CC BY
0МЕТРОЛОГИЯ 39
Автоматизация процессов поверки и калибровки средств измерений в современных лабораториях
Говорится о роли автоматизации в обеспечении стандартизованного подхода к выполнению поверки и калибровки средств измерений, обеспечивающего согласованность результатов. Приводятся результаты поэтапного внедрения проекта UNITESS в ФБУ «Ростест-Москва»
А.Н. Кирющенков1
ФБУ «Ростест-Москва»
А.Д. Меньшиков1
ФБУ «Ростест-Москва»
1 аспирант, Москва, Россия
Для цитирования: Кирющенков А.Н., Меньшиков А.Д. Автоматизация процессов поверки и калибровки средств измерений в современных лабораториях // Компетентность / Competency (Russia). — 2024. — № 5. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-5-39-41
ключевые слова
метрология, измерения, автоматизация рабочих мест
ек XXI характеризуется стремительным развитием цифровых технологий, искусственного интеллекта, биотехнологий и других инновационных отраслей. Свидетельством того, что технологии все более важны как в повседневной жизни, так и в различных областях промышленности, является отчет Международного союза электросвязи: количество подключенных к интернету устройств в 2023 году превысило 16 млрд, а к 2025 году ожидается увеличение этого количества до 22 млрд.
В условиях быстрого развития технологий возрастает роль метрологии в обеспечении точности и надежности измерений, при этом проведение поверок и калибровок измерительных приборов особенно значимо в сферах производства, здравоохранения, научных исследований. Анализ данных о количестве проведенных поверок в 2021, 2022 и 2023 годах показывает постоянную потребность в них. По данным Федерального информационного фонда по обеспечению единства измерений, в 2021 году было проведено 90 750 023 поверки, в 2022 году — 87 891 579, а в 2023 году — 90 962 096.
Автоматизация процессов поверки и калибровки с использованием современных средств вычислительной техники, унифицированных измерительных комплексов и различных программных продуктов становится необходимостью в условиях постоянно меняющейся технологической среды. Это не только сокращает время поверки, но и повышает точность и надежность измерений, что в свою очередь способствует улучшению качества производства и научных исследований.
Внедрение автоматизации рабочих мест в современной лаборатории продиктовано многими факторами, среди них:
► высокая сложность исполнения ряда методик поверок;
► сложность современных средств измерений;
► большая трудоемкость при поверке, калибровке;
► чрезмерная загруженность лабораторий;
► наличие большого и все время увеличивающегося количества поверяемых/ калибруемых типов средств измерений.
Остановимся более подробно на программных продуктах UNITESS в автоматизации метрологических процессов.
Программные продукты UNITESS
сфере автоматизации процессов метрологии программные продукты UNITESS занимают центральное место. Данное программное обеспечение позволяет осуществлять удаленное управление оборудованием, проводить математические расчеты в автоматическом режиме, хранить результаты измерений в цифровом формате, автоматически формировать документацию, включая протоколы и свидетельства, а также контролировать соответствие нормативным требованиям.
Ключевыми компонентами системы менеджмента и автоматизации лабораторий UNITESS являются:
► база данных UNITESS DB, предназначенная для автоматизации управления персоналом, документооборотом и анализом результатов деятельности лабораторий;
► программное обеспечение UNITESS Manager, гарантирующее генерацию отчетов по различным аспектам работы лабораторий и возможность фильтрации результатов по множеству критериев;
► программное обеспечение UNITESS APM, предназначенное для автоматизации рабочих мест по поверке, калибровке и испытаниям;
► модуль UNITESS Vision, основанный
40 МЕТРОЛОГИЯ
на машинном зрении, который автоматизирует поверку и калибровку приборов без интерфейсов управления.
Эти компоненты взаимодействуют между собой, автоматизируя работу лабораторий.
Система UNITESS позволяет реализовать разные уровни автоматизации, включая:
► диалоговый режим управления, при котором программное обеспечение выдает команды, но часть процессов требует вмешательства оператора;
► полуавтоматический режим управления, который объединяет автоматизированные процессы с ручным вмешательством;
► автоматический режим управления, при котором процессы выполняются автоматически под контролем оператора;
► полную автоматизацию, что хотя и теоретически возможно, но не реализуется из-за сложности и высокой стоимости внедрения, а также нормативных ограничений.
Автоматизация играет ключевую роль в развитии общества, но для ее успешного осуществления требуется эффективный инструментарий. В последние десятилетия технологии компьютерного и машинного зрения стали неотъемлемой частью научных исследований. Эти технологии позволяют компьютерам «видеть» и анализировать изображения и видео с высокой точностью и скоростью, что делает их незаменимым инструментом для многих областей науки. Согласно исследованию, ожидается, что до 2025 года более 70 % компаний в промышленности будут использовать технологии Computer Vision для автоматизации процессов.
Модуль UNITESS Vision позволяет реализовать самые высокие уровни автоматизации. Этот модуль основан на технологии машинного зрения (Machine Vision, MV). Процесс начинается с захвата изображения с помощью датчика. Затем изображение обрабатывается с использованием алгоритмов Machine Learning преобразования изображения в математические массивы размерами 1920х1080. По специально обученной модели, на примере 30 тысяч картинок
экранов приборов, программа выявила необходимые математические закономерности в них, чтобы узнавать числа на экране. С помощью этой технологии больше нет необходимости не только производить вычисления, но и заносить данные, все делает сам компьютер.
При испытаниях данного модуля было решено немало задач, таких как поддержка распознавания совершенно разных типов числового отображения и расположения, оптимизация скорости распознавания и других. Программа анализирует порядка 30 изображений в секунду, что позволяет обрабатывать данные в десятки раз быстрее человека.
Результаты внедрения автоматизации
Примером автоматизации в метрологии служит поэтапно внедряемый в ФБУ «Ростест-Мо-сква» проект UNITESS. В 2018 году начался его первый этап — с развертывания экспериментальной площадки в лаборатории поверки и испытаний СИ электрических и магнитных величин головной организации. В рамках пилотного проекта было реализовано 14 автоматизированных рабочих мест (АРМ) и разработано 684 скрипта. Также внедрено машинное зрение на нейронных сетях UNITESS Vision для рабочего места по поверке мультиметров портативных и клещей токовых.
Второй этап проекта (2019 г.) включал в себя автоматизацию уже в трех лабораториях. На этом этапе было создано 42 уникальных АРМ. Особенно отметим АРМ для ведения государственного рабочего эталона времени и частоты (ГРЭВЧ), которое позволило увеличить количество приборов, находящихся в поверке, в 2 раза, одновременно находящихся в поверке — с 40 до 80, стало возможным использование одного и того же эталонного оборудования в нескольких параллельных процессах без ущерба качеству работы, а также в 8 раз уменьшено время при ежедневной поверке.
Результаты внедрения автоматизации показали, что доля поверок и калибровок в АРМ в лабораториях, уча-
МЕТРОЛОГИЯ 41
ствовавших в проекте, достигает 65 % от общего объема работ, не считая выездных. Благодаря автоматизации были исключены субъективные ошибки работников, достигнут стандартизированный подход к выполнению работ, сокращено время поверки и калибровки различных приборов, а также появилась возможность управления одним специалистом несколькими АРМ и оценки загрузки лаборатории в реальном времени.
Третий этап проекта (2020 г.) включал в себя автоматизацию пяти лабораторий. К завершению этого этапа было автоматизировано 61 уникальное АРМ и разработано 2779 скриптов.
Наиболее автоматизированные рабочие места показали эффективность на уровне от 90 до 100 % в выполнении различных процедур поверки и калибровки.
Заключение
Автоматизация в метрологии играет ключевую роль в повышении скорости и эффектив-
ности процессов поверки и калибровки средств измерений. Кроме того, автоматизированные системы обеспечивают стандартизированный подход к выполнению поверки и калибровки, что исключает субъективные ошибки работников и обеспечивает согласованность результатов. Благодаря использованию специализированных программных решений и алгоритмов, автоматизация позволяет существенно улучшить точность измерений и повысить надежность результатов, что важно для обеспечения качества продукции и услуг в различных отраслях промышленности и научных исследований.
Таким образом, автоматизация процессов поверки и калибровки средств измерений не только значительно ускоряет выполнение работ, но и повышает их качество и надежность, что является важным фактором в современной метрологии и обеспечивает точность и надежность измерений, необходимых для различных областей человеческой деятельности. ■
Статья поступила в редакцию 18.03.2024
Kompetentnost / Competency (Russia) 5/2024 Л Л
ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-5-39-41 MClnOLUUI 41
Verification and Calibration Processes' Automation of Measuring Instruments in Modern Laboratories
A.N. Kiryushchenkov1, FBI Rostest-Moscow A.D. Men'shikov1, FBI Rostest-Moscow
1 Graduate Student, Moscow, Russia
Citation: Kiryushchenkov A.N., Men'shikov A.D. Verification and Calibration Processes' Automation of Measuring Instruments in Modern Laboratories, Kompetentnost' / Competency (Russia), 2024, no. 5, pp. 39-41. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-5-39-41
The role of automation is discussed in providing a standardized approach to verification and calibration of measuring instruments, ensuring consistency of results. The results of the phased implementation of the UNITESS project in the Federal Budgetary Institution Rostest-Moscow are presented. These results showed that dozens of automated workplaces were implemented within the framework of the project. We especially note the automated devices for maintaining the state working standard of time and frequency, which made it possible to increase the number of devices that are simultaneously in verification by exactly two times, and to reduce the time during daily verification by eight times. The most automated workplaces have shown efficiency from 90 to 100 percent in performing verification and calibration procedures.
key words
metrology, measurements, workplace automation
