств измерения.
3. Построение информационной модели сбора и обработки результатов контроля и измерения:
выводы;
библиографический список;
приложения.
Графическая часть содержит результаты теоретического исследования области исследования, модель измерений или контроля, иллюстрации обеспечения функционирования мо
дели измерений и контроля.
5
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Актуальность. В различных сферах деятельности человека постоянно возрастают требования к контролю [1; 9; 10; 28; 30; 31; 36; 37; 38] за
параметрами процессов, протекающих во времени без непосредственного визуального контроля за ними. В автоматизированных технологических процессах, стационарных объектах, расположенных в особо
опасных средах, в ответственных сооружениях, машинах, механизмах
и т.д. контроль и измерение параметров процессов должны предотвращать развитие негативных ситуаций. Чтобы не допустить отказа технологической системы [10], аварию или иную негативную ситуацию,
необходимо определять не только характеристики, которые необходимо
контролировать, а также измерять их количество [19; 20; 21], частоту
[34], точность измерений [14; 15; 22; 25], расположение контролируемых точек в пространстве [4; 12; 13], обработку результатов [3; 23; 24],
но и принимать решение по результатам диагностирования.
Метрологическое моделирование объектов [2; 4; 13; 18; 19; 26; 32] и
процессов измерения предполагает разработку моделей как объектов
измерения, так и процессов происхождения измеряемых величин. Особо важно предусмотреть при моделировании влияние различных факторов на появление [18; 22; 23; 27; 28; 32; 36] и развитие негативных
ситуаций или их недопущений.
Так, при проектировании сложных и ответственных строительных
сооружений архитектор имеет сведения о наиболее ответственных
участках конструкции [27; 29], на которых по расчетным моделям концентрируются наибольшие напряжения. Именно эти опасные сечения
не только конструктивно укрепляются, но при метрологическом моделировании макетных испытаний в этих участках располагаются датчики
для проведения измерений нагрузок.
Также для обеспечения качества производства строительных элементов необходимо проводить не точечные единичные измерения, а выполнять комплекс измерений, охватывающих всю область представления
сведений о продукции. Например, для обеспечения качества поверхности
железобетонной плиты, а именно, соблюдения допуска по ее толщине по
всей площади производится распределенное измерение не только ее
толщины, но и отклонения поверхностей от уровня по всей площади.
С применением современных приборов такие измерения и их обработка
могут выполняться в автоматическом режиме [9; 10; 11; 13; 19; 20].
В быстропротекающих процессах выполняется моделирование метрологического обеспечения системы оперативной диагностики [9; 10],
а также устанавливаются характеристики и контрольные точки и преду-
6
сматривается возможность управления ими по получаемым сигналам.
Так, для предотвращения дефекта (отказа) [10] регистрируется контролируемый параметр (признак) в каждом технологическом (для механизмов с общим валом привода — кинематическом) цикле. При выходе
величины параметра за пределы допустимых значений технологическое
оборудование останавливается и выдает сообщение о возможной причине дефекта, а при отсутствии необходимого минимального значения
параметра — об ином виде дефекта.
Метрологическое моделирование процессов измерения и обработки
предусматривает построение общей системы измерения: от регистрации
величины до принятия управляющего решения.
Проанализировать различные ситуации в процессе выполнения операций и предусмотреть способы их предотвращения не всегда бывает
возможным. Сложность построения таких систем оперативной диагностики связана также с малым накопленным опытом развития негативных
ситуаций особо для вновь созданных объектов. Поэтому для каждого
проектируемого объекта [18; 19] важным становится проработка систем
саморегуляции и коррекции при появлении непредвиденных ситуаций.
Эти системы можно отнести к техническим или технологическим системам искусственного интеллекта, которые имеют непосредственную связь
с их метрологическим обеспечением, а именно — с их контрольноизмерительными системами. Метрологическое обеспечение выступает в
данных системах искусственного интеллекта в той же роли, что рецепторы на теле человека, сообщающие ему через периферическую и центральную нервную системы сигналы (ощущения) о параметрах объекта.
Таким образом, развитие метрологического моделирования позволяет перейти на новый уровень обеспечения безаварийного производства
и безотказного функционирования конструктивных и технологических
решений.
4.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Для обоснованного определения метрологического обеспечения [7]
процесса мониторинга параметров качества изделий [16] необходимо на
начальном этапе установить рациональную физическую модель объекта
измерений [32].
Физическая модель измерения геометрических параметров строительного изделия должна достаточно точно отражать все возможные
варианты состояний при изготовлении изделия. Каждый контролируемый параметр может представлять параметры изделия в реальной ситуации и совпа
дать с реальным объектом измерения. Так, множество гео-
7
метрических параметров шпал можно наблюдать при исследовании
конструкторской документации на их изготовление, а именно в рабочих
чертежах на изделие (рис. 1, 2). В реальной практике метрологическому
контролю подвергаются не все параметры изделия, отражаемые на чертеже. Часть параметров фиксируется при общем осмотре [5], и на эти
параметры не накладываются допуски и особые требования. Обычно к
таким па
раметрам относятся общие габариты изделия, линии контура и
вспомогательных поверхностей (например место под маркировку) и т.д.
Поэтому условно все геометрические параметры изделия (в частности,
в нашем примере параметры железобетонных шпал) следует разделить
на несколько видов:
общие параметры, подвергаемые внешнему осмотру на наличие,
расположение, вид и отсутствие существенного отклонения от указанного в рабочей документации;
геометрические наиболее важные контролируемые параметры
функциональных элементов в конструкции, которые имеют допуски на
параметры и оказывают существенное влияние на характеристики эксплуатации изделия;
геометрические параметры изделия, контроль которых может про-
исходить в некоторых случаях с использованием косвенных параметров
и т.п.
480300
1
9
6
-3
+8
193
240
1
9
6
1
:
2
0
206
330
±2
2012
2
-3
+8
1
145
3
6
40
±
0
1
3
0
2
:
1
4
4
1
+
-2
1
5
5
°
5
.
0
±
7
4
1
2700
Рис. 1. Нормативная геометрическая модель шпалы
Вкладыш пустообразователь
±
1
3
1
±
0
5
.
4
7
0
-1
+4
95
90°
Шайба седловидная
90°
Рис. 2. Нормативная геометрическая модель подрельсовой части шпалы
8
Таким образом, для достижения высокого качества шпал на стадии
разработки конструкции и их технологии производится выбор контролируемых параметров [8], норм точности, допусков, средств измерения,
контроля и испытания.
Для шпал определение наиболее важных контролируемых параметров осуществляется в отыскании нахождения таких параметров, которые могут повлиять на появление отказов при транспортировке, размещении, монтаже и эксплуатации изделий. Также при необходимости
определяются косвенные параметры, помогающие раскрытию причинно-следственной связи происхождения отказов. В случае если подобную причинно-следственную связь установить сложно, необходимо
проводить метрологическое моделирование с применением иных методов диагностирования.
В качестве измеряемой величины при контроле качества шпал выбирают такой параметр модели шпал, который наиболее близко соответствует данной цели измерения. Значение контролируемого геометрического параметра модели, т.е. значение измеряемой величины, обычно
выражается числом или функционалом (условием с учетом допуска).
Это учитывается при разработке методики выполнения измерений и
роектировании средств измерений, что требует проведения метро-
при п
логического моделирования.
Разработка модели измерения контролируемых параметров
Для разработки методики выполнения измерений контролируемых
параметров изделия (шпал) необходимо создать модели процесса измерения и ее объекта, и тех геометрических параметров, измерения которых собираются производить. Для создания средства измерений необходимо использовать модели преобразования сигналов измерительной
информации, а от них переходить к моделям измерительных преобразователей и приборов [2; 37].
Измерения геометрич
еских параметров шпал, если их рассматривать
с позиции моделирования, сводятся к использованию результатов измерений для построения модели, которая адекватно отражает основные
свойства и ее параметры. Модель шпалы должна отражать отдельную
физическую величину или совокупности, или определенным образом
построенную систему физических величин, принадлежащих одному
объекту (изделию, процессу). Модель объекта может создаваться на
овании априорной информации, но, как правило, корректируется по
осн
результатам измерений (рис. 3). Полная структура и вид модели можно
считать созданной, если предусмотрены все варианты происхождения
дефекта и контроля выполнения допусков на параметры при измерениях.
9
ШПАЛА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
{A, B,..., Q,...}
АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ШПАЛЫ
ИДЕАЛЬНАЯ
A, B,..., Q,...
РЕАЛИСТИЧЕСКАЯ
{A, {B},...{Q},...}
ИЗМЕРЕНИЯ ОДНОГО ИЗ ПАРАМЕТРОВ ШПАЛЫ
ИЗМЕРЕНИЯ ОДНОГО ПАРАМЕТРА
A X или Q {Xj},...
ИЗМЕРЕНИЯ НОМИНАЛЬНО ОДИНАКОВЫХ ПАРАМЕТРОВ
{Bi} {Y i}; {Qj} {Xj} или {Bi} {Yn}i; {Qj} {Xm}j,...
ОДНОКРАТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Q X
МНОГОКРАТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Q X1, X2 X3... Xn = {Xj}
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ШПАЛЫ
ФОРМАЛЬНАЯ
СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ
Рис. 3. Создание экспериментальной модели
по результатам измерений параметров шпалы
Построение модели объекта [19] следует осуществлять на базе системного подхода, который предусматривает разделение системы как
по иерархическим уровням, так и по «срезам» системы (морфологический, функциональный, информационный, процессуальный и прагматический). Структурные и функциональные свойства любой системы
ния структуры слож-
взаимно дополняют друг друга, поскольку без
зна
ной системы нельзя представить ее как целое, а с другой стороны, не-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]