Автоматизація дослідження прототипів систем безпеки. Досвід R&D-команди Ajax Systems

Ajax Systems — розробник і виробник систем безпеки. У продуктовій лінійці компанії є бестселери, які вже давно на ринку і добре продаються. Разом з тим, постійно ведеться робота над новими специфічними моделями датчиків. Цим і займається внутрішній R&D відділ, який складається з чотирьох команд: System, Devices, Automation та QA.

У цій статті я розкажу про те, як за допомогою досить простих технологій ми вирішили складну бізнес-задачу — автоматизацію дослідження прототипів на етапі розробки. Бо нам важливо знати не лише сам факт того, виконує він задачу чи ні, а й чітко виміряти його характеристики.

Загальний підхід до розробки нового пристрою

У процесі розробки hardware-частини кожного нового пристрою залучені схемотехніки, інженери-конструктори, розробники. Зазвичай він відбувається такими етапами:

1 етап — дослідження

Детально вивчаємо, які характеристики повинен мати майбутній прилад, які технології у новому рішенні можемо використати, які типові для ринку рішення будуть у нагоді, досліджуємо ті компоненти, з якими раніше не мали справи. Це триває близько місяця.

2 етап — прототипування

Ми оцінюємо життєздатність ідеї, виробляємо перший прототип і досліджуємо його роботу в реальних умовах. На це виокремлюємо кілька місяців.

3 етап — доопрацювання прототипу згідно з результатами дослідження

Поступово замінюємо невдалі, ненадійні і складно контрольовані рішення на більш практичні. Таким чином формуємо готовий продукт. Процес може тривати до кількох місяців, залежно від результатів попереднього етапу.

Значну увагу приділяємо підготовці для майбутніх сертифікацій і перевірок на відповідність приладу міжнародним стандартам, які накладають багато обмежень. Тому робочий прототип не завжди дорівнює готовому девайсу.

Наприклад, наші девайси повинні мати сертифікацію з електромагнітної сумісності, яка підтверджує те, що вони можуть витримати певний рівень електромагнітного опромінення, а випромінювання від них самих знаходиться в допустимих межах. З цієї перспективи наша робота побудована так:

  • Досягаємо такої роботи приладу, як нам потрібно, при цьому намагаємося врахувати ті проблеми, які потенційно можуть виникнути, коли він проходитиме сертифікацію.
  • На практиці одразу не виходить врахувати все, тому зазвичай прилад не проходить сертифікацію з першого разу. Відповідно, ми мусимо допрацювати ті моменти, які цьому завадили.

Сертифікації — це елемент контролю, який допомагає нам бути впевненими в якості і правильності приладів Ajax для ринку.

Розробка нового девайса — це складна робота, яка вимагає експериментів і креативного підходу. Адже попри те, що загалом наші прилади працюють за схожим принципом, щоразу є певні специфічні умови для роботи, технічні характеристики і задачі, які потрібно вирішити (наприклад, робота на вулиці в різних кліматичних зонах). Відповідно, потрібно спеціально розраховувати і підбирати оптику.

Розробка в розробці. Розв’язання маленької задачі в рамках R&D-розробки

Два роки тому ми працювали над створенням датчика для охорони зони біля вікна MotionProtect Curtain. Ідея була в тому, щоб у той час, коли в приміщенні перебувають люди, датчики охороняли його від проникнення зловмисників через вікна, контролюючи лише вузькі зони над підвіконням.

Такий девайс має бути дуже компактним, тому традиційна оптика, яку ми застосовуємо на інших датчиках, тут не підходить. Довелося розраховувати і розробляти кастомну дзеркальну оптику саме під цей датчик. Відповідно, ми стикнулися з проблемою відсутності інструментів для дослідження характеристик прототипів цієї оптики, оскільки наші рішення конкретно для цього девайсу не спрацьовували. Адже зазвичай ми перевіряємо нові пристрої в різних екстремальних умовах: імітуємо рухи людей і тварин, відтворюємо складні погодні умови, перепади температур, влаштовуємо контрольовані пожежі та затоплення.

Така мануальна перевірка прототипів систем безпеки є загальноприйнятою. Цей підхід є робочим, однак має значний недолік — він показує лише сам факт, що пристрій виконує/не виконує поставлену задачу, при цьому ми не можемо отримати точні технічні характеристики роботи прототипа в цифрах і перевірити, наскільки вони відповідають симуляції. Конкретно у випадку з девайсом MotionProtect Curtain це було б критичним недоліком, оскільки для нього ми розробляли власну оптику.

А враховуючи те, що системи безпеки мають підвищені вимоги до надійності та стабільності роботи, повноцінне вивчення технічних характеристик — це один з критично важливих етапів розробки. Тому вирішення цієї проблеми стало одним з головних завдань для R&D у рамках розробки пристрою MotionProtect Curtain.

Для автоматизації цього процесу і отримання більш точних даних про роботу прототипу ми розробили спеціальний пристрій — 3D-сканер, який автоматично виконує механічну розгортку теплового випромінювання і формує текстовий файл з даними і координатами.

Загальний принцип роботи сканера

Фото

Прототип, який потрібно дослідити, обладнується точковим інфрачервоним сенсором, який сприймає і вимірює рівень теплового випромінювання у навколишньому середовищі. Далі цей прототип з датчиком тепла встановлюється на рухомий кронштейн, який разом з точковим джерелом тепла знаходиться в теплоізолюючій коробці. Цей кронштейн має два ступені свободи і обертається на 180 градусів у двох площинах. Таким чином для сканера/камери прототипа формується поле огляду у вигляді півсфери.

З протилежного боку від кронштейна з датчиком розташоване точкове джерело тепла. Воно закривається спеціальним екраном, що блокує теплове випромінювання на шляху до датчика, залишаючи по центру лише маленьке вікно, через яке може проходити випромінювання так, щоб датчик міг спостерігати/вловлювати чітку теплову точку на фоні теплоізолюючого покриття камери. Це — опорне джерело, температура якого підтримується на потрібному рівні.

Сам процес дослідження виглядає так:

Кроковий двигун рухає кронштейн, який калібрує початкову точку вимірів і починає сканування, «попіксельно» рухаючись спочатку в одній площині, а досягаючи її меж — переходить в іншу.

Вісь оберту пристрою розташовується в центрі датчика, що тестується. Відповідно, «гаряча точка» (тобто точкове джерело теплового випромінювання), що знаходиться з протилежного боку від камери, об`їжджає пристрій, обертаючись по півсфері, фіксуючи рівень теплової енергії, який вловлює сенсор в кожній точці. Так ми отримуємо дані в полярній системі координат — кут в одній площині, кут в іншій площині, і рівень вловленого сенсором теплового випромінювання у цьому напрямку.

Зі сканера ці дані зберігаються в окремому файлі у текстовому форматі. Далі їх можна опрацювати і візуалізувати, використовуючи такі інструменти як GNUplot чи MathLab. Але ми поступово пишемо під це окремий софт, щоб отримати ширший функціонал, а також, щоб навіть ті інженери, які тими інструментами не володіють, могли вільно використовувати сканер.

Без віднімання «фону»

З відніманням «фону»

Окремо для кожного з піросенсорів

Що нам це дало?

Головна перевага, яку нам дає цей сканер — можливість чітко побачити і виміряти розподілення зон фокусування в тепловому інфрачервоному спектрі. Жоден інший метод дослідження не дозволяє цього зробити. Наприклад, побачити тепло можна і тепловізором, але він не має можливості отримати діаграму направленості лінзи чи системи дзеркал.

Якщо говорити про недоліки, то це використання механічної розгортки для сканування і, як наслідок, повільний темп дослідження прототипів. Хоча на цьому етапі, враховуючи тип задач, які зараз стоять перед цим приладом, це не є значною проблемою.

Ця розробка допомагає автоматизувати нашу роботу, робить її більш наукомісткою, повторюваною і прогнозованою. Зараз ми постійно використовуємо сканер в роботі R&D департаменту для двох типів задач:

  • тестуємо нові зразки нашої продукції;
  • вивчаємо зразки оптики сторонніх виробників.

Це значно спрощує нашу роботу. Серед планів щодо вдосконалення сканера — доопрацювання софта. Це знизить поріг входження і спростить роботу з девайсами для нових дослідників, а також пришвидшить роботу приладу і процесу дослідження нових датчиків.

Якщо підсумувати, то робота R&D відділу далека від виконання чітких ТЗ. Перед нами стоять специфічні задачі, які обумовлені вимогами до продукту. Відповідно, не завжди підходять стандартні рішення, які є на ринку. Доводиться самостійно шукати шляхи вирішення.

Розробка девайсу, про який я розказав у статті, це приклад того, що іноді нам потрібно виходити за межі і додавати елемент творчості у роботу. Адже сама технологія, яку ми тут використали, не є новою, але ми її адаптували до теплового зображення. Наше ключове досягнення — це нове застосування існуючої технології у реальних комерційних цілях.

👍НравитсяПонравилось4
В избранноеВ избранном0
LinkedIn
Допустимые теги: blockquote, a, pre, code, ul, ol, li, b, i, del.
Ctrl + Enter
Допустимые теги: blockquote, a, pre, code, ul, ol, li, b, i, del.
Ctrl + Enter

Здавалося б — Ajax Systems.
Але тішить, шо стаття написана державною мовою.
Дякую. Пишіть ще!

Leadshine DM860, щоб крутити таку крохотулю... по-бахатому )

Собирали из того что на складе завалялось.

Он стоит как пара часов работы инженера

Та да, я с точки зрения хоббийщика написал.

Подписаться на комментарии