E.21.O.СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ БАЗЫ КАФЕДРЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЙ LabVIEWВ.А. Рогов, В.В. КопыловРоссийский университет дружбы народов, г. Москва, vvkopylov@mail.ruВведение Кафедра «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» Инженерного факультета РУДН является выпускающей и проводит обучение студентов по широкому спектру направлений: Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств; Технология автоматизированного машиностроения; Автоматизированные и автоматические станочные системы и комплексы; Металлорежущие станки и инструменты; Технология машиностроения. Соответственно читается большое количество учебных курсов, которые предусматривают кроме лекций и проведение практических и лабораторных работ. Поэтому перед кафедрой постоянно стоит сложная задача не только поддерживать в работоспособном состоянии, но и модернизировать и совершенствовать парк станочного оборудования (около 15 станков), лабораторные стенды и приборы. На кафедре также ведется большая научная работа, проводятся исследования и выпускаются аспиранты. Основными научными направлениями являются: исследования динамики металлорежущих станков, повышение качества сборного режущего инструмента, применение новых композиционных материалов. ^ Применение LabVIEW в учебном процессе и научной работе На кафедре создается многоуровневая структура применения LabVIEW, которая должна обеспечить достижение следующих целей: Совершенствование организации учебного процесса; Обеспечение проведения лабораторных работ; Обеспечение проведения научных исследований; Выполнение всех работ в полном объеме требует определенных материальных затрат, и, главное, больших затрат времени. Основным подходом является обеспечение «преемственности» в освоении возможностей LabVIEW путем планомерного перехода от простого к сложному за несколько этапов. Первый этап – это общее знакомство со средой разработки лабораторных виртуальных приборов LabVIEW, как с инструментом прикладного графического программирования, который используется в качестве мощного средства проведения измерений, обработки, представления и анализа данных. На данном этапе студентами осваивается учебный курс по основам LabVIEW, который включен в программу подготовки в двух семестрах по типовой схеме: введение в LabVIEW; создание, редактирование и отладка ВП; создание подприборов; циклы и диаграммы; массивы и графики; структуры; файлы и организация ввода-вывода; настройка ВП; управление прибором. Предусматривается одновременная работа студентов под руководством преподавателя в компьютерных классах. Так как количество рабочих мест значительное, то компьютеры не оснащены DAQ- устройствами и на этом этапе не может производиться сбор данных с внешних источников и отправка данных. Второй этап предусматривает работу на компьютерах, оснащенных DAQ- устройствами. Разделение первого и второго этапов объясняется с одной стороны невозможностью оснащения большого количества компьютеров DAQ- устройствами, а с другой стороны и нецелесообразностью этого вследствие значительных затрат. На этом этапе изучаются основные функции DAQ- устройств: аналого-цифровое преобразование; цифро-аналоговое преобразование; цифровой ввод-вывод; управление счетчиком-таймером. DAQ- устройство, подключенное к компьютеру, позволяет осуществлять сбор данных из реальной электрической цепи и генерирование данных во внешнюю цепь, в качестве которых используются относительно несложные цепи, состоящие из пассивных элементов. На третьем этапе производится подключение к DAQ- устройствам реальных измерительных преобразователей (датчиков), имеющихся на существующих приборах, которыми оснащены лабораторные стенды, что позволяет использовать возможности компьютера по запоминанию, обработке и выводу данных различных экспериментов. Это приборы для определения размеров деталей до и после обработки; приборы для измерения и записи шероховатости и профиля поверхности; приборы для измерения колебаний, вибрации и шума; приборы для определения усилий, давления и многие другие. Перечень лабораторных стендов, которые могут и должны быть модернизированы таким образом, весьма значителен. Такой путь, несмотря на простоту, имеет ряд преимуществ. Во-первых, экономия на большом количестве расходных материалов, так как многие приборы, особенно ранних лет выпуска и повышенной точности, рассчитаны на использование либо специальных чернил (многоканальные быстродействующие самописцы), либо электрографической бумаги (профилографы-профилометры), либо специальных пишущих элементов (сапфировые иглы). Вообще использование любой диаграммной бумаги связано с необходимостью её приобретения и хранения запасов. Во-вторых, представление информации в цифровой или табличной форме позволяет производить её предварительную обработку с целью масштабирования, пересчета величин и координат, нормирования и т.д. Например, при использовании накопителя на магнитной ленте с частотной модуляцией сигнала (многоканальные магнитографы), применялось временное транспонирование сигнала, т.е. запись воспроизводилась на пониженной или повышенной скорости для согласования частотного диапазона сигнала и анализатора спектра, на котором производилась обработка сигнала. В третьих, удобства хранения и обработки информации, которые избавляют от необходимости проведения повторных экспериментов, а в дальнейшем дают возможность создания электронных баз данных, и, на их основе, экспертных систем для принятия решений. Таким образом, на данном этапе, даже без существенного изменения самих лабораторных стендов создаются предпосылки для дальнейшего совершенствования лабораторной базы в целом. Четвертый этап предполагает создание лабораторных комплексов с соответствующей подготовкой программного обеспечения, заменяющего аппаратную реализацию функций по обработке входного сигнала, т.е. подготовку, конфигурацию и отладку необходимого набора виртуальных приборов. В отличие от традиционных специализированных приборов, которые имеют ограниченный набор функций и жесткие диапазоны изменения входных параметров, виртуальные приборы дают возможность выбора и расширения функций за счет использования подприборов и свободного программирования параметров. Рассмотрим процедуру построения амплитудно-фазо-частотной характеристики (АФЧХ) какого-либо элемента системы, например, АФЧХ станка, входящего в замкнутую систему по связи с процессом резания. В этом случае несущая система станка представляется в виде четырехполюсника и необходимо регистрировать сигналы на его входе и выходе, т.е. приложить гармоническую возбуждающую силу определенной амплитуды и частоты между шпинделем и столом и одновременно регистрировать относительное смещение между ними. Отношение между этими величинами в комплексной форме и представляет собой требуемую АФЧХ. Реально процесс измерения, помимо приложения возбуждающей силы, требовал одновременного измерения амплитуды и фазы сигнала относительного смещения, что могло реализовываться различными методами и с использованием разных приборов. При исследовании в низкочастотном диапазоне возможна одновременная запись входного и выходного сигнала на двухканальном самописце с последующей графической обработкой: определением амплитуд двух сигналов и фазового сдвига между ними. Для диапазона звуковых частот выпускались фазочувствительные вольтметры, имеющие два стрелочных показывающих прибора, дающие значение реальной и мнимой составляющих сигнала. В дальнейшем появились анализаторы спектра (в основном амплитудные), которые осуществляли как подачу сигнала возбуждения на вход четырехполюсника, так и анализ сигнала на выходе. Такие приборы имели возможность подключения двухкоординатных самописцев. С помощью виртуальных приборов, входящих в состав LabVIEW, либо создаваемых пользователем, появилась возможность комплексного подхода к решению данного вопроса от преобразования входных сигналов до вывода результатов в требуемой форме и создания отчетов. Пятый этап реализации возможностей LabVIEW предусматривает работу в составе локальной сети, т.е. переход от индивидуальных пользователей к организации коллективного доступа к ресурсам измерительного комплекса. Данный этап самый сложный не только потому, что требует решения сложных технических вопросов, связанных с организацией работы в сети, но и в связи с необходимостью проведения большой организационной работы, во многом выходящей за рамки отдельной кафедры. Перечисленные этапы отражают в целом сущность и содержание отдельных уровней общей структуры внедрения LabVIEW в учебный процесс. В настоящее время на кафедре «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» проводится, в основном, реализация работ третьего этапа и отдельные элементы работ более сложного четвертого этапа, связанные с разработкой, например, измерительных систем испытательных стендов. Работа строится таким образом, что при выборе тем диссертаций для магистров предусматривается использование их результатов в учебном процессе.Оборудование Конкретный состав используемого оборудования разный для каждого из этапов. В целом в состав лабораторных стендов, кроме персональных компьютеров, входят: DAQ карты NI 6024Е (PCI). Система SCXI-1000 на 4 модуля. Модуль SCXI-1530. Модуль SCXI-1102. Модуль SCXI-1302. Модуль SCXI-1303. Модуль SCXI-1180. 8. Система по управлению движением Motion Starter Kit. 9. Система технического зрения Vision Starter Kit на базе PCI-1407. Перечисленное оборудование представляет собой универсальный набор, позволяющий решать большое количество задач по измерениям при минимальных затратах.^ 4. Преимущества технологий National Instruments Рассмотренная структура применения LabVIEW и технологий National Instruments в целом дает возможность по-новому, на более высоком уровне организовать проведение практических и лабораторных работ и научных исследований. Об отдельных преимуществах уже говорилось выше, когда рассматривались конкретные примеры. Основным преимуществом является возможность комплексного решения задач по совершенствованию лабораторной базы «из одних рук», что позволяет наиболее эффективно организовать учебный процесс и научные исследования.