Территориально-распределенный испытательный комплекс (ТРИКС) Российский патент 2019 года по МПК G06N7/06 G01D18/00 

Область техники

Заявленное изобретение относится к системам испытания оборудования (в частности, бортового оборудования судов) и может найти свое применение в широкой области технических систем на различных этапах производства, включая проектирование, изготовление и тестирование изготовленных устройств. Более конкретно, заявленное изобретение относится к области электрических испытаний – к испытаниям оборудования путем имитации отклонений параметров качества электроэнергии на входных портах питания и имитации нагрузок на выходных портах (при их наличии), а также к области испытаний информационных систем – к испытаниям оборудования путем имитации информационных сигналов на телекоммуникационных и сигнальных портах. Кроме того, изобретение находит свое применение в области автоматизации испытаний, а более конкретно, в системах воспроизведения испытательных воздействий (в автоматическом или автоматизированном режиме, на основании команд оператора или предварительно заданной программы или модели) и фиксации из результатов для проведения испытаний.

Уровень техники

Построение сложных технических систем, содержащих множество блоков, различных по своему функциональному назначению и техническому воплощению, связано с большим объемом работ по тестированию и наладке оборудования, обеспечению его бесперебойной работы в заданных условиях эксплуатации, при этом неисправность одного из блоков может приводить к неустойчивой работе или отказу системы в целом.

В качестве примера можно рассмотреть современное состояние производственной системы судостроения, которое не позволяет с требуемой эффективностью решать задачи обеспечения гарантированного качества продукции на каждом этапе жизненного цикла при сохранении или минимизации соответствующих затрат. Причиной является устаревшая научно-технологическая и проектная база, низкое качество комплектующих, а также неэффективные механизмы организации труда и взаимодействия предприятий отрасли. Между тем, судостроение остается одним из приоритетных направлений развития российской промышленности и экономики.

Диагностика и определение надёжности бортового оборудования на различных этапах жизненного цикла позволяет увеличить ресурс и срок службы судов в 2—3 раза, в свою очередь потребность нахождения экипажа на борту судов будет минимизирована или исключена вовсе, чем и будет достигнут требуемый экономический эффект.

Анализ зарубежного опыта (см., например Allianz Global Corporate & Specialty, Safety and Shipping Review, 2015; Taylor and Francis Group, Review of statistical data on ship accidents, Maritime Technology and Engineering 3, 2016; Nobuo Kiriya, Statistical Study on Relaibility of ship Equipment and safety Manangement, 2001) показывает, что в разных странах на протяжении десятилетий создаются, апробируются и внедряются методы и технологии прогнозирования, диагностирования и определения надёжности бортовых систем и приборов, относящихся к ним, а также их влияние на ресурс, безопасность и живучесть при нахождении судов в море. Судовые приборы, устройства и системы при производстве проходят все обязательные испытания, однако, несмотря на положительные результаты этих испытаний, происходят отказы отдельных устройств и систем в процессе эксплуатации. В связи с этим, оценке влияния внешних воздействий должно быть уделено повышенное внимание.

Бортовое оборудование судна включает множество систем (например, энергосистема, информационная система, система жизнеобеспечения, система вооружения и прочее).

Электроэнергетическая система (ЭЭС) судна состоит из следующих компонентов (см., например Болдырев О.Н., «Судовые энергетические установки», 2007):

– источники электроэнергии - первичные двигатели, электрогенераторы, аккумуляторные батареи;

– устройства преобразования электроэнергии - статические и машинные преобразователи, трансформаторы;

– распределительные устройства - главные распределительные щиты (ГРЩ), распределительные щиты (РЩ), щиты отдельных потребителей, пульты управления;

– силовые сети - кабельные линии между источниками электроэнергии, распределительными устройствами и потребителями электроэнергии;

– потребители электроэнергии;

– средства управления, электрической защиты потребителей и сетей, сигнализации.

Отличительные особенности современных судовых электрических систем:

• Рост числа потребителей в виде разнообразных корабельных приборов, устройств и систем, и их энергетической оснащенности.

• Существенное увеличение среди потребителей количества радиоэлектронного оборудования, повышение уровня автоматизации управления различными судовыми комплексами и системами.

• Наличие различных типов потребителей с разным видом электрического тока (переменным, постоянным), различного уровня напряжения и частоты

• Компактное расположение элементов электрических цепей, преобразователей и потребителей энергии.

• Различные режимы потребления электрической мощности разных устройств и систем в зависимости от операций, выполняемых кораблем (судном).

Характерной особенностью современных судовых электроэнергетических систем (СЭС) является преобладание асинхронной нагрузки, влияющей на режимы их работы. Все режимы работы систем характеризуются включением и отключением большого числа приемников электроэнергии, работающих в режимах различной нагрузки. Многие электроприводы судовых механизмов и устройств работают непрерывно с постоянной или изменяющейся нагрузкой (охлаждающие насосы и вентиляторы энергетических установок). Группа мощных электроприводов работает эпизодически кратковременно (пожарные, балластные и топливные насосы). Некоторые электроприводы работают длительно в режиме импульсной повторно-кратковременной нагрузки. Данные особенности оказывают существенное влияние на надежность работы бортового оборудования, поэтому проектирование, разработка и отладка бортовых систем должна выполняться с учетом влияния соответствующих воздействий по цепям питания.

Увеличение объема информации, охватывающей внешние и внутрикорабельные системы, приводит к значительному усложнению задач управления и требует системного подхода к разработке соответствующего бортового оборудования, включая разработку сложных математических моделей систем и объектов управления.

Кроме того, очевидно, что каждый из блоков системы может быть изготовлен на отдельном предприятии-изготовителе, не имеющем точной информации об конечных условиях эксплуатации блока в составе технической системы в целом. Тестирование отдельных блоков без учета условий окружения не может гарантировать устойчивость работы технической системы.

Таким образом, недостатки отдельных элементов оборудования могут быть выявлены на этапе сборки или введении технической системы в эксплуатацию, при этом не исключается возникновение конфликтов между взаимодействующими блоками в части информационного или электрического взаимодействия.

Следовательно, имеется необходимость в разработке комплексной системы испытания оборудования, позволяющей обмениваться информацией на любом этапе производства технической системы и использовать такую информацию для повышения эффективности тестового покрытия, что приводит к снижению сроков, стоимости разработки системы в целом, а также повышает ее надежность.

Основной задачей изобретения является достижение максимальной эффективности при выполнении отладки и тестирования бортового оборудования на различных этапах его жизненного цикла, заключающейся в обеспечение наиболее полного тестового покрытия при минимальном количестве воздействий. При этом необходимо учитывать, что адресность воздействий должна достигаться за счет как можно более точного приближения условий тестирования к реальным режимам работы электрических и информационных сетей на борту.

В основе функционирования автоматизированной системы управления лежит передача и расшифровка сигналов от управляющего объекта к управляемому и существование обратной связи между ними. Задача анализа реальных сигналов состоит в представлении сложных сигналов некоторой совокупностью простых. В качестве базисных функций (элементарных сигналов) берут базис тригонометрического ряда Фурье. Ряд Фурье помогает с большой точностью аппроксимировать исходную функцию(сигнал). Обработка исходного сигнала сводится к дискретизации сигналов, их квантованию и спектральному анализу. Дискретизация сигнала заключается в разбиении промежутка изменения независимой переменной множеством точек, по данному разбиению можно восстановить сигнал с определенной точностью. Основной показатель дискретизации – шаг дискретизации, может быть выбран по:

1. Временным характеристикам (используют интерполирующий ряд Котельникова).

2. Производным сигнала (экстраполяция полиномом Тейлора или интерполяция полиномом Лагранжа);

3. Вероятностным характеристикам сигнала.

Квантование сигнала - дискретное разбиение области значения сигнала.

Спектральный анализ заключается в представлении функции рядом Фурье и нахождении комплексного спектра сигнала.

Учитывая сложность бортовых информационных систем и повышенные требования к надежности, при их разработке и отладке необходима правильная постановка задачи, отвечающей цели управляющей системы, формализация условий ее функционирования, полная математическая модель работы системы и учет влияния воздействий смежных систем.

Из общего уровня техники известны системы проектирования с использованием математических моделей, имитирующих реальные процессы (как это характеризуется, например, в ГОСТ 15971-90).

Такие известные системы не обеспечивают возможности испытания, собственно, изготовленных образцов оборудования, вследствие чего обладают низким тестовым покрытием и не гарантируют соответствие параметров реального оборудования установленным требованиям.

Известен способ формирования диагностических тестов, заключающийся в подаче тестовых сигналов на образец, измерение ответных сигналов и сравнение результатов с эталоном («Надежность и эффективность в технике, Том 9, Техническая диагностика», В.В. Клюев, Машиностроение, 1987, с.177-178).

Недостатком данного способа является необходимость наличия заведомо исправного эталонного образца, сложность проведения испытаний сложных технических систем и невозможность проведения испытаний на этапе проектирования.

Из уровня техники, относящегося к патентной информации, известен имитатор провалов напряжения сети (RU 2028642 C1, 09.02.1995), позволяющий проводить испытания бортовой радионавигационной аппаратуры.

Недостатком указанного имитатора является узкое функциональное назначение без возможности его расширения для применения с другим типом аппаратуры, а также низкая информативность результатов проведенных испытаний.

Также известен комплекс имитации нестабильности напряжения постоянного тока (RU 2277713 C1, 10.06.2006), предназначенный для испытания авиационной электронной аппаратуры.

Указанный комплекс имеет тот же недостаток в виде недостаточной функциональности, поскольку не предназначен для испытания аппаратуры, рассчитанной на применение в сетях переменного тока.

В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения выбран имитатор питающей электрической сети (журнал «Современная электроника», 2010, № 4, с. 52-53), содержащий: источник постоянного тока, источник переменного тока, генератор импульсных помех, коммутационный блок, измерительный блок, блок управления.

В решении, взятом за прототип, источники постоянного и переменного тока являются программируемыми преобразователями электроэнергии, поступающей на их входы. Выходные сигналы указанных источников, а также выходной сигнал генератора импульсных помех поступают на вход коммутационного блока. По команде из блока управления требуемый сигнал подается на вход испытуемого оборудования, при этом измерительный блок выполнен с возможностью измерения характеристик сигналов, поступающих с выхода коммутационного блока.

В качестве недостатков наиболее близкого аналога можно отметить отсутствие возможности проведения комплексной проверки различных типов оборудования на одном стенде, отсутствие возможности проведения параллельных испытаний, недостаточная гибкость и оперативность изменения режимов работы оборудования при проведении испытаний.

Предлагаемый территориально-распределенный испытательный комплекс (ТРИКС) основан на взаимодействии объектов, находящихся в конструктивном и технологическом единстве, т.е таком единстве, при котором объект испытаний является неотъемлемым функциональным элементом распределенной сети электропитания (например, любого отдельного фидера). Находясь в составе электрической цепи, как функциональный узел (любой функциональный узел электрической цепи) исследуемый объект конструктивно (связями различного рода) и технологически (динамически изменяющиеся силовые параметры электромагнитной и магнитоэлектрической природы) постоянно подвергается силовому воздействию со стороны окружающих его объектов.

Сравнительный анализ известных из уровня технических решений и заявленного изобретения позволяет сформулировать совокупность технических результатов, в общем виде направленных на:

- объединение испытательных площадок и объектов в территориально-распределенном предприятии или группе предприятий в единую испытательную инфраструктуру;

- оптимизацию логистических цепочек и времени проведения комплексных испытаний;

- существенное сокращение количества отказов оборудования в процессе эксплуатации за счет выявления на стадии испытаний дефектного или несовместимого оборудования;

- обеспечение достаточного тестового покрытия, гарантирующего максимально возможную полноту проведения испытаний.

Раскрытие изобретения

Для достижения указанного выше, а также иных результатов, которые будут явным образом следовать из приведенных далее разделов описания, предлагается территориально-распределенный испытательный комплекс (ТРИКС), включающий: множество программно-аппаратных эмуляторов и средств измерения; подсистемы контроля и управления, обеспечивающие автоматизацию испытательных процессов; подсистемы обработки и передачи/приема данных, характеризующийся тем, что содержит, по меньшей мере, два подмножества из множества программно-аппаратных эмуляторов и средств измерения, причем программно-аппаратные эмуляторы и средства измерения каждого из подмножеств соединены с соответствующими входами/выходами подсистемы контроля и управления, подсистемы обработки и передачи/приема данных и объекта испытаний, предназначенных для использования с соответствующим им подмножеством программно-аппаратных эмуляторов и средств измерения, при этом подсистемы обработки и передачи/приема данных выполнены с возможностью приема/передачи данных по защищенному каналу связи.

Варианты осуществления (преимущественные, альтернативные, иллюстративные и иные) предложенного комплекса более подробно рассмотрены в нижеследующем разделе описания, однако для специалиста будет очевидным, что вышеприведенная совокупность существенных признаков выражена с достаточной степенью ясности, позволяющей специалисту в данной области техники осуществить заявленное изобретение с достижением обеспечиваемых изобретением технических результатов.

Осуществление изобретения

В данном разделе описания будет показано, каким образом возможно осуществление заявленного изобретения, а также приведены сведения, подтверждающие возможность достижения обеспечиваемого им технического результата.

Приведенные ниже варианты осуществления заявленного изобретения приведены в иллюстративных целях и не предназначены для ограничения объема правовой охраны заявленного изобретения. Для специалиста будет очевидно, что осуществление изобретения возможно посредством любых известных в уровне техники на дату приоритета заявки технических средств, обладающих соответствующими функциональными возможностями. В частности, некоторые этапы обработки информации могут быть осуществлены в специализированных средствах, применяемых в зависимости от вида объектов, в то время как другие этапы - в электронно-вычислительных машинах общего применения, посредством использования специализированного программного обеспечения.

Под признаком «объект» в рамках настоящей заявки может пониматься не только образец изготовленного оборудования, но и воплощение такого образца (либо его части) на любом этапе его изготовления (схемы и алгоритмы, программный код, опытный образец, готовый образец), в виде исполнимой и редактируемой модели, формируемой на основании массивов входных/выходных данных.

Следовательно, под признаком «испытание» в рамках настоящей заявки может пониматься не только взаимодействие с образцом посредством электрических или информационных сигналов, но также загрузка и отработка моделей в предназначенных для этого технических средствах.

Применение электродинамической (физической) модели (ЭДМ) позволяет адекватно воспроизводить различные нормальные и аварийные режимы электроэнергетической системы (ЭЭС). Модель предназначена для исследования свойств новых управляемых элементов ЭЭС; испытания натурных устройств автоматического регулирования, противоаварийного управления, релейных защит в условиях, максимально приближенных к реальным, а также для проверки и доработки алгоритмов микропроцессорных регуляторов и устройств автоматики. Такая модель воспроизводит электромагнитные и электромеханические процессы, происходящие в электрической части системы: генераторах с их регуляторами возбуждения, трансформаторах, ЛЭП, электродвигателях и различного рода нагрузках (осветительных приборах, реостатных и пр.). Кроме физических моделей основного энергетического оборудования, определяющего динамические свойства ЭЭС (модели генераторов, трансформаторов, асинхронных двигателей нагрузки), ЭДМ может содержать математические (аналоговые) моделирующие и регулирующие устройства (модели ЛЭП, турбин, регулятора скорости, автоматического регулятора возбуждения АРВ).

В настоящее время разработано множество сред моделирования, позволяющих осуществить анализ электромагнитных и электромеханических процессов в силовых электронных схемах и электромеханических устройствах (MatLab, DisignLab, MathCAD, MicroCAP, CASPOC, LabView и др.). Кроме того, известны динамические симуляторы такие как RTDS (Real-Time Digital Simulator) фирмы RTDS Technologies Inc. (Канада), OPAL RT фирмы Opal-RT Technologies (Канада), PSCAD от Manitoba HVDC Research Centre (Канада), COMPISO фирмы EGSTON (Австрия) и др.

Построение математической модели системы и ее функционирования является важным этапом не только при создании информационной системы, но также при ее тестировании.

В общем случае математические модели непрерывных процессов, систем и устройств можно представить в виде системы из обобщенных стохастических обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка. Из этой достаточно общей системы можно получить другие распространенные формы математических моделей как частные случаи. Например, это форма нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений. После линеаризации системы можно получить линейные обыкновенные дифференциальные уравнения с постоянными или переменными во времени коэффициентами. Указанные модели служат основой для построения операторных моделей. Операторную форму записи математической модели легко представить графом. Если считать, что в вершинах ориентируемого графа помещены искомые выходные координаты системы, а дуги соответствуют связям между этими координатами, то система представляется ориентированным графом.

При построении моделей функционирования систем могут применяться следующие подходы:

– непрерывно-детерминированный подход (дифференцированные уравнения);

– дискретно-детерминированный (конечные автоматы);

– дискретно-стохастический подход (вероятностные автоматы);

– непрерывно-стохастический подход (системы СМО);

–– обобщенный / универсальный подход (агрегативные системы).

Объекты испытаний в действительности имеют вполне реальное окружение, это относится как и информационным, так и к электрическим сетям. Значит, при испытаниях желательно моделировать не только входные сигналы, но и окружение прибора. Данный подход поможет сузить классы эквивалентности значений, а также выявить «новые» границы, соответствующие данному разбиению.

Испытания с использованием окружения прибора могут быть как статическим, так и динамическими. Статическое тестирование подразумевает отсутствие прибора в системе и фиксацию сигналов на входе в прибор. Динамическое тестирование предполагает запуск процесса функционирования системы в целом, вместе с испытуемым прибором.

Еще одним немаловажным критерием функционирования прибора в системе является влияние его на систему в целом. Более пристального внимания этот факт требует именно в случае «черного» ящика – объекта с неизвестной внутренней логикой.

В случае, когда внутренняя логика программы известна («белый» ящик), используются другие подходы. Испытуемый объект (электрической или информационной природы) представляется в виде конечного автомата. Тестирование состоит в обходе автомата до заданной полноты покрытия, которая является «достаточной» для достижения некоторой цели. Чаще всего этим «достаточным» покрытием считается покрытие пред- и постусловий из формальной спецификации программы. Для автоматизации процесса тестирования используются так называемые «оракулы» - программы, которые определяют, правильный ли получен результат работы программы на заданном наборе данных. Существует 3 вида «оракулов»: слабые, средние и сильные. Наибольший интерес, разумеется, представляют собой сильные оракулы. Принцип их работы основан на сравнении работы испытываемого объекта с некоторым «эталоном». Для сложных объектов контроля «эталонные» модели изготавливают параллельно с рабочими. Тестирование же менее сложных приборов нуждается в применении вспомогательных функций для построения схемы контроля.

Для применимости методов тестирования, связанных с моделями, необходим единый формат описания моделей информационных и электрических сетей.

Под режимом системы понимается совокупность процессов, существующих в системе и определяющих ее состояние в любой момент.

Режим характеризуется показателями, количественно определяющими условия работы системы. Эти показатели называются параметрами режима (мощность, напряжение, ток, углы сдвига векторов напряженности, напряжения, тока, частоты и т.д.).

Параметры режима связаны между собой соотношениями, в которые входят параметры системы (реактивное сопротивление, активное сопротивление, общее сопротивление, проводимость, собственные и взаимные сопротивления, коэффициенты трансформации, постоянные времени, коэффициенты усиления и т.д.).

Состояние электрической системы в каждый момент времени определяется как значениями параметров режима, так и параметров системы. На параметры режима накладываются ограничения, которые могут задаваться как предельно допустимым значением, так и некоторой функцией от других параметров режима или параметров системы.

Для каждого типа процессов в энергосистеме применяется адекватная математическая модель.

В условиях, когда не раскрывается информация о схеме и параметрах энергосистемы, она может быть представлена своей функциональной характеристикой, которая описывает поведение ЭЭС в данном типе процессов относительно точек присоединения рассматриваемых объектов (приборов, систем автоматизации, силовой нагрузки или отдельной части ЭЭС).

Для полноценного анализа влияния процессов в сети питания на различные судовые устройства, системы автоматизации и элементы электрической сети требуется полная схема электрических соединений, параметры компонентов этой схемы, параметры, описывающие режимы работы этих компонентов. На характер протекания процессов очень сильно влияет последовательность соединений компонентов сети. При ограниченном доступе к такого рода информации возможен подход, основанный на разном способе моделирования основной судовой электрической системы с источниками электроэнергии и сетей питания различных отсеков судна.

Влияние процессов в основной сети можно представить изменениями параметров электрического режима на распределительных щитах (РЩ) питания отсеков судна. Значения этих параметров определяются как режимами потребления отсеков судна, так и отказами оборудования в основной сети.

Для моделирования процессов в электрической сети внутри отсеков судна можно применить упрощенную типовую схему каждого типа отсеков, которая давала бы представление о количестве и типах потребителей в отсеке и типовом их подключении с сети питания.

В качестве примера можно привести построение моделей, основанных на документации, либо наблюдения.

При наличии документации на систему, в частности, схемотехнических решений, алгоритмов и перечня внутренних параметров, с достаточной степенью приближения можно преобразовать эту информацию в форматы, поддерживаемые моделирующим комплексом. Задача преобразования форматов решается для каждого случая индивидуально с учетом гармонизации стандартов преобразуемого и конечного форматов.

Идентификация систем — совокупность методов для построения математических моделей динамической системы по данным наблюдений. Математическая модель в данном контексте означает математическое описание поведения какой-либо системы или процесса в частотной или временной области.

Программно-аппаратные эмуляторы, предусмотренные в настоящей заявке, характеризуются возможностью высокоточного воспроизведения физических (силовых и сигнальных) воздействий на испытуемое оборудование на основании получаемых измерений от смежных по отношению к испытуемому оборудованию систем в режиме реального времени. Программно-аппаратные эмуляторы выполнены с возможностью электрических, электромагнитных, и/или магнитоэлектрических воздействий на объект испытаний, при этом воздействия включают, по меньшей мере, одно из: слаботочные дискретные и аналоговые сигналы; физические интерфейсы обмена данными; динамические параметры электротехнических приборов и устройств, входящих в электросети и системы электроснабжения, в виде значений напряжений, тока, мощности в интервалах поля их рассеяния от номинального значения, как в пределах полей допусков, так и за граничными значениями их допускаемого применения; высоковольтных импульсов, в том числе в форме импульсных коммутационных перенапряжений, а также иные силовые нагрузки электрической, электромагнитной и магнитоэлектрической природы.

Точность и скорость воспроизведения воздействий обеспечивается наличием в составе эмуляторов быстродействующих программируемых источников переменного и постоянного тока, программируемых генераторов импульсных помех, а также быстродействующих высокоточных ЦАП для осуществления генерации информационных сигналов. Совместимость программно-аппаратных эмуляторов с испытуемым оборудованием обеспечивается широким набором интерфейсов и поддерживаемыми ими диапазонами.

Программно-аппаратные эмуляторы позволяют в реальном времени производить комплексную проверку функционирования интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ), таких как, устройства релейной защиты, автоматики и управления (включая устройства с поддержкой протоколов стандарта МЭК 61850-9-2). Важной особенностью является возможность работы в режиме реального времени, т. е. может обеспечиваться непрерывный вывод сигналов через аналоговые интерфейсы, интерфейсы дискретных входов/выходов и, при необходимости, цифровые интерфейсы Ethernet в формате протоколов стандарта МЭК 61850.

Программно-аппаратные эмуляторы выполнены с возможностью не только осуществить проверку правильности срабатывания того или иного ИЭУ, но и того, как управляющие воздействия от устройства влияют на дальнейшую работу ЭЭС.

Средства измерения, обеспечивающие исходную информацию для работы программно-аппаратных эмуляторов и фиксацию параметров в процессе испытаний, характеризуются наличием быстродействующих высокоточных АЦП и сигнальных интерфейсов для осуществления измерений электрических величин и информационных сигналов.

Подсистема обработки и передачи данных характеризуется высокой производительностью и точностью привязки значений к шкале времени. Для передачи информации между территориально-распределенными компонентами ТРИКС, параметры, полученные в процессе испытаний средствами измерения, привязываются к информационной модели испытуемых объектов и получают метки из единой шкалы времени, после чего из них формируются пакеты с применением механизма контроля целостности. Данное решение обеспечивает однозначную идентификацию и корректное воспроизведение измеренных режимов территориально-удаленным компонентом ТРИКС.

Средства защиты удаленного сетевого взаимодействия характеризуются возможностью создания защищенного канала обмена данными типа «точка - точка» на базе частных сетей или сетей общего пользования.

Подсистема контроля и управления включает в себя программно-аппаратные средства, обеспечивающие управление всеми компонентами ТРИКС оператором и характеризуется возможностью автоматизированного проведения испытаний, а именно: создание теста (в т. ч. на базе информационного профиля или модели испытуемого оборудования), запуск и просмотр результатов теста, составление и запуск тестовых последовательностей, сохранение результатов тестов и генерация отчетов, мониторинг и управление схемой стенда, диагностика входящих в ТРИКС программно-аппаратных компонентов и каналов связи.

Отличительной особенностью ТРИКС является возможность организации испытаний оборудования и подсистем на воздействия по электрическим и информационным сетям в комплексе с другими (смежными) узлами удаленно в реальном времени посредством передачи параметров работы по защищенному каналу.

В примерном варианте осуществления структура заявленного комплекса может содержать:

– преобразователь напряжения – управляемый источник постоянного тока;

– электронная нагрузка – управляемая нагрузка постоянного тока;

– коммутационное и измерительное оборудование;

– блок управления схемой;

– генератор высоковольтных импульсов (ВВ генератор) с блоком управления;

– блок управления, реализующий основные функции комплекса.

Преобразователь (и) напряжения присоединяется к входным сетям питания испытуемого оборудования для эмуляции бортовой электрической сети.

Электронная нагрузка присоединяется к выходным сетям питания испытуемого оборудования для эмуляции нагрузки смежных бортовых приборов.

Коммутационное и измерительное оборудование обеспечивает связь испытуемого оборудования с преобразователем и нагрузкой, а также измерение основных электрических параметров.

Блок управления схемой стенда обеспечивает считывание измерений, управление коммутационными аппаратами, а также защиту оборудования.

Генератор высоковольтных импульсов (ВВ генератор) обеспечивает создание в электрических сетях испытуемого оборудования импульсных перенапряжений, характерных для бортовой сети.

Блок управления реализует основные функции ПТК в части формирования воздействий, моделирования и автоматизации тестирования.

В данном варианте осуществления комплекса им обеспечиваются следующие функции:

– моделирование электрических и информационных (в т.ч. функциональных) схем;

– формирование последовательностей воздействий на основе расчета и исполнения моделей, а также в соответствии с перечнем тестовых случаев;

– физическое воспроизведение силовых (источник тока, нагрузка, импульсы) и информационных (сигналы управления, сигналы состояния) воздействий;

– измерение параметров работы и управление схемой стенда (в т.ч. защита оборудования);

– фиксация переходных процессов;

– прием, обработка и отображение информации о ходе испытательного процесса;

– автоматическое и автоматизированное управление процессом испытаний.

Для специалиста будет очевидным объединить перечисленные выше технические средства, не ограничиваясь их сочетаниями, обобщенными понятиями, в частности «программно-аппаратные эмуляторы». Конкретное функционально-конструктивное воплощение такого устройства выбирается исходя из условий поставленной задачи, вида объектов испытаний, экономических, временных и других оснований.

В обобщенном примере реализации предложенное изобретение может функционировать следующим образом.

Испытуемый прибор или подсистема (объекты испытаний) присоединяется к разъемам экземпляра ТРИКС, имеющего одно территориальное расположение. Такой экземпляр представляет собой совокупность (подмножество) программно-аппаратных эмуляторов и средств измерения; подсистемы контроля и управления, обеспечивающие автоматизацию испытательных процессов; подсистемы обработки и передачи/приема данных.

Смежный, по отношению к испытуемому, прибор или подсистема присоединяется к разъемам второго экземпляра ТРИКС, имеющему другое территориальное расположение.

В системе контроля и управления выполняется связывание соответствующих входов и выходов испытуемого и смежного прибора (подсистемы) в соответствии со схемой их совместной работы, в частности, путем совместного управления подсистемами контроля и управления каждого экземпляра. Выполняется запуск тестирования с определенными программой и методикой испытаний начальными параметрами. В данном случае следует отметить обеспечиваемую заявленным изобретением возможность испытания удаленной работы испытуемого и смежного прибора таким образом, что при этом воссоздаются условия их штатной работы в составе одного устройства, как это предусматривается при проектировании или производстве.

Далее оба экземпляра ТРИКС работают по одинаковой логической схеме (алгоритму).

Значения, полученные средствами измерения каждого экземпляра ТРИКС, поступают в соответствующую подсистему обработки и передачи данных, где выполняется их пакетизация, шифрование и передача на каналообразующую аппаратуру сети передачи данных.

Полученные из каналообразующей аппаратуры пакеты расшифровываются и подвергаются обратной обработке в подсистеме обработки и передачи данных другого экземпляра ТРИКС, после чего поступают в виде команд управления на соответствующие эмуляторы (преобразователи, нагрузки, генераторы).

Данные, собираемые средствами измерения и получаемые по сети передачи данных, отображаются на экране оператора, контролирующего процесс испытаний.

Средство аппаратной эмуляции, входящее в состав программно-аппаратного эмулятора, преобразует полученные по каналу передачи данных значения в физические (испытательные) воздействия соответствующей величины и передает их на входы испытуемого объекта.

Средство измерения, предусмотренное в заявленном изобретении, обеспечивает сбор и обработку необходимого объема информации о ходе процесса с заданной дискретностью и точностью, в частности, измеряя параметры изделий в ответ на воздействия аппаратного эмулятора.

Данная информация может быть передана по защищенному каналу связи в другой экземпляр ТРИКС, входящий в состав заявленного комплекса, что позволяет обеспечить сквозное взаимодействие между уровнями разработки, производства и эксплуатации оборудования в части параметров работы объекта и электрических и информационных сетей.

Следует подчеркнуть, что под термином «эмуляция» понимается не только имитация внешних воздействий на основе математических моделей элементов электрических и информационных сетей, но и обеспечение реальных воздействий, осуществляемых с учетом полученных и обработанных данных.

Таким образом, совокупность использованных в настоящей заявке технических решений позволяет при осуществлении заявленного изобретения обеспечить как указанные выше преимущества, так и обеспечить:

- объединение испытательных площадок и объектов в территориально-распределенном предприятии или группе предприятий в единую испытательную инфраструктуру;

- оптимизацию логистических цепочек и времени проведения комплексных испытаний;

- существенное сокращение количества отказов оборудования в процессе эксплуатации за счет выявления на стадии испытаний дефектного или несовместимого оборудования;

- обеспечение достаточного тестового покрытия, гарантирующего максимально возможную полноту проведения испытаний.

Кроме того, предложенное изобретение обладает практически неограниченными возможностями по масштабированию и наращиванию сети испытаний, в том числе на предприятиях в смежных областях промышленности, в том числе, расположенных за рубежом.

Следует отметить, что достижение перечисленных в материалах настоящей заявки технических результатов обеспечивается не только за счет применения используемого на указанных различных стадиях программного обеспечения, но в большей степени за счет раскрытого выше алгоритма обмена информацией между средствами, входящими в состав заявленного комплекса, а также за счет обработки полученной информации предусмотренным в заявленном изобретении способом. Необходимо также отметить, что заявленное изобретение по существу не ограничивается изложенными выше вариантами его осуществления, поскольку для специалиста будет очевидным возможность применения и соединения предложенных средств в различных сочетаниях и комплектациях. Кроме того, для специалиста не составит проблемы объединить необходимые функции для выполнения их в одном, либо нескольких блоках, соответствующим образом изменяя информационные и электрические соединения.

Изобретение относится к системам испытания оборудования. Технический результат заключается в обеспечении достаточного тестового покрытия, гарантирующего максимально возможную полноту проведения испытаний. Система содержит множество программно-аппаратных эмуляторов и средств измерения, подсистемы контроля и управления, обеспечивающие автоматизацию испытательных процессов, подсистемы обработки и передачи/приема данных. Программно-аппаратные эмуляторы и средства измерения электрических величин и информационных сигналов каждого из подмножеств соединены с соответствующими входами/выходами подсистемы контроля и управления, подсистемы обработки и передачи/приема данных и объекта испытаний, предназначенных для использования с соответствующим им подмножеством программно-аппаратных эмуляторов и средств измерения электрических величин и информационных сигналов, при этом подсистемы обработки и передачи/приема данных выполнены с возможностью приема/передачи данных по защищенному каналу связи. 2 з.п. ф-лы.

1. Территориально-распределенный испытательный комплекс (ТРИКС), включающий: множество программно-аппаратных эмуляторов и средств измерения; подсистемы контроля и управления, обеспечивающие автоматизацию испытательных процессов; подсистемы обработки и передачи/приема данных, характеризующийся тем, что содержит по меньшей мере два подмножества из множества программно-аппаратных эмуляторов и средств измерения электрических величин и информационных сигналов, причем программно-аппаратные эмуляторы и средства измерения электрических величин и информационных сигналов каждого из подмножеств соединены с соответствующими входами/выходами подсистемы контроля и управления, подсистемы обработки и передачи/приема данных и объекта испытаний, предназначенных для использования с соответствующим им подмножеством программно-аппаратных эмуляторов и средств измерения электрических величин и информационных сигналов, при этом подсистемы обработки и передачи/приема данных выполнены с возможностью приема/передачи данных по защищенному каналу связи.

2. Комплекс по и. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из объектов испытаний является смежным другому.

3. Комплекс по и. 1, отличающийся тем, что программно-аппаратные эмуляторы выполнены с возможностью электрических, электромагнитных и/или магнитоэлектрических воздействий на объект испытаний, при этом воздействия включают по меньшей мере одно из: слаботочные дискретные и аналоговые сигналы; физические интерфейсы обмена данными; динамические параметры электротехнических приборов и устройств, входящих в электросети и системы электроснабжения, в виде значений напряжений, тока, мощности в интервалах поля их рассеяния от номинального значения, как в пределах полей допусков, так и за граничными значениями их допускаемого применения; высоковольтных импульсов, в том числе в форме импульсных коммутационных перенапряжений, а также иные силовые нагрузки электрической, электромагнитной и магнитоэлектрической природы.