Программное обеспечение для предварительных испытаний манипулятора грунтозаборного комплекса космического аппарата «Фобос-грунт»

Московский Авиационный Институт

(технический университет) Диплом на тему

«Программное обеспечение для предварительных испытаний манипулятора грунтозаборного комплекса космического аппарата „Фобос грунт“»

Работу выполнил студенты гр. КТ-615, инженер-конструктор Карев А.В.

Руководитель консультант Зам. директора центра № 83

Мусиенко В.Г.

Руководитель практики Малик А.М.

Москва2009г.

Перечень сокращений ГЗУ — грунтозаборное устройство КА — космический аппарат КПА — Контрольно-проверочная аппаратура МП-ГЗК — манипулятор грунтозаборного комплекса НГ — нагреватель СО — система обезвешивания СЧ ОКР — составная часть опытно-конструкторской работы ЭД — электродвигатель ЭМС — электромагнитная совместимость ЭСР — электростатические разряды Введение Важным этапом отработки агрегатов и устройств КА является процесс их испытаний. Современные испытания немыслимы без автоматизации испытаний, наряду с использованием аппаратных средств. Требуются разработки программ как для отдельных этапов испытаний, так и для комплексных испытаний.

Дипломная работа выполнена на тему: «Программное обеспечение для предварительных испытаний манипулятора грунтозаборного комплекса космического аппарата „Фобос-Грунт“». Эта тема является актуальной т.к. направлена на разработку программ экспериментальной отработки грунтозаборного комплекса. В работе необходимо разработать следующие подпрограммы:

— подпрограмма инициализации;

— подпрограмма перемещения манипулятора;

— подпрограмма забора грунта;

— подпрограмма выгрузки грунта;

— подпрограмма перемещения лепестков и толкателя грунтозаборного устройства.

Работа этих подпрограмм организуется работой главной программы, которая после работ подпрограммы посылает БЦВМ сообщение о результатах выполнения.

В главе 2 представлена информация о принципах работы манипулятора, его технологические особенности и рассчитанные исходя из этого математические выражения на движение звеньев, программное обеспечение.

В главе 3 представлена методика испытаний манипулятора и блок схемы алгоритмов программ.

В главе 4 выведены расчеты затрат на разработку программного продукта, экономическую эффективность, время окупаемости и трудоемкость разработки.

В главе 5 описаны вредоносные воздействия на организм человека при работе за ПК, и расчет зануления.

1. Постановка задачи Целью выполнения дипломной работы является разработка ПО для автоматизации процесса испытаний космического аппарата «Фобос-Грунт».

В качестве исходных данных используются принцип работы и математический расчет управления манипулятором, а так же документы и на основе заданных исходных данных разработка:

— подпрограмма инициализации;

— подпрограмма перемещения манипулятора;

— подпрограмма забора грунта;

— подпрограмма выгрузки грунта;

— подпрограмма перемещения лепестков и толкателя грунтозаборного устройства;

а так же главная программа объединяющая отдельные блоки.

2. Технические характеристики, принцип действия и алгоритмы функционирования МП-ГЗК

2.1 Технические характеристики Погрешность отработки в рабочем диапазоне углов поворота должна быть не более ±50 мин.

Осевое усилие при заборе грунта не более 1Н Угол между продольной осью ГЗУ и осью Х космического аппарата при перегрузке образцов грунта не более 25

Погрешность позиционирования звена исполнительного механизма МП-ГЗК в намеченной точке забора грунта:

— линейная по каждой координате — не более 3 мм;

— угловая — не более 3є.

Длительность подготовки МП-ГЗК к выполнению операций по взятию и загрузке грунта не более 10 мин.

Питания МП-ГЗК осуществляется напряжением постоянного электрического тока 28,5^{+0,35 _}_2,35 В.

Размер консолидированных фрагментов забираемого грунта — от 5 до 15 мм.

Суммарный объем загружаемых в устройство перегрузки образцов вещества Фобоса — не менее 100 см³.

Управление манипулятором осуществляется от бортового комплекса управления КА «Фобос-Грунт».

Энергопотребление манипулятора не должно превышать 50 Вт.

2.1.1 Конструктивно-технические требования Работоспособность Манипулятор считается работоспособным, если его параметры соответствуют указанным в п. 2.1 настоящей работы.

Внешний вид Внешний вид, габаритные размеры и масса манипулятора должны соответствовать сборочному чертежу. Масса манипулятора должна быть не более 7,5 кг±0,5 кг.

Качество покрытий Антикоррозионные и лакокрасочные покрытия манипулятора должны быть прочными и надёжными на протяжении всего гарантийного срока хранения и эксплуатации и соответствовать требованиям действующих нормалей и инструкций, оговоренных в чертежах.

Контролепригодность Контролепригодность в части свободного доступа для измерений, удобства снятия и обработки измерительной информации обеспечивается конструкцией.

Комплектующие элементы и материалы Применяемые в манипуляторе комплектующие изделия и материалы должны соответствовать требованиям государственных стандартов, технических условий, а также иметь сертификаты и паспорта, подтверждающие их годность.

2.2 Описание алгоритма работы манипулятора На рис. 1. представлен состав механической части манипулятора грунтозаборного устройства программы «Фобос-Грунт».

Рис. 1. Состав манипулятора грунтозаборного устройства На рис. 2. показано исходное положение манипулятора, в котором он находится после разарретирования (расчековки). Плоскость всех элементов манипулятора yz в этом положении совпадает с плоскостью передней панели посадочного модуля.

Рис. 2. Исходное положение манипулятора Перемещение захвата в контрольную точку с координатами xyz производится в следующей последовательности:

1. Манипулятор разворачивается на угол, определяемый координатами заданной точки, занимая положение, показанное на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Положение манипулятора после поворота на угол

Рис. 4. Положение манипулятора после поворота на угол, вид сверху Далее последовательно разворачиваются звенья 2, 1 и 3 соответственно на углы, определяемые равенствами:

где, ,, z_k = 1 см,

L₁, L₂ и L₃ — соответственно длины звеньев 1, 2 и 3,

z₀ — координата по оси z места установки манипулятора,

x, y и z — координаты контрольной точки.

После поворота на угол ?₂ манипулятор принимает положение показанное на рис. 5.

Рис. 5. Положение манипулятора после поворота звена 2

Следующим поворотом звено 1 разворачивается на угол ?₁, определяемый равенством (1), при этом манипулятор принимает положение показанное на рис. 6.

Рис. 6. Положение манипулятора после поворотазвена 1

Последним движением манипулятор разворотом звена 3 на угол, определяемый равенством (1) переводится в положение, показанное на рис. 7.

Рис. 7. Положение манипулятора послеповорота звена 3

По окончании этого разворота узел захвата манипулятора выходит в точку, отстоящую от контрольной точки по координате z на величину 1 см.

Далее, производится изменение режима движения манипулятора на точный и поворотами звена 3 (при необходимости может дополнительно поворачиваться звено 1) узел захвата перемещается в контрольную точку до срабатывания датчика усилия контакта (микропереключателя) контролирующего усилие контакта до 100 Г. После срабатывания микропереключателя лепестки захвата раздвигаются, как показано на рис. 8 и дальнейшее движение узла захвата производится с усилием до 100 Г (обеспечивается движением звена 3 и датчиком усилия контакта) и одновременным сведением (сжатием) лепестков захвата.

Рис. 8. Лепестки захвата раскрыты После забора грунта манипулятор поднимает захват на высоту

H = h + a

где h — высота грузоприемного устройства, a = 2 см, далее разворачивается в плоскость, в которой расположено грузоприемное устройство и затем перемещает пробу грунта из узла захвата в грузоприемное устройство с помощью толкателя (лепестки захвата при этом раскрываются).

После выгрузки пробы грунта манипулятор либо возвращается в исходное состояние либо в соответствии с вышеуказанным алгоритмом переводится в следующую точку с координатами x, y и z.

2.3 Математический расчет управления манипулятором

2.4 Обработка зоны допустимого нахождения манипулятора Допустимую зону движения задаем при помощи линий, определяющихся при помощи линейной функции и для каждой линии задается с какой стороны от линии располагается допустимая зона.

Такими функциями задаются выпуклые подзоны, из которых можно составить зону произвольной конфигурации.

Программа проверяет попадание заданной координаты хотя бы в одну из подзон поверхности.

Для каждой подзоны последовательно проверяется расположение точки относительно каждой линии подзоны.

Рис. 1 Пример зоны, состоящей из двух выпуклых подзон Логика перемещения манипулятора Исходные требования Манипулятор перемещается между линейными координатами.

Движение манипулятора в зоне может быть не прямолинейным, а состоять из нескольких участков.

Первоначально необходимо проверять, чтобы конечная точка попадала в зону.

Перемещение целесообразно осуществлять при помощи формирования минипрограммы перемещения, каждый пункт минипрограммы — линейное движение в некоторую точку.

Определение Линейных участков движения

1 определяем уравнение линии исходного перемещения

2 определяем подзоны, в которых находятся исходная и конечная точки

3. определяем с какими краевыми линиями пересекается линейная траектория

4. находим точку пересечения этих краевых линий

5. Составляем маршрут 1->3->2.

Особенность манипулятора в том, что движение в плоскости производится поворотом манипулятора, также зона ограничена только стенкой аппарата также необходимо учитывать минимизацию движений.

Поэтому осуществлять поворот манипулятора целесообразно следующим образом:

1. Поднимаем захват манипулятора на высоту грунтозаборного устройства + 3 см.

2. Определяем радиусы окружностей проходящих через точку забора () и через точку выгрузки грунта ()

3. Производим линейное перемещение захвата манипулятора в точку, расположенную на окружности с радиусом Движение осуществляется последовательно сначала двигателем мотором узла поворота 1, потом двигателем узла поворота 3 и окончательно двигателем мотором узла поворота 2.

4. Вычисляем требуемый угол разворота манипулятора и производим разворот манипулятора к грунтозаборному устройству

5. Опускаем захват в приемник грунтозаборного устройства на 3 см.

6. Раскрываем захват.

7. Выталкиваем грунт в грунтозаборное устройство.

Алгоритм расчета параметров программы перемещения

1. Вычисляем радиальные координаты точки нахождения манипулятора

2. Вычисляем радиальные координаты точки выгрузки

3. Формируем строки программы

2.4.1 Вычисление текущих радиальных координат Для выполнения расчетов необходимо знать высоту расположения манипулятора, удаление от основания R и угол разворота манипулятора

Зная текущие углы поворота колен определяем и R :

Угол разворота манипулятора вычисления не требует, так как измеряется непосредственно.

2.4.2 Вычисление радиальных координат точек разгрузки Координаты точки разгрузки определяем при помощи подпрограммы преобразования линейных координат в углы разворота колен манипулятора

Calculate_angles (x: real, y: real, z: real): TRealArray5

Далее по выше указанной формуле определяем координаты, , угол разворота манипулятора к грунтозаборному устройству — есть константа

2.4.3 Формирование программы Этапы движения манипулятора описаны выше в разделе приведения в точку.

Подробно программа выглядит следующим образом:

1. Подъем манипулятора. Определяем текущие координаты X, Y, Z. Задаем. Пересчитываем углы положения манипулятора. Результаты расчета преобразуем в 3 последовательных пункта программы с вращением соответственно по углам .

2. Приведение к радиусу грунтозаборника. Определяем текущий радиус R и угол по ранее указанной формуле. Вычисляем разность радиусов рассчитываем координаты точки 1(с) по формулам Пересчитываем углы положения манипулятора. Результаты расчета преобразуем в 3 последовательных пункта программы с вращением соответственно по углам .

3. Вращение манипулятора. Добавляем в программу пункт программы с вращением осонвания манипулятора в требуемый угол

4. Опускаем захват манипулятора в грунтозаборник. Определяем текущие координаты X, Y, Z. Задаем. Пересчитываем углы положения манипулятора. Результаты расчета преобразуем в 3 последовательных пункта программы с вращением соответственно по углам .

5. Добавляем пункт раскрытия лепестков захвата

6. Добавляем пункт выдвижения поршня манипулятора на 5 см.

Дальнейшие действия определяются по ситуации.

2.5 Программа отладки и испытаний манипулятора Программное обеспечение предназначено для управления манипулятором в ходе наладки и испытаний, а также отработки рабочих алгоритмов управления манипулятором:

Программа обладает наглядным и удобным интерфейсом, позволяет:

· ограничивать угловые скорости и ускорения двигателей манипулятора

· вручную изменять положение колен манипулятора

· автоматически перемещать манипулятор в заданное положене

· вводить программу для автоматических ресурсных испытаний.

· вести запись основных параметров двигателей (скорость, потребляемый ток и т. п.):

Основные функциональные модули программы:

1. Модуль настроек системы (параметры обмена по последовательным портам с контроллерами шаговых двигателей, параметры подключения платы АЦП, предельные параметры работы манипулятора (углы, скорости и ускорения);

2. Модуль ручного управления (предоставляет пользователю возможность задавать скорость и направление вращения двигателей манипулятора), также позволяет переключаться между ручным и автоматическим режимом работы программы;

3. Модуль отображения и записи информации — отображает на экран параметры двигателей манипулятора — угловое положение, скорость, потребляемые токи, возможна выборочная запись информации в текстовые файлы, наиболее удобные для последующей обработки специализированными программами;

4. Модуль автоматического слежения обеспечивает отслеживание задаваемого пользователем положения манипулятора или координат местоположения захвата и перемещение манипулятора в заданное положение;

5. Модуль программирования — позволяет создавать, хранить и запускать различные программы движения манипулятора, особенно полезно для отработки реального движения манипулятора и проведения ресурсных испытаний без участия операторов.

Разработка выполнена в среде Delphi.

Основные алгоритмы манипулятора и текст программы см. в приложении А.

Выводы по главе В данной главе мы рассмотрели основные характеристики и принципы работы манипулятора. Разработали формулы для движения звеньями таким образом, что бы работа двигателей при этом была минимальной.

3. Методика проведения испытаний

3.1.Внешний осмотр При внешнем осмотре проверять (визуально):

— соответствие внешнего вида сборочному чертежу (плакат 2);

— качество антикоррозионных и лакокрасочных покрытий ;

— правильность маркировки .

Примечание — при осмотре проверить МП-ГЗК на отсутствие механических повреждений, ослабления креплений, отсутствие посторонних предметов (проверка на «слух»).

Проверить габаритные размеры и массу МП-ГЗК по чертежу (плакат 1).

Электромонтаж Проверить правильность соединения электрических цепей МП-ГЗК при помощи тестера напряжением от 1,5 до 6 В при токе не более 0,005 А согласно электрическим схеме (плакат 3).

3.2 Проверка целостности электрических цепей Проверку целостности цепей производить ампервольтомметром типа Ц4315.

3.3 Проверка электрического сопротивления изоляции Проверку сопротивления изоляции между разобщенными цепями, и разобщенными цепями и корпусом проводить терраомметром типа Е6−13 на 100 В и вольтомметром типа В7−38.

манипулятор грунтозаборный транспортировочный алгоритм

3.4 Проверка электрической прочности изоляции Проверку электрической прочности изоляции проводить с помощью пробойной установки типа УИИ-2. Испытательное напряжение 200 В 50Гц подавать между цепями.

Подачу испытательного напряжения следует производить плавно, начиная с 0 до максимального значения. Изоляция выдерживается под испытательным напряжением в течении 1 мин., после чего напряжение снижается до 0.

До и после проверки прочности изоляции проверяется сопротивление изоляции.

Примечание — Проверять электрическую прочность изоляции разрешается не более трех раз, испытательное напряжение при второй и третьей проверке должно быть снижено на 10% относительно каждого предшествующего.

3.5 Проверка точности перемещения звеньев МП-ГЗК при заборе грунта

Проверка проводится по точкам Ф1, Ф2, Ф3

Ф1-ближайшая от точки крепления МП-ГЗК

Ф2- средняя от точки крепления МП-ГЗК

Ф3- дальняя от точки крепления МП-ГЗК

Координаты этих точек нанесены на шаблоне, по которому проводится проверка точностей перемещения звеньев МП-ГЗК при заборе грунта.

Манипулятор ГЗК находится в расчекованном положении.

Установить нулевое положение приводов манипулятора.

Собрать схему испытаний согласно Приложению Б.

Соединить звенья манипулятора с системой обезвешивания.

Проверить срабатывание узла забора грунта по усилию прижатия к поверхности шаблона (0,1 кг)

По команде КПА, согласно руководству по управлению манипулятором при проведении испытаний, манипулятор установить в положение точки забора грунта Ф1 с координатами (Хф1, Yф1.)

Проверить точность попадания узла забора грунта в точку Ф1 по отверстию расточенному на шаблоне в этой точке. Результаты замеров занести в протокол.

По команде КПА, согласно руководству по управлению манипулятором при проведении испытаний, установить манипулятор в положение точки перегрузки грунта с координатами (Хпер., Yпер.)

Проверить точность попадания узла забора грунта по отверстию расточенному на шаблоне в этой точке. Результаты замеров занести в протокол.

По команде КПА, согласно руководству по управлению манипулятором при проведении испытаний, манипулятор установить в положение точки забора грунта Ф2 с координатами (Хф2, Yф2)

Проверить срабатывание узла забора грунта по усилию прижатия к поверхности шаблона (0,1 кг)

Проверить точность попадания узла забора грунта в точку Ф2 по отверстию расточенному на шаблоне в этой точке. Результаты замеров занести в протокол.

По команде КПА, согласно руководству по управлению манипулятором при проведении испытаний, манипулятор установить в положение точки перегрузки грунта с координатами (Хпер., Yпер.)

Проверить точность попадания узла забора грунта по отверстию расточенному на шаблоне в этой точке. Результаты замеров занести в протокол.

По команде КПА, согласно руководству по управлению манипулятором при проведении испытаний, манипулятор установить в положение точки забора грунта Ф3 с координатами (Хф3, Yф3)

Проверить срабатывание узла забора грунта по усилию прижатия к поверхности шаблона (0,1 кг)

Проверить точность попадания узла забора грунта в точку Ф3 по отверстию расточенному на шаблоне в этой точке. Результаты замеров занести в протокол.

По команде КПА, согласно руководству по управлению манипулятором при проведении испытаний, манипулятор установить в положение точки перегрузки грунта с координатами (Хпер., Yпер.)

Проверить точность попадания узла забора грунта по отверстию расточенному на шаблоне в этой точке. Результаты замеров занести в протокол.

3.6 Проверка функционирования МП-ГЗК.

Проверка проводится по точкам Ф1, Ф2, Ф3

Ф1-ближайшая от точки крепления МП-ГЗК

Ф2- средняя от точки крепления МП-ГЗК

Ф3- дальняя от точки крепления МП-ГЗК

Манипулятор ГЗК находится в расчекованном положении.

Установить нулевое положение приводов манипулятора.

Собрать схему испытаний согласно Приложению Б.

Соединить звенья манипулятора с системой обезвешивания.

По команде КПА, согласно руководству по управлению манипулятором при проведении испытаний, манипулятор установить в положение точки забора грунта Ф1 с координатами (Хф1, Yф1.)

Открыть лепестки цанги МП-ГЗК и углубится в грунт на 20 мм.

Закрыть лепестки цанги МП-ГЗК.

По команде КПА, согласно руководству по управлению манипулятором при проведении испытаний, манипулятор установить в положение точки перегрузки грунта с координатами (Хпер., Yпер.)

Открыть лепестки цанги заборного устройства.

Включить ЭД выдвижения поршня для выгрузки грунта.

Перевести поршень в исходное положение.

Закрыть лепестки цанги.

Повторить пункты с 3.6.1 по 3.6.12 для точек Ф2 и Ф3.

3.7 Испытания на работоспособность в вакуумной камере при температуре минус (62_-2) ^оС

Смонтировать «МП-ГЗК» на приспособление, установленное в вакуумной камере ВК-27 для испытания на работоспособность при температуре минус (62_-2) ^оС

Установить термодатчики согласно схеме.

Соединить систему обезвешивания СО МП-ГЗК с МП-ГЗК.

Смонтировать систему измерения и управления.

Произвести захолаживание «Установки МП-ГЗК» на приспособлении до температуры минус (62_-2) ^оС и выдержать при этой температуре не менее 1 часа без учета времени выхода на режим.

Контроль температуры вести по показаниям прибора ИВК-MIC-036

Примечание:

При температуре на двигателях меньше чем минус 45є, провести включение нагревателей, установленных на двигателях.

Провести проверку функционирования МП-ГЗК пп. 9.6.1 по 9.6.12

Разгерметизировать вакуумную камеру, произвести осмотр материальной части.

Демонтировать «Установку МП-ГЗК» на приспособлении, из вакуумной камеры.

Произвести осмотр материальной части.

3.8 Испытания на работоспособность в вакуумной камере ВК-27 при температуре плюс (60⁺²) ^оС

Смонтировать МП-ГЗК на приспособление, установленное в вакуумной камере ВК-27 для испытания работоспособности при температуре плюс (60⁺²) ^оС.

Установить термодатчики согласно схеме.

Соединить систему обезвешивания СО МП-ГЗК с МП-ГЗК.

Смонтировать систему измерения и управления.

Довести температуру «Установки МП-ГЗК» до температуры плюс (60⁺²) ^оС и выдержать при температуре не менее 1 часа без учета времени выхода на режим.

Контроль температуры вести по показаниям прибора ИВК-MIC-036.

Провести проверку функционирования МП-ГЗК пп. 3.6.1 по 3.6.12

Разгерметизировать вакуумную камеру, произвести осмотр материальной части.

Демонтировать «Установку МП-ГЗК» на приспособление, из вакуумной камеры.

Произвести осмотр материальной части.

3.9 Методика проведения испытаний на воздействие транспортировочных, ударных нагрузок и виброускорений.

Для вибродинамических испытаний:

1) величины пиковых ударных ускорений и амплитуды виброускорений заданы в единицах g, где g = 9,81 м/с² — ускорение свободного падения;

2) допустимое отклонение режимов нагружения не должны превышать:

— по амплитуде виброускорения ± 20%;

— по частоте вибрации ± 0,5%;

— по времени ± 10%.

Испытания на имитацию транспортирования

Смонтировать МП-ГЗК установленную на макет КА ФГ установить вибродатчики согласно приложению В.

Установить машину на электродинамический стенд и смонтировать схему измерения ускорений.

Провести испытания на имитацию транспортирования по осям «Х», «Y», «Z» на режимах, указанных в таблице 2

Таблица 2

После испытаний проверить установку МП-ГЗК на машине.

Визуально определить состояние элементов конструкции МПГЗК и установки МП-ГЗК на машине трещины, поломки, ослабление затяжек гаек не допускается.

Испытания на стойкость к виброудару

Провести работы по п.п. 3.9.2.1 и 3.9.2.2

Провести испытания на стойкость к виброудару по осям «Х», «Y», «Z» на режимах, указанных в таблице 3.

Таблица 3

После испытаний провести работы по п. 9.9.2.4

Испытания на стойкость к виброускорениям

Провести работы по п.п. 3.9.2.1 и 3.9.2.2

Провести испытания по осям «Х», «Y», «Z» на синусоидальную вибрацию до 20 Гц на режимах, указанных в таблице 4

Провести испытания на случайную вибрацию по осям «X», «Y», «Z» в диапазоне частот от 20 до 2000 Гц на режимах, указанных таблице 4

Таблица 4

Примечание — Изменение значений спектральной плотности от частоты в пределах каждого поддиапазона частот — линейное (при логарифмическом масштабе частоты и спектральной плотности)

Допускается замена испытаний на воздействие случайной вибрации по режимам, указанным в табл. 4, испытаниями на воздействие эквивалентной синусоидальной вибрации на режимах, указанных в таблице 5

Таблица 5

После испытаний провести работы по п. 3.9.2.4

3.10 Испытание на воздействие повышенной влажности.

Испытание на воздействие повышенной влажности проводить в камере влажности при температуре (60+2)єС.

МП-ГЗК поместить в камеру, предварительно закрыв штепсельные соединители заглушками и выдержать при данной температуре в течение 2 ч. Относительную влажность повысить до (93+3) % и этот режим поддерживать в камере в течение 48 ч.

По истечению указанного времени не извлекая МП-ГЗК из камеры, проверить сопротивление изоляции по методике подраздела.

3.11 Определение мощности, потребляемой нагревателями МП-ГЗК.

Определение мощности, потребляемой нагревателями электромоторов и нагревателями кабельных шлейфов в узлах вращения звеньев манипулятора: НГЗв1−1,НГЗв1−2, НГУП1−2, НГЗв2, НГУП2−3, НГЗв3, НГУП3−4, НГЗв4, НГУП4−5, НГЗв5

Места расположения нагревателей и их обозначение приведены по спецификации чертежа (плакат 2).

Подать питание (27 ± 0,1) В на нагреватель НГЗв1−1.

Зафиксировать по КПА ток, потребляемый нагревателем

Определить мощность, потребляемую нагревателем по формуле:

P= U· I

где Рмощность, потребляемая нагревателями, ВТ;

Uнапряжение питания, В;

I — ток, потребляемый нагревателем, А.

Повторить операции по пп. 3.10.2 — 3.10.4 для каждого из обогреваемых мотор-редукторов (НГЗв1−2, НГУП1−2, НГЗв2, НГУП2−3, НГЗв3, НГУП3−4, НГЗв4, НГУП4−5, НГЗв5)

Выключить КПА. Разобрать схему испытаний.

3.12 Ресурсные испытания

Ресурс привода при температуре на корпусе (15−35)є С.

Собрать МПГЗК на приспособлении

Установить систему обезвешивания на МП-ГЗК.

Проверка функционирования МП-ГЗК.

Провести наработку МП-ГЗК 40 циклов.

Ресурс привода при температуре на корпусе минус (55−58)єС.

Собрать МПГЗК на приспособлении .

Установить систему обезвешивания на МП-ГЗК.

Проверка функционирования МП-ГЗК.

Провести наработку МП-ГЗК 40 циклов.

Ресурс привода при температуре на корпусе МП-ГЗК (60−63)єС.

Собрать МПГЗК на приспособлении.

Установить систему обезвешивания на МП-ГЗК.

Проверка функционирования МП-ГЗК.

Провести наработку МП-ГЗК 40 циклов.

3.13 Испытание на воздействие ЭСР и ЭМС

Испытания на воздействие ЭСР и ЭМС проводить по специально разработанным отделом 123−4-2 программам и методикам (в соответствии с У64−6317-ОПМ).

Выводы по главе

В данном разделе мы изучили методику, последовательность и виды испытаний манипулятора грунтозаборного комплекса, в которых рассматривается проверка целостности цепей и точность работы до и после воздействия на изделие внешних фактором. Подробно изучили конструктивность испытательных стендов и способы работы на них.

4. Блок-схемы алгоритмов управления МП-ГЗК

Данные блок-схемы описывают все необходимые действия манипулятора и грунтозаборного устройства:

• начальная иницилизация систем

• коммуникация с БЦВМ

• перемещение манипулятора

• забор грунта

• помещение грунта в грунтоприемное устройство

Выводы по главе

В данной главе мы рассмотрели ход испытаний для МП-ГЗК, условия воздействия на него внешних факторов. Анализировали все необходимые действия манипулятора и грунтозаборного устройства.

5. Экономическая часть

В рамках данного раздела дипломной работы было проведено планирование разработки программ-моделей внешней среды, работающих в составе комплексного стенда бортового комплекса управления, по данным планирования была оценены трудоёмкость каждого этапа разработки. Также была оценена научно — техническая прогрессивность и экономическая эффективность разработки.

5.1 Основные этапы разработки программного обеспечения комплексного стенда и оценка трудоемкости каждого этапа разработки

Период проведения работ: с 30 сентября 2007 г по 12 декабря 2009 г.

Разработкой занималось 2 человека, работающих в смену по 8 часов в течение 177,5 рабочих дней (2840 чел*час).

Определим последовательность выполнения разработки программного обеспечения комплексного стенда по этапам. Для каждого этапа разработки определено соответствующее значение трудоемкости, количество исполнителей и срок выполнения. Трудоемкость разработки программной продукции зависит от ряда факторов, основными из которых являются следующие: степень новизны разрабатываемого программного комплекса, сложность алгоритма его функционирования, объем используемой информации, а также уровень используемого алгоритмического языка программирования. Трудоемкость разработки программной продукции может быть определена как сумма величин трудоемкостей выполнения отдельных стадий разработки программного продукта. Таким образом, общие затраты труда можно представить в виде:

Т = То + Ти + Та + Тб + Тпр + Тотл + Тд

где Т — общие затраты труда;

То — затраты труда на описание задачи;

Ти — затраты труда на исследование предметной области;

Та — затраты труда на разработку алгоритмов работы программ-моделей комплексного стенда;

Тб — затраты труда на разработку блок-схем работы программ-моделей комплексного стенда;

Тпр — затраты труда на программирование;

Тотл — затраты труда на отладку работы программ-моделей комплексного стенда;

Тд — затраты труда на подготовку документации.

Время рассчитывается в человеко-часах, причем То и Ти берется по фактически отработанному времени, а время остальных этапов определяется расчетно по условному числу команд Q. Условное число команд Q определяется по формуле:

Где q — предполагаемое число операторов в комплексе программ, примем q равным 6400;

с — коэффициент сложности программ — характеризует относительную сложность программы по отношению к так называемой типовой задаче, реализующей стандартные методы решении, сложность которой равна 1 (величина лежит в пределах от 1.25 до 2.0). Примем c равным 1.6;

p — коэффициент коррекции программы при ее разработке (величина лежит в пределах от 0.05 до 0.10). Примем p равным 0.05;

В результате получим условное число операторов:

[команд]

Затраты труда на подготовку при описании задачи То точно определить невозможно, так как это связано с творческим характером работы, поэтому примем То = 50 чел*час.

Затраты труда на изучение описания задачи определяются по формуле:

Где Q — условное количество команд;

B — коэффициент увеличения затрат труда вследствие недостаточного описания задачи (изменяется от 1.1 до 1.8). Примем В равным 1.1;

P_н — характеризует нормативную производительность труда (число команд в час) программистов для данного этапа работы. Примем (P_н)_п = 20 [ком./час];

К — коэффициент квалификации разработчиков, определяется в зависимости от стажа работы (изменяется от 0.8 до 1.6). Примем К равным 1.

Таким образом, затраты на изучение описания задачи будут составлять:

[чел*час]

Время на разработку алгоритма Та определяется по формуле:

Таким образом, затраты на разработку алгоритма будут составлять:

[чел*час]

Время на разработку блок-схемы Тб определяется аналогично Та:

[чел*час]

Время написания программы на языке программирования Тпр определяется по формуле:

Таким образом, время написания программы на языке программирования будет составлять:

[чел*час]

Время отладки и тестирования программы Тотл определяется по формуле

Таким образом, время написания отладки и тестирования программы будет составлять:

[чел*час]

Время на оформление документации Тд будет составлять:

[чел*час]

Тогда, подставив все полученные данные в формулу общих трудозатрат, получим полную трудоёмкость разработки:

Т = 50 + 577.5 + 735 + 14.29 + 840 + 892.5 + 945 = 4054 [чел * час]

С учетом уровня языка программирования трудоемкость разработки может быть скорректирована следующим образом:

где Е — коэффициент изменения трудоемкости, зависящий от уровня языка программирования (выбранный для разработки язык Delphi 7.0 относится к алгоритмическим языкам сверхвысокого уровня, с учетом этого Е = 0.7)).

Таким образом, Ткор = 0.7*4054= 2838 [чел * час]

Определение затрат времени на разработку программного продукта Таблица 6

Для вычисления предпроизводственных затрат на создание программного продукта используем следующие показатели:

§ Трудозатраты на разработку программного продукта (из табл. 1): t= 2840 часов;

§ заработная плата инженера-разработчика: З_п = 32 800 рублей;

§ Число часов работы инженера-разработчика за месяц: Ч_р = 180 часов; Количество машино-часов использования ЭВМ: Ч_м = 180 часов;

§ Стоимость ЭВМ: K_Э = 27 400 рублей;

§ Стоимость одного кВт/час: С_кВт/ч = 2,44 руб.

§ Мощность ЭВМ: М_ЭВМ = 400 Вт

§ Стоимость одного машино-часа работы ЭВМ:

затраты на амортизацию, обслуживание и электроэнергию:

— амортизация:

— обслуживание и электроэнергия

§ Определяем среднюю часовую тарифную ставку инженера разработчика

§ Затраты на создание ПП:

— Заработная плата программиста, включая отчисления на социальные нужды (26%) и накладные расходы (50%), за время разработки ПП:

— Затраты, связанные с использованием ЭВМ при разработке ПП

— Затраты на создание ПП Стоимость ПП где 20% - рентабельность ПП.

Капитальные вложения

5.2 Характеристики и оценка научно-технической разработки манипулятора грунтозаборного комплекса Определим экономический эффект как годовую экономию на текущих затратах от использования программного обеспечения манипулятора грунтозаборного комплекса для отработки и испытания бортового комплекса управления. В испытаниях принимают участия одна машина и два человека проводящих эти испытания. Для вычисления экономического эффекта используется следующая формула:

где ДТ_М — экономия машинного времени, час;

ДТ_И — экономия времени людей проводящих отладку и испытания бортового комплекса управления, час;

С_ВТ — стоимость одного машинного часа, руб.;

С_И — стоимость одного часа работы человека, руб.;

n — количество задач, решаемых в год.

ДТ_М = 0.1•8 = 0.8 час ДТ_И = 0.1•2 = 0.2 час С_ВТ = 2,56

С_И = 182,2

n = (365−105−8)•15 = 3780

Тогда экономический эффект, как годовая экономия на текущих затратах от использования программного обеспечения, равен:

руб.

Уровень экономической эффективности вложений на разработку программного обеспечения комплексного стенда:

E = Э / З_НИР = 1 109 687,04 / = 0,99

Срок окупаемость программного обеспечения комплексного стенда бортового комплекса управления определим из формулы:

l = З_НИР / Э = 1,01 года.

Программное обеспечение окупится за 1,01 года это приблизительно 369 рабочих дней.

Выводы по главе В результате проведенного расчета были получены следующие результаты:

трудоемкость разработки программного продукта, которая составила 2840 чел*час;

затраты на разработку программного продукта составили 1 120 803 руб.;

Экономическая эффективность составляет Е=0.99, что указывает на целесообразность применения данной разработки.

Программное обеспечение окупится за 1,01 года это приблизительно 369 рабочих дней.

6. Охрана труда и окружающей среды

Охрана труда — это система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

В данном разделе дипломной работы будут выработаны требования, которые необходимо выполнять при использовании разработанного программного обеспечения для снижения до минимума вероятности поражения или заболевания работающего с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда.

Полностью безопасных и безвредных производственных процессов не существует. Любой производственный процесс, в том числе работа с ЭВМ, сопряжен с появлением опасных и вредных факторов. Поскольку нельзя полностью устранить опасность наша задача снизить её до минимума.

Опасный фактор — это производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или другому резкому внезапному ухудшению здоровья.

Вредный фактор — производственный фактор, приводящий к заболеванию, снижению работоспособности или летальному исходу. В зависимости от уровня и продолжительности воздействия вредный производственный фактор может стать опасным.

Во время разработки программного обеспечения для стенда испытаний манипулятора грунтозаборного комплекса (34 дня), компьютер использовался в среднем 6 часов в день. После внедрения программного обеспечения предполагается его использование в среднем 7 часов в течение рабочего дня.

6.1 Анализ возможности возникновения опасных или вредных факторов и ситуаций при использовании разработанного программного продукта

Во время использования разработанного комплекса программ пользователь сидит за компьютером. Основными составляющими частями персонального компьютера (ПК) являются: системный блок (процессор) и разнообразные устройства ввода/вывода информации: клавиатура, дисковые накопители, принтер, сканер, и т. п. Каждый персональный компьютер включает средство визуального отображения информации, называемое по-разному: монитор, дисплей. Кроме того, ПК часто оснащают сетевыми фильтрами, источниками бесперебойного питания и другим вспомогательным электрооборудованием. Все эти элементы при работе ПК формируют сложную обстановку на рабочем месте пользователя.

При работе монитора на экране кинескопа накапливается электростатический заряд, создающий электростатическое поле. В разных исследованиях, при разных условиях измерения значения электростатического поля колебались от 8 до 75 кВ/м. При этом люди, работающие с монитором, приобретают электростатический потенциал. Разброс электростатических потенциалов пользователей колеблется в диапазоне от -3 до +5 кВ. Когда электростатическое поле субъективно ощущается, потенциал пользователя служит решающим фактором при возникновении неприятных субъективных ощущений.

Заметный вклад в общее электростатическое поле вносят электризующиеся от трения поверхности клавиатуры и мыши. Эксперименты показывают, что даже после работы с клавиатурой, электростатическое поле быстро возрастает с 2 до 12 кВ/м. На отдельных рабочих местах в области рук регистрировались напряженности статических электрических полей более 20 кВ/м.

Также существует возможность удара током, что может привести к тяжёлым травмам и даже привести к летальному исходу. Для уменьшения вероятности поражения током используется заземление или зануление оборудования.

Защитное заземление — преднамеренное соединение с землёй и других конструктивных, металлических частей электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при случайном соединении с токоведущими частями. Задача защитного заземления — устранение опасности поражения тока человека в случае прикосновения к корпусу, оказавшемуся под напряжением.

Область применения защитного заземления трёхфазные сети питания до 1000 в. с изолированной централью.

Принцип действия защитного заземления — снятие напряжения между корпусом, оказавшемся под напряжением, и до безопасного значения. Так разница при защитном заземлении и без по току будет примерно в 150 раз.

Заземляющие устройства — это совокупность заземлителя металлических проводников. Заземлители бывают искусственные и естественные. Заземляющие проводники обычно изготавливаются из листовой стали.

Оборудование подлежащее заземлению — это металлические нетоковедущие металлические части электрооборудования, при этом в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных заземлений установки выше 12 вольт переменного или 110 вольт постоянного тока.

Занулением называют присоединение к неоднократно заземленному нулевому проводу питающей сети корпусов и других металлических частей электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением. Задача зануления та же что и защитного заземления.

Принцип зануления — превращения пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазой и нулевым проводом) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты, т. е. отключить установки от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители, автоматы.

Область применения зануления: трёхфазные четырех проводные сети до 1000 в. с глухо-заземленной нейтралью.

6.2 Описание воздействия выявленных неблагоприятных факторов на человеческий организм

Количество электрических травм в общем числе невелико, до 1,5%. Для электрических установок напряжением до 1000V количество электрических травм достигает 80%.

Человек дистанционно не может определить находится ли установка под напряжением или нет.

Ток, который протекает через тело человека, действует на организм не только в местах контакта и по пути протекания тока, но и на такие системы как кровеносная, дыхательная и сердечно-сосудистая.

Возможность получения электрических травм имеет место не только при прикосновении, но и через напряжение шага и через электрическую дугу.

Электрический ток, проходя через тело человека оказывает термическое воздействие, которое приводит к отекам (от покраснения, до обугливания), электролитическое (химическое), механическое, которое может привести к разрыву тканей и мышц; поэтому все электрические травмы делятся на:

· местные;

· общие (электроудары).

· Местные электрические травмы

· эл. ожоги (под действием эл. тока);

· эл. знаки (пятна бледно-желтого цвета);

· металлизация поверхности кожи (попадание расплавленных частиц металла эл. дуги на кожу);

· электроофтальмия (ожог слизистой оболочки глаз).

Общие электрические травмы (электроудары):

1 степень: без потери сознания

2 степень: с потерей

3 степень: без поражения работы сердца

4 степень: с поражением работы сердца и органов дыхания

Крайний случай состояние клинической смерти (остановка работы сердца и нарушение снабжения кислородом клеток мозга. В состоянии клинической смерти находятся до 6−8 мин.)

Причины поражения электрическим током (напряжение прикосновения и шаговое напряжение):

— Прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

— Прикосновение к отключенным частям, на которых напряжение может иметь место:

· в случае остаточного заряда;

· в случае ошибочного включения эл. установки или несогласованных действий обслуживающего персонала;

· в случае разряда молнии в эл. установку или вблизи;

· прикосновение к металлическим не токоведущим частям или связанного с ними эл. оборудования (корпуса, кожухи, ограждения) после перехода напряжения на них с токоведущих частей (возникновение аварийной ситуации — пробой на корпусе).

· Поражение напряжением шага или пребывание человека в поле растекания эл. тока, в случае замыкания на землю.

· Поражение через эл. дугу при напряжении эл. установки выше 1кВ, при приближении на недопустимо-малое расстояние.

· Действие атмосферного электричества при газовых разрядах.

· Освобождение человека, находящегося под напряжением.

Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током: Род тока (постоянный или переменный, частота 50Гц наиболее опасна), величина силы тока и напряжения, время прохождения тока через организм человека, путь или петля прохождения тока, состояние организма человека, условия внешней среды.

В интервале напряжения 450−500 В, вне зависимости от рода тока, действие одинаково, меньше 450 В — опаснее переменный ток, меньше 500 В — опаснее постоянный ток.

Кардиологические заболевания, заболевания нервной системы и наличие алкоголя в крови, снижают сопротивление тела человека. Наиболее опасным является путь прохождения тока через сердечную мышцу и дыхательную систему.

Характер воздействия постоянного и переменного токов на организм человека представлен в таблице 7.

Таблица 7 — Воздействия постоянного и переменного токов на организм человека

6.3 Недостаточная освещенность помещения с ПК

Известно, что одним из важнейших условий БЖД человека является рациональное и достаточное освещение рабочего места и помещения в целом. Компьютерный класс может быть плохо освещен, вследствие чего оператору приходится напрягать зрительные органы. Плохая освещенность может привести к ухудшению зрения, снижению работоспособности, быстрому утомлению и росту числа ошибок в выполняемой работе. Оператор подвергается воздействию плохой освещенности с самого начала работы. Ее воздействие продолжается до окончания работы на ПК или с оргтехникой. Последствиями плохой освещенности являются песок в глазах, тени перед глазами, напряжение зрительных органов. Последствия проходят через некоторое время после окончания работы за ПК. Длительность «восстановительного периода» зависит от времени, проведенного за ПК при плохой освещенности. Для предупреждения воздействия этого вида опасности необходимо позаботиться заранее о нормальной системе освещения, соответствующей СГ нормам, а так же применять местное освещение на рабочих местах, если это нужно для работы с важными документами. При плохой освещенности рабочих мест оператора не рекомендуется длительно пребывать за ПК и свести время работы за ним к минимуму, постараться найти место под компьютерный класс в более освещенном помещении, а если нет такой возможности, то чаще делать перерывы в работе.

6.4 Воздействие вредных веществ

К вредным веществам, которые действуют в помещении компьютерного класса, относятся пыль и выделения паров спирта после профилактической чистки ПК. В помещениях с ПК операторы подвержены воздействию пыли, притягиваемой к работающему и сильно наэлектризованному оборудованию. В процессе работы за ПК при сильной запыленности помещения частички пыли попадают в организм человека, оказывая на него неблагоприятное воздействие, затрудняя дыхание. У некоторых людей воздействие сильная запыленность помещения может вызвать аллергию. Чтобы избежать этого и снизить степень запыленности помещения, необходимо регулярно проветривать помещение компьютерного класса, осуществлять пылеуборку помещения, использовать системы кондиционирования воздуха. Содержание паров этилового спирта в помещении с ПК невелико, так как он используется лишь в профилактических целях, и его воздействию подвергаются операторы кратковременно и очень редко, так как обработка ПК этиловым спиртом производится в конце рабочего дня.

6.5 Ионизация воздуха

При работе ПК возникает ионизация среды, которая приводит к физико-химическим изменениям в структуре веществ. Конечный результат ионизации веществ или ОС определяется интенсивностью и продолжительностью облучения. Облучение может вызвать небольшое повышение температуры теля во время работы за компьютером. При продолжительной работе может возникнуть сильное переутомление, что может ослабить защитные свойства организма и сопротивляемость другим заболеваниям.

Высокое напряжение на токоведущих частях схемы вызывают ионизацию воздуха с образованием положительных ионов, которые неблагоприятно воздействуют на человека. В рабочего воздуха содержится число положительных ионов в диапазоне от 200 до 6000. Воздействию ионизирующего излучения оператор подвергается в процессе работы, находясь в непосредственной близости от монитора. При соблюдении требуемого расстояния между источником ионизирующих излучений и работающим воздействие ионизирующего излучения на организм можно свести к минимуму.

6.6 Повышенная температура и пониженная влажность воздуха:

При работе любого ЭО выделяется некоторое количество тепла, которое зависит от потребляемой мощности ЭО. Работа ПК приводит к повышению температуры в помещении и понижению влажности воздуха, так как высокопроизводительная техника работает на сверхвысоких частотах, что вызывает сильный нагрев элементов. При работе ПК, образующийся теплый воздух выдувают наружу из системного блока специальные вентиляторы. Это приводит к повышению температуры в помещении и снижению влажности воздуха. Для подержания параметров микроклимата необходимо использовать системы кондиционирования воздуха.