Принципиальная реализация схемы оперативного испытания
В соответствии с [2] можно сформулировать методику оперативных испытаний следующим образом:
1. Осуществляется метрологическое описание оперативных испытаний.
2. Формируются схемы имитационно-инструментальной организации испытаний.
3. Реализуется имитационно-инструментальный эксперимент для непрерывной оценки метрологических характеристик испытываемых измерительных средств.
Для примера можно рассмотреть нагрузочно-измерительный комплекс, с помощью которого осуществляют программные испытания суппортной группы токарных станков [3]. В этом случае комплекс имеет схему измерения, приведенную на рис. 1.
На схеме приняты следующие обозначения: R1 – фотоэлектрический автоколлиматор; R4 – блок автоматики; R5, R6 – цифровые пересчетные устройства; R7 – мини-ЭВМ «Искра-1256» шестого исполнения аналого-цифровой преобразователь (АЦП); R8 – двухкоординатный планшетный потенциометр ПДП-4; R9 – устройство ROBOTRON-1156; R10 – блок накопления информации; R11 – универсальный динамометр УДМ-100; R12 – тензометрический усилитель УТЧ-1; R13 – электромагнитное нагрузочное устройство; R14 – мини-ЭВМ «Искра-1256» седьмого исполнения АЦП; R15 – релейное устройство; R16, R17 – блоки питания Б5-45.
В данной статье проводим принципиальное воспроизведение метода на аттестацию схемы испытания измерительной системы. Пытаемся испытывать все элементы измерительной системы, схема которой показана на рис. 1. Описание метода представлено в [3].
1. Метрологическое описание оперативных испытаний.
Рис. 1. Схема измерения нагрузочно-измерительного комплекса для программного испытания суппортной группы токарных станков
Модель измерительной ситуации:
где 
– модель входного сигнала визуального контроля; 
– модель входного сигнала канала нагружающей силы; 
– модель условий измерений; w(λ*) – нормальное распределение; 
– инструментальный ресурс измерительных средств.
В соответствии со схемой измерения (рис. 1) составлена система уравнений измерений:
(1)
Теперь система уравнений полных погрешностей имеет вид
(2)
2. Схема организации испытаний.
В рамках данной статьи мы будем рассматривать последовательность процедуры определения метрологических характеристик для канала R7, схема испытания которого приведена на рис. 2, так как такой же подход будет справедлив и для остальных случаев.
Здесь использованы следующие обозначения: ГТС – генератор тестовых сигналов, формирующий испытательный сигнал γj(t); ИСИ – испытуемое измерительное средство, на выходе которого формируется результат измерений 
; ЭСИ – эталонное средство измерений, на выходе которого формируется действительное значение измеряемой величины λдj; АЦПЭ – эталонный аналогоцифровой преобразователь, формирующий входное воздействие γj(t) для воспроизведения имитационного моделирования; LИМ – оператор имитационного моделирования; 
– результат измерений в j-м измерительном эксперименте, воспроизводимый с помощью имитационного моделирования; FЭ – преобразователь, воспроизводящий зависимость измеряемой величины от входного воздействия λ = F(γ).
Можно и представить выражения (5) в виде схемы, при этом используется генератор случайных чисел (ГСЧ) в качестве формирователя значений имитационного сигнала (рис. 3).
а
б
Рис. 2. Схема, иллюстрирующая имитационно-экспериментальный метод для мини-ЭВМ: а – для сигнала γ1(t); б – для сигнала γ2(t)
Последовательность процедуры формирования оценки полных погрешностей записывается следующим образом:
(3)
Согласно с (1) и (3) получим
(4)
3. Реализация имитационного эксперимента на основании [4, 5].
Последовательность операций, представляющих процедуру имитации измерительного эксперимента, можно представить следующими выражениями:
(5)
Здесь индекс им означает имитационное моделирование.
а б
Рис. 3. Принципиальная схема имитационного моделирования для мини-ЭВМ: а – для сигнала γ1(t); б – для сигнала γ2(t)
Последовательность выражений, представляющая процедуру формирования оценки погрешности 
с помощью имитационного моделирования, имеет следующий вид:
(6)
Из формул (5) и (6) получим
(7)
Соответственные инструментальные погрешности:
(8)
Оценку вероятностной характеристики 
можно вычислить по формуле
(9)
Достоверность оценки характеристики 
[1]:
(10)
где 
и 
– соответственно оценки полной и методической погрешности, получаемые с использованием адекватных моделей и идеальных преобразований; 
– операторы идеального преобразования, лежащего в основе определения истинного значения вероятностной характеристики 
и идеального усреднения.
Алгоритм имитационного моделирования для оперативных испытаний
На практике имитационное моделирование проводится программным методом с достаточно высокой скоростью. На основе принципиальной схемы имитационного моделирования (рис. 3) можем привести блок-схемы алгоритма, где n – количество попыток, достаточное для исследования метрологических характеристик данного элемента измерительной системы и заданное до начала работы программы (рис. 4).
а б
Рис. 4. Блок-схема алгоритма имитационного моделирования для мини-ЭВМ: а – для сигнала γ1(t); б – для сигнала γ2(t)
Все данные результатов измерений 
, воспроизводимых с помощью имитационного моделирования, записываются в массив S, который в свою очередь позволяет осуществлять метрологический анализ в любом виде, например в виде графика, расчета и т.д.
Заключение
1. Приведена принципиальная реализация аттестации схемы испытания измерительной системы, осуществлено определение метрологических характеристик всех элементов данной системы.
2. Предложен алгоритм имитационного моделирования с выходом использования программного метода для проведения оперативных испытаний измерительных средств, встроенных в технологическое оборудование, и аттестации схемы испытания измерительной системы.
Рецензенты:
Полянчиков Ю.Н., д.т.н., профессор кафедры «Технология машиностроения», ВолгГТУ, г. Волгоград;
Труханов В.М., д.т.н., профессор кафедры «Автоматизация производственных процессов», ВолгГТУ, г. Волгоград.