Методика цифровизации процесса поверки средств измерения и контроля с использованием интерактивных цифровых инструкций

Развитие цифровой экономики, внедрение технологий Индустрии 4.0 и переход к интеллектуальным производственным системам обусловливают необходимость цифровой трансформации процессов метрологического обеспечения. Достоверность результатов измерений является одним из ключевых факторов обеспечения качества продукции, безопасности технологических процессов и соответствия требованиям нормативных документов. В этих условиях возрастает роль процессов поверки средств измерений, обеспечивающих подтверждение их метрологических характеристик и пригодности к дальнейшей эксплуатации [1-5].

Современные исследования в области цифровой метрологии направлены на создание единого цифрового пространства метрологических данных, а также интеграцию метрологической информации с корпоративными информационными системами предприятий. Также большое значение уделяется вопросам автоматизации обработки результатов измерений, применению технологий промышленного Интернета вещей, облачных сервисов и искусственного интеллекта для анализа метрологических данных. Несмотря на это, на сегодняшний день большинство существующих решений рассматривают информационное сопровождение процесса поверки, практически не затрагивая организацию выполнения самой процедуры поверки. Вследствие этого сохраняется зависимость качества поверки от квалификации исполнителя и отсутствует возможность автоматического контроля соблюдения требований методики поверки.

Одним из основных направлений цифровизации в литературе предлагаются интерактивные цифровые рабочие инструкции, получившие широкое распространение в машиностроении, авиационной промышленности, приборостроении и других высокотехнологичных производствах [68]. Такие инструкции обеспечивают последовательное отображение технологических операций,

применение мультимедийных материалов, автоматическую регистрацию действий исполнителя и снижение вероятности возникновения ошибок при выполнении производственных процессов. Современные цифровые инструкции позволяют адаптировать маршрут выполнения работ в зависимости от технологического процесса, уровня подготовки персонала или результатов предыдущих операций, что повышает гибкость производственных процессов. Однако перенос подобных подходов в сферу метрологического обеспечения не представляется возможным, так как процесс поверки средств измерений относится к регламентированным процедурам, выполнение которых осуществляется в соответствии с утвержденными методиками поверки и требованиями государственной системы обеспечения единства измерений. Последовательность операций определяется нормативной документацией и является обязательной для исполнения. Исключение, добавление или изменение порядка выполнения операций не допускается, поскольку может привести к нарушению требований методики поверки и снижению достоверности получаемых результатов.

Анализ трендов в области цифровой метрологии показывает, что в настоящее время внедрение цифровых технологий ориентировано на автоматизацию документооборота, ведение реестров средств измерений, планирование графиков поверки, формирование свидетельств о поверке и хранение результатов измерений. При этом непосредственное выполнение поверочных операций по-прежнему осуществляется по бумажным методикам либо по их электронным копиям, не обеспечивающим автоматического контроля соблюдения последовательности действий, полноты выполнения операций и корректности регистрации результатов.

Также можно отметить, что использование электронных копий нормативной документации позволяет сократить объем бумажного документооборота, однако не изменяет организацию выполнения поверки. Исполнитель самостоятельно контролирует выполнение операций, фиксирует результаты измерений и оформляет итоговую документацию, что сохраняет влияние человеческого фактора и вероятность возникновения ошибок, связанных с пропуском отдельных операций, некорректным вводом данных или нарушением установленной последовательности выполнения работ.

Таким образом, обусловлена необходимость разработки специализированной методики цифровизации процесса поверки, основанной на применении интерактивной цифровой инструкции.

МЕТОДИКА ЦИФРОВИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПОВЕРКИ

Процесс поверки средств измерений включает совокупность последовательно выполняемых операций, целью которых является подтверждение соответствия метрологических характеристик установленным требованиям.

Предлагаемая методика цифровизации процесса поверки средств измерений основана на представлении его как детерминированного управляемого процесса последовательного преобразования метрологической информации, в котором каждая операция определяется требованиями нормативной документации, а переход к следующему этапу возможен только после завершения предыдущего этапа и подтверждения выполнения всех установленных условий.

Последовательность операций определяется утвержденной методикой поверки и требованиями государственных стандартов, следовательно, цифровизация процесса поверки должна обеспечивать цифровое сопровождение исполнения нормативно установленной последовательности операций.

Исходя из этого, интерактивная цифровая рабочая инструкция рассматривается не как электронная копия бумажного документа, а как цифровая модель процесса поверки, обеспечивающая управление выполнением операций, автоматический контроль полноты их выполнения, регистрацию результатов измерений и формирование цифрового следа процесса.

Предлагаемая структурно-функциональная модель цифровой инструкции представлена на рис. 1.

Алгоритм реализации предложенной методики цифровизации процесса поверки средств измерений и контроля на основе предложенной интерактивной цифровой инструкции представлен на рис. 2.

На первом этапе осуществляется регистрация средства измерения посредством считывания обращения к цифровому паспорту. В результате автоматически определяется объект поверки и загружается необходимая информация о его технических характеристиках, применяемой методике поверки, истории эксплуатации и предыдущих результатах метрологического контроля.

После идентификации средства измерения выполняется формирование интерактивной цифровой инструкции. В отличие от традиционных бумажных методик поверки, формирование цифровой инструкции осуществляется с учетом особенностей средства измерения. При ее создании используются сведения о средстве измерения, требования действующей методики поверки и нормативной документации.

Таким образом, для формирования интерактивных цифровых инструкций представим процесс поверки, используя единый подход, независимо от конкретного типа средства измерения. Отсюда, процесс поверки представляет собой последовательность взаимосвязанных операций:

УРОВЕНЬ 3 Исполнительный

Взаимодействие с пользователем и оборудованием

I

База данных метрологического обеспечения

Рис.1. Структурно-функциональная модель цифровой инструкции проведения поверки

о = {орО,, ..„oj, где °: – i-ая операция, предусмотренная методикой поверки.

При этом каждая операция характеризуется совокупностью параметров

О; = К^Р^}, где j4 - – описание выполняемого действия i-ой операции; &i – входные данные и используемое оборудование для i-ой операции; ^i – возможные результаты выполнения i-ой операции; С; – критерии завершения i-ой операции.

Интерактивная цифровая инструкция представляет собой отображение множества операций в множество цифровых представлений экранов инструкции о -> s , гдеs = bv^ — SJ – множество цифровых экранов инструкции, содержащих совокупность информации, такой как описание выполняемой операции, иллюстрации и схемы выполнения, нормативные требования, контролируемые параметры, форму регистрации результатов.

После формирования инструкции выполняется проверка готовности к проведению поверочных работ. Отмечается наличие эталонов и поверочного оборудования, подтверждается срок действия их метрологической аттестации, а также проводится оценка условий окружающей среды установленным требованиям. Если проверка готовности не пройдена, то проведение поверки откладывается до устранения выявленных несоответствий, что позволяет исключить влияние внешних факторов на достоверность результатов измерений. При положительной готовности к поверке переходим к этапу проведения самих поверочных работ.

Сформированная интерактивная цифровая инструкция представляет собой механизм сопровождения поверителя и отображает пошаговое выполнение поверочных операций. Каждая операция поверки представлена в виде отдельного функционального блока, включающего описание выполняемых действий, перечень применяемых средств поверки, алгоритм контроля правильности выполнения операции и процедуру регистрации результатов. Результаты каждой операции сохраняются в информационной системе без дополнительного ввода.

Выделение данного механизма в самостоятельный элемент обусловлено тем, что именно на этапе выполнения операций возникает наибольшее количество ошибок, связанных с нарушением требований методики поверки. Поэтому сопровождение действий поверителя рассматривается как самостоятельная функция модели.

На этапе контроля анализируется соответствие результатов требованиям методики поверки, оценивается корректность выполненных измерений и проверяется полнота прохождения всех предусмотренных операций. Если нарушения последовательности отсутствуют, система предостав-

Начало

Не пройдена

Пройдена

Конец

Все операции поверки .выполнены^

Исходные данные втоматически! контроль результатов^

’'''Проверка''" готовности к s. поверке^

Нет

Есть

Цифровой след

- наличие эталонов

• поверочное оборудование

- условия окружающей среды

- квалификация исполнителя

- средство измерения (СИ)

- цифровой паспорт СИ

- методика поверки

- нормативная документация

- поверочное оборудование

Нет

- СИ соответствует требованиям

- Требуется регулировка СИ

- СИ не прошло проверку

Формирование интерактивной цифровой инструкции

Оформление протокола и цифрового паспорта СИ

Регистрация средства измерения

Анализ результатов поверки

Получение результатовы измерений

Выполнение операции поверки

Автоматическое принятие решения

Корректировка действий

Устранение замечаний

Рис. 2. Алгоритм цифрового управления процессом поверки

ляет возможность перехода к следующему этапу. В случае обнаружения отклонений пользователю предлагаются действия, предусмотренные нормативной документацией.

Следовательно, цифровая инструкция становится интерфейсом взаимодействия исполнителя с цифровой системой, при этом управление переходами между этапами операции осуществляется за счет механизма логического контроля завершения операций:

.о,

Q = i G = о,

где ^ = 1 если текущая операция соответствует всем требованиям, где G = o если существует хо-тябы одно не выполненное условие. При этом переход к следующей операции выполняется только при выполнении условия Г = L. Если условие не выполняется, то Г = О и переход к следующей операции не выполняется и система формирует сообщение о необходимости завершения текущего

действия. Данный механизм обеспечивает автоматический контроль требований нормативной документации и исключает возможность пропуска операций.

Заключительным этапом функционирования модели является анализ результатов поверки на соответствие установленным требованиям. На основании данных результатов автоматически оформляется электронный протокол поверки с указанием решения о соответствии средства измерения.

Непрерывное формирование цифрового следа выполнения процесса поверки позволяет регистрировать соответствующую метрологическую информацию. Полученная информация автоматически включается в цифровой паспорт средства измерения и может использоваться при последующих поверках, калибровке, техническом обслуживании и анализе метрологической надежности. При этом, совокупность зарегистрированных данных образует множество

M = {m1,m2, ...,mk} , где каждый элемент mi – регистрируемые данные (идентификатор операции, зарегистрированные значения измерений, дата и время выполнения операции, идентификатор поверителя, сведения об используемых эталонах, информацию о применяемом оборудовании, результат контроля).

Формирование цифрового следа обеспечивает полную прослеживаемость процесса поверки и позволяет анализировать причины возникновения несоответствий и подтверждать соблюдение требований методики поверки.

Также предложенная методика интегрирует интерактивную цифровую инструкцию с цифровым паспортом средства измерения. После завершения поверки зарегистрированные результаты автоматически передаются в цифровой паспорт, формируя единую информационную модель жизненного цикла средства измерения. Это позволяет исключить повторный ввод данных и сократить вероятность ошибок поверителя, а также обеспечивает постоянную актуальность метрологической информации.

Таким образом, разработанная методика цифровизации процесса поверки рассматривает процесс поверки как управляемую цифровую систему с фиксированной нормативной структурой, в которой интерактивная цифровая рабочая инструкция выполняет функции управления последовательностью операций, контроля полноты выполнения требований методики, автоматической регистрации метрологических данных и формирования цифрового следа процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложенная методика цифровизации процесса поверки средств измерений и контроля, основанная на применении интерактивных цифровых рабочих инструкций, направлена на цифровизацию процессов метрологического контроля и обеспечивает цифровое сопровождение выполнения поверочных операций. В отличие от существующих подходов, ориентированных преимущественно на автоматизацию документооборота или использование электронных копий методик поверки, предложенная методика рассматривает процесс поверки как детерминированную последовательность взаимосвязанных операций, выполняемых в соответствии с требованиями утвержденной методики поверки.

Предложенная структурно-функциональная модель интерактивной цифровой рабочей инструкции формирует единое информационное пространство процесса поверки, объединяя сведения о поверяемом средстве измерения, требования нормативной документации, последовательность выполнения поверочных операций, результаты измерений, критерии оценки и правила принятия решений.

Использование интерактивной цифровой инструкции обеспечивает единообразное выполнение поверочных процедур независимо от уровня подготовки исполнителя, исключает возможность пропуска обязательных операций и нарушения установленного алгоритма поверки, что способствует снижению влияния человеческого фактора на результаты метрологического контроля и повышению результативности процедуры поверки.

Разработанный алгоритм управления процессом поверки обеспечивает автоматический контроль выполнения каждой операции, проверку условий перехода между этапами, регистрацию результатов измерений и формирование цифрового следа выполнения поверочных работ. Реализация предложенного подхода позволяет повысить достоверность принимаемых метрологических решений, сократить трудоемкость выполнения поверочных процедур и оформления их результатов, а также обеспечить полную прослеживаемость метрологической информации на протяжении всего процесса поверки. Накопление структурированных цифровых данных в цифровом паспорте средства измерения создает основу для интеграции с информационными системами метрологического обеспечения и корпоративными информационными системами предприятия.