Разработка программно-аппаратного комплекса съема и обработки параметров пьезокерамических преобразователей гидроакустических антенн

Как написать ВКР МУИВ на тему Разработка программно-аппаратного комплекса съема и обработки параметров пьезокерамических преобразователей гидроакустических антенн

Нужна ВКР по этой теме?
Ответим за 10 минут!
Telegram: @Diplomit
Телефон/WhatsApp: +7 (987) 915-99-32, Email: admin@diplom-it.ru

Оформите заказ онлайн: Заказать ВКР МУИВ

Введение

Выпускная квалификационная работа по направлению 09.03.02 «Информационные системы и технологии» — это финальный инженерный проект, демонстрирующий способность студента решать сложные междисциплинарные задачи на стыке аппаратного обеспечения, цифровой обработки сигналов и специализированного программного обеспечения. Тема «Разработка программно-аппаратного комплекса съема и обработки параметров пьезокерамических преобразователей гидроакустических антенн» особенно актуальна в условиях роста требований к точности диагностики и сертификации гидроакустического оборудования для морской техники, подводной робототехники и систем мониторинга. Однако именно она вызывает наибольшие сложности у студентов: требуется глубокое понимание как физических принципов работы пьезоэлементов, так и современных подходов к проектированию измерительных комплексов на базе микроконтроллеров и ПЛИС.

Студенту предстоит разработать полноценный комплекс для ООО «МортехАкустика», включающий аппаратную часть (генератор возбуждающего сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, интерфейс связи) и программное обеспечение для управления измерениями, сбора данных, спектрального анализа и формирования отчетов. Для этого необходимо провести анализ существующих методик измерения резонансных характеристик, спроектировать схему возбуждения и регистрации сигнала, выбрать платформу (Arduino, STM32, Raspberry Pi или ПЛИС), реализовать алгоритмы БПФ и фильтрации, протестировать комплекс на эталонных образцах и обосновать его метрологическую и экономическую эффективность. При этом ошибки в проектировании аналоговой части или игнорирование требований к электромагнитной совместимости могут привести к некорректным измерениям и непринятию работы.

В этой статье вы получите исчерпывающее руководство по структуре ВКР МУИВ по данной теме. Мы последовательно разберем каждый раздел стандарта: от введения до приложений, укажем типичные ошибки, дадим шаблоны формулировок и примеры таблиц. После прочтения вы поймете реальный объем работы — и сможете принять взвешенное решение: выполнять проект самостоятельно или доверить его профессионалам, которые уже успешно защитили десятки подобных работ для студентов МУИВ.

Нужна ВКР по этой теме?
Ответим за 10 минут!
Telegram: @Diplomit
Телефон/WhatsApp: +7 (987) 915-99-32, Email: admin@diplom-it.ru

Оформите заказ онлайн: Заказать ВКР МУИВ

Стандартная структура ВКР МУИВ по 09.03.02: детальный разбор по главам

ВВЕДЕНИЕ

• Назначение: Обосновать выбор темы, сформулировать цель и задачи работы, определить объект и предмет исследования.
• Содержание:
  • Актуальность темы в современных условиях
  • Объект и предмет исследования
  • Цель и задачи работы (4–6 конкретных задач)
  • Структура работы (краткое описание глав)
• Сложности: Расплывчатая формулировка актуальности, несоответствие задач цели, отсутствие четкой структуры.
• Рекомендации: Начинать с общих тенденций в гидроакустике и контрольно-измерительной технике, затем переходить к конкретной проблеме в ООО «МортехАкустика». Задачи должны логически вытекать из цели.
• Шаблон: «Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения точности и автоматизации процесса съема резонансных и антирезонансных характеристик пьезокерамических преобразователей гидроакустических антенн за счет разработки специализированного программно-аппаратного комплекса, соответствующего требованиям ГОСТ Р 8.623-2006...»

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1 АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

1.1 Анализ подразделения контроля качества ООО «МортехАкустика»

1.1.1 Дерево бизнес-направлений организации

• Назначение: Визуализировать структуру организации и выделить подразделение, отвечающее за автоматизируемый процесс.
• Содержание: Иерархическая схема направлений деятельности компании.
• Сложности: Отсутствие реальных данных о внутренней структуре.
• Рекомендации: Использовать информацию с официального сайта компании или условные данные.
• Пример: [Здесь приведите схему: Генеральный директор → Технический директор → Отдел контроля качества → Лаборатория гидроакустики]

1.1.2 Сопоставление бизнес-процессов и критических факторов успеха организации

• Назначение: Выявить приоритетные для автоматизации бизнес-процессы.
• Содержание: Матрица сопоставления процессов и факторов успеха, матрица ранжирования.
• Сложности: Неправильное определение критических факторов успеха (например, вместо «точность измерения» указывают «скорость»).
• Рекомендации: Использовать методику CSF, ориентируясь на миссию компании и требования нормативных документов.
• Шаблон таблицы:

  Бизнес-процесс	Точность	Повторяемость	Соответствие ГОСТ	Ранг
  Съем параметров пьезоэлементов	Высокая	Высокая	Высокая	1
  Формирование паспорта изделия	Средняя	Высокая	Высокая	2

1.1.3 Анализ структуры и нормативной документации подразделения

• Назначение: Изучить регламенты, регулирующие выбранный бизнес-процесс.
• Содержание: Описание организационной структуры, должностных инструкций, регламентов.
• Сложности: Отсутствие доступа к внутренним документам.
• Рекомендации: Использовать публичные документы: ГОСТ Р 8.623-2006, ТУ на пьезокерамику, внутренние методики (условные).

1.2 Моделирование бизнес-процесса

1.2.1 Моделирование "КАК ЕСТЬ"

• Назначение: Детально описать текущее состояние бизнес-процесса.
• Содержание: Диаграммы в нотациях:
  • IDEF0 (обязательно с декомпозицией)
  • DFD
  • Диаграмма активностей (UML/BPMN)
  • Матрица распределения ответственности
• Сложности: Неправильное использование нотаций, отсутствие декомпозиции в IDEF0.
• Рекомендации: Для каждого элемента диаграммы давать подробное текстовое описание.
• Пример: [Ссылка на рисунок 1.3 — IDEF0 диаграмма процесса «Ручной съем резонансной характеристики пьезоэлемента»]

1.2.2 Моделирование процесса "КАК ДОЛЖНО БЫТЬ"

• Назначение: Разработать оптимизированную версию процесса.
• Содержание:
  • Оценка проблемности процесса (по таблице 1.3)
  • Цели и ключевые показатели улучшения (KPI)
  • Оптимизированная модель в той же нотации, что и "КАК ЕСТЬ"
• Сложности: Отсутствие конкретных методов оптимизации.
• Рекомендации: Использовать методы: автоматизация возбуждения, цифровая регистрация, спектральный анализ в реальном времени.
• KPI примеры: Погрешность измерения, время одного замера, количество операторских ошибок.

1.3 Анализ рынка программного обеспечения для автоматизации бизнес-процесса

• Назначение: Изучить аналоги разрабатываемой системы.
• Содержание: Обзор 3–5 систем-аналогов: Keysight Impedance Analyzer, NI LabVIEW с модулями DAQ, собственные комплексы ЦНИИ «Морфизприбор», кастомные решения на Arduino/STM32.
• Сложности: Путаница со средствами разработки (это отдельный раздел 1.5).
• Рекомендации: Анализировать именно готовые решения для измерения импеданса пьезоэлементов.
• Шаблон таблицы:

  Система	Производитель	Функционал	Стоимость
  Keysight E4990A	Keysight	Импедансный анализ, до 120 МГц	От 5 млн руб.
  NI cDAQ + LabVIEW	National Instruments	Гибкая настройка, ПО	От 500 000 руб.
  Кастомный комплекс на STM32	—	Специализированный, низкая стоимость	От 50 000 руб.

1.4 Анализ стейкхолдеров и их требований к разрабатываемой системе

• Назначение: Выявить всех заинтересованных лиц и их потребности.
• Содержание: Перечень стейкхолдеров: инженеры-испытатели, метрологи, конструкторы, руководство.
• Сложности: Неполный охват заинтересованных сторон.
• Рекомендации: Использовать матрицу заинтересованных сторон.

1.5 Выбор средств разработки

• Назначение: Обосновать выбор технологического стека.
• Содержание:
  • Анализ требований (частотный диапазон, разрешение АЦП, скорость)
  • Сравнительный анализ платформ (Arduino vs STM32 vs Raspberry Pi vs ПЛИС)
  • Обоснование выбора конкретных средств
• Сложности: Смешение с разделом 1.3 (аналоги систем).
• Рекомендации: Приводить таблицы сравнения по критериям: частота дискретизации, разрядность АЦП, поддержка DSP-операций, стоимость.

1.6 Техническое задание на разработку корпоративной информационной системы

• Назначение: Формализовать требования к системе.
• Содержание: ТЗ по ГОСТ 34.602-2020 (выносится в Приложение 1).
• Сложности: Несоблюдение структуры ГОСТ.
• Рекомендации: Строго следовать разделам ГОСТ: общие сведения, требования к системе, порядок контроля.

1.7 Выводы по разделу

• Назначение: Подвести итоги аналитической части.
• Содержание: Краткие выводы по каждому подразделу, обоснование необходимости разработки комплекса.

ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА

2.1 Структурирование требований к разрабатываемой системе

2.1.1 Логическое моделирование данных

• Назначение: Определить функциональные требования к системе.
• Содержание:
  • UseCase диаграмма (UML): актеры — оператор, метролог, система
  • Диаграмма последовательности: сценарий «Проведение измерения резонансной частоты»
  • Диаграмма функций
• Сложности: Неправильное выделение актеров и прецедентов.
• Рекомендации: Для каждой диаграммы давать подробное описание.

2.1.2 Конструирование модели данных

• Назначение: Разработать структуру хранения результатов измерений.
• Содержание:
  • ER-диаграмма: сущности «Пьезоэлемент», «Измерение», «Параметр», «Отчет»
  • Диаграмма классов (UML)
  • Диаграмма состояний (опционально)
• Сложности: Неправильная нормализация, отсутствие описания связей.
• Рекомендации: Подробно описать каждую сущность, атрибуты, связи, особенно единицы измерения и погрешности.

2.2 Разработка программного обеспечения

2.2.1 План разработки ПО

• Назначение: Спланировать этапы разработки.
• Содержание: Таблица или диаграмма Ганта с этапами, сроками, ответственными.
• Сложности: Нереалистичные сроки.
• Рекомендации: Учитывать время на калибровку и метрологическую аттестацию.

2.2.2 Frontend-разработка

• Назначение: Описать интерфейс системы.
• Содержание: Описание интерфейса: главное окно с графиком АЧХ/ФЧХ, панель управления (частота, амплитуда), таблица параметров, экспорт отчета.
• Сложности: Игнорирование требований к отображению научных данных.
• Рекомендации: Не использовать макеты из преддипломной практики.

2.2.3 Backend-разработка

• Назначение: Описать серверную/встроенную часть системы.
• Содержание: Описание архитектуры: микроконтроллер (STM32), генератор сигнала (DDS), АЦП (24 бита), алгоритмы БПФ, калибровка.
• Сложности: Излишняя детализация кода обработки сигнала.
• Рекомендации: Показать связь интерфейса с кодом, привести ключевые фрагменты (например, расчет резонансной частоты).

2.2.4 Разработка модели доступа к данным

• Назначение: Описать систему разграничения прав.
• Содержание: Модель ролей: оператор (запуск измерений), метролог (калибровка, экспорт), администратор (настройка оборудования).
• Сложности: Неполное описание функционала для разных ролей.
• Рекомендации: Таблица с ролями и разрешениями.

2.2.5 Тестирование разработанного ПО

• Назначение: Оценить качество системы.
• Содержание: Методы тестирования: метрологическая проверка, сравнение с эталонным прибором, нагрузочное тестирование.
• Сложности: Повторение отчета из преддипломной практики.
• Рекомендации: Кратко описать процесс, методы, результаты.

2.2.6 План внедрения и развертывания ПО

• Назначение: Спланировать внедрение системы.
• Содержание: План с этапами, сроками, ответственными (таблица/диаграмма Ганта).
• Сложности: Отсутствие этапа обучения персонала и калибровки.
• Рекомендации: Включить этап метрологической аттестации комплекса.

2.3 Руководства администратора и пользователя

• Назначение: Подготовить документацию для эксплуатации.
• Содержание: Руководства по РД 50-34.698-90 (выносятся в Приложения 3,4).
• Сложности: Несоблюдение структуры ГОСТ.
• Рекомендации: Разделить на руководство администратора (монтаж, калибровка) и пользователя (работа с комплексом).

2.4 Выводы по главе 2

• Назначение: Подвести итоги проектной части.
• Содержание: Краткие выводы по проектированию и разработке.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3 ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ РАЗРАБОТКИ ИС

3.1 Расчет затрат на разработку ИС

• Назначение: Определить затраты на создание системы.
• Содержание: Методика расчета (TCO - совокупная стоимость владения).

3.2 Выбор и обоснование методики расчёта экономической эффективности

• Назначение: Обосновать выбранный метод оценки.
• Содержание: Описание методики REJ (Rapid Economic Justification) или аналогов.

3.3 Оценка затрат на разработку и внедрение АИС

3.3.1 Затраты на этапе разработки информационной системы

• Содержание: Оборудование (платы, датчики, АЦП), ПО, оплата труда, начисления, прочие расходы.
• Формула: Оплата труда = Σ(T_i * R_j)

3.3.2 Затраты на этапе внедрения

• Содержание: Калибровка, обучение персонала, метрологическая аттестация.

3.3.3 Затраты на этапе эксплуатации

• Содержание: Техобслуживание, поверка, замена компонентов.

3.4 Эффект от внедрения АИС

• Назначение: Определить положительные изменения от внедрения.
• Содержание: Примеры эффектов: снижение стоимости одного измерения, повышение точности, сокращение времени испытаний, соответствие требованиям ГОСТ.

3.5 Экономический эффект

• Назначение: Рассчитать прямой экономический результат.
• Содержание: Снижение расходов (замена дорогостоящего оборудования), рост производительности лаборатории.
• Формула: Эффект = Стоимость ресурсов до - Стоимость ресурсов после

3.6 Социальный эффект

• Назначение: Оценить нематериальные выгоды.
• Содержание: Повышение квалификации персонала, улучшение условий труда.

3.7 Научный эффект

• Назначение: Выявить научные достижения.
• Содержание: Внедрение новых методов цифровой обработки сигналов в гидроакустике.

3.8 Организационный эффект

• Назначение: Оценить улучшения в управлении.
• Содержание: Повышение управляемости процессом контроля качества, качества принимаемых решений.

3.9 Эффективность внедрения АИС (ПО ПРИМЕРУ)

• Назначение: Рассчитать показатели эффективности.
• Содержание: NPV, IRR, ROI, срок окупаемости.
• Формула: NPV = -IC + Σ(CF_t/(1+i)^t)

3.10 Расчёт показателей экономической эффективности проекта (ПО ПРИМЕРУ)

• Назначение: Практический расчет на примере.
• Содержание: Подробный расчет по методике REJ (5 шагов).

3.11 Выводы по главе 3

• Назначение: Подвести экономические итоги.
• Содержание: Оценка целесообразности, экономической эффективности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

• Назначение: Обобщить результаты работы.
• Содержание: Краткое изложение результатов по каждой главе, подтверждение достижения цели, практическая значимость.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• Назначение: Оформить использованные источники.
• Содержание: 15–20 источников по ГОСТ Р 7.0.100-2018: ГОСТ Р 8.623-2006, книги по пьезоэлектричеству (Мейер, Берлинкурт), руководства по STM32, стандарты проектирования ИС.
• Рекомендации: Использовать монографии, статьи, стандарты, интернет-ресурсы с указанием даты обращения.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Техническое задание на разработку программно-аппаратного комплекса съема и обработки параметров пьезокерамических преобразователей гидроакустических антенн для ООО «МортехАкустика»

• Содержание: Текст ТЗ по ГОСТ 34.602-2020 со всеми разделами.

Приложение 2. Исходный код "Авторизация"

• Содержание: Фрагменты кода с комментариями (генерация сигнала, БПФ).
• Рекомендации: Добавить ссылку на Git-репозиторий.

Приложение 3. Руководство администратора программно-аппаратного комплекса

• Содержание: Руководство по установке, калибровке, настройке.

Приложение 4. Руководство пользователя программно-аппаратного комплекса

• Содержание: Руководство по проведению измерений и интерпретации результатов.

Готовые инструменты и шаблоны для темы «Разработка программно-аппаратного комплекса съема и обработки параметров пьезокерамических преобразователей гидроакустических антенн»

Шаблоны формулировок:

• «Целью работы является разработка программно-аппаратного комплекса съема и обработки параметров пьезокерамических преобразователей гидроакустических антенн для ООО «МортехАкустика», обеспечивающего автоматизированный, точный и метрологически аттестованный контроль резонансных характеристик в соответствии с ГОСТ Р 8.62