CC BY
53
13. Власов А.И., Журавлева Л.В., Тимофеев Г.Г. МЕТОДЫ ГЕНЕРАЦИОННОГО ВИЗУАЛЬНОГО СИНТЕЗА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ОБЛАСТИ МИКРО-/НАНОСИСТЕМ // Научное обозрение. 2013. № 1. С. 107-111.
14. Власов А.И. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ЭВОЛЮЦИИ МЕТОДОВ ВИЗУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ // Датчики и системы. 2013. № 9 (172). С. 10-28.
15. Папулин, С.Ю. ПОИСК ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПО СЕМАНТИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ // Программные продукты и системы. - 2011. - №1. - С. 10-16.
16. Евстифеев A.A. Модели минимизации направленного ущерба транспортной системы при отсутствии информации / A.A. Евстифеев, Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2009. № 11. С. 137-145.
17. Тимошкин А.Г., Власов А.И. О СТРАТЕГИИ И ТАКТИКЕ МАРКЕТИНГОВОЙ ПОЛИТИКИ МНОГОПРОФИЛЬНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ФИРМЫ // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 1996. № 9. С. 59-61.
УДК: 681.3.06
Ганев Ю.М., Карпунин А.А., Сергеева Н.А.
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ RFID В КОНЦЕПЦИИ «БЕРЕЖЛИВОГО ПРОИЗВОДСТВА»
В работе рассмотрены особенности применимости RFID технологий для сквозного контроля качества в условиях внедрения синхронных технологий управления производственными системами. Рассмотрены вопросы повышения качества и эффективности производственных процессов современного предприятия, реализующего концепцию «Бережливого производства». Обоснована необходимость идентификации потерь, приводящих к неоправданным затратам, средствами RFID технологий. Основное внимание уделено реализации методов повышения качества продукции, процессов и конкурентоспособности предприятия в целом за счет внедрения RFID технологий. Материал будет полезен руководителям производственных отделов и руководителям отдела управления качеством. Ключевые слова:
системный анализ, бережливое производство, информационная модель, визуальное моделирование, RFID технологии.
Введение
Концепция «Бережливого производства» представляет собой определенный подход к управлению предприятием, целью которого является минимизация или полное устранение потерь и, как следствие, улучшение качества выпускаемой продукции и рабочих процессов [1]. Потерями в методологии «Бережливого производства» считаются любые действия, не добавляющие ценности конечному продукту. Работа над минимизацией потерь в конечном итоге приводит к снижению себестоимости продукта и повышению эффективности предприятия в целом.
Концепция «Бережливого производства» включает в себя комплекс технических мер, необходимых для оптимизации производственных процессов. Одной из мер первостепенной важности является использование средств идентификации, позволяющих учитывать и контролировать объекты, снизив при этом вероятность ошибки при вводе данных по причине человеческого фактора [2 - 4].
Наиболее популярными средствами идентификации объектов являются штрих-коды, радиочастотные метки, биометрические средства (рисунок 1).
Рисунок 1 - Средства идентификации объектов
При использовании штрих-кодов данные об объекте кодируются в формате, воспринимаемом информационной системой управления. Одномерный штрих-код представляет собой последовательный набор вертикальных полос разной толщины, идентифицируемый как последовательность символов после считывания специальным сканером. Двумерный штрих-код кодирует данные как вертикальными, так и горизонтальными штрихами, что позволяет значительно увеличить объем закодированной информации [4].
В производственных системах учета широко используются QR-коды (Quick Response - быстрый отклик). QR-коды являются разновидностью двумерных штрих-кодов, обладающей повышенной емкостью и возможностью коррекции ошибок, вызванных повреждениями QR-кода. Максимальный объем информации, хранимой в QR-коде: 7089 цифр, 4296 цифр и латинских букв, 2953 байт двоичного кода. QR-коды нашли свое применение в торговле, логистике, рекламе.
1 Анализ RFID- технологий
Для обеспечения контроля, учета, идентификации объектов в последнее время все большее распространение получают RFID технологии. RFID (Radio-Frequency Identification) - технология маркирования объектов с помощью радиочастотной идентификации [5-7].
Считается, что технология RFID берет свое начало в 40-е года 20-го столетия [4]. Система радиочастотной идентификации использовалась для обнаружения военной техники на сравнительно небольшом расстоянии - 3-5 км. Существенным недостатком такой системы являлось то, что возможность отличить военную технику противника от военной техники союзников отсутствовала.
Позже была разработана технология «свой-чу-жой», что позволяло быстро идентифицировать военную технику и оперативно принять необходимые решения.
Схема работы системы «свой-чужой»:
Зашифрованная информация передается с военной базы на единицу техники.
Установленный на единицу военной техники блок производит вычисления и отправляет результаты обратно.
Если результат вычисления совпал с эталонным, единица техники идентифицируется как «своя», в противном случае как «чужая».
В общем случае, современная RFID система состоит из передатчика и приемника информации. Системы радиочастотной идентификации призваны снизить трудоемкость следующих стандартных операций:
отслеживание местоположения объекта на небольших расстояниях;
учет повторяющихся операций для дальнейшего статистического анализа;
контроль доступа в помещения и здания;
обеспечение идентификации для разграничения доступа к информации и многих других.
В отличие от системы считывания штрих-кодов, RFID технология позволяет осуществить быстрый обмен информации без необходимости установления контакта между источником и считывателем. Такая возможность позволяет сократить ручной труд,
BARCODE
что, несомненно, сказывается на скорости выполнения работы, снижает вероятность возникновения ошибок, обусловленных человеческим фактором.
Функцию хранения информации и обмена с централизованной системой управления выполняют
RFID-метки (RFID-тэги) - миниатюрные устройства, состоящие в простейшем случае из микрочипа и ан-
Получея нын сигчал
Рисунок 2
Устройство RFID-системы
Микрочип ЯПО-метки представляет собой интегральную схему, осуществляющую такие операции, как модулирование и демодулирование сигнала и хранение информации.
Антенна выполняет функцию приема и передачи данных между ЯПО-меткой и считывателем информации. Расстояние между приемником и передатчиком информации варьируется от 20 сантиметров до 300 метров в зависимости от типа питания ЯПБ-метки.
Типичный считыватель информации — это устройство, имеющее одну или более антенны, которые излучают радиоволны и принимают сигналы от ЯПБ-метки.
ЯПБ-метки классифицируются по типу источника питания как активные и пассивные. Активные ЯПБ-метки имеют встроенную батарею, что существенно увеличивает рабочую зону, позволяет снабдить метку усложненным функционалом.
Рисунок 2 - Классификация RFID-меток
Пассивные RFID-метки встроенной батареи не имеют и питаются от магнитного поля, сгенерированного считывателем. Такие метки работают следующим образом:
В RFID-метке хранится информация, которую необходимо считать.
Антенна метки получает электромагнитную энергию от RFID-считывателя.
Микрочипом метки производятся необходимые операции подготовки, обработки и отправки информации.
Считыватель получает необходимую информацию, интерпретирует и отправляет в систему управления данными.
По типу памяти метки можно разделить на Readonly (только чтение) (данные записываются однократно на заводе-изготовителе, в дальнейшем с данной меткой можно провести только операцию чтения), Write once read many (однократно записываемая) (данные метки дополнительно поддерживает однократную запись, после проведения которой доступной остается только операция чтения) и Read-Write (многократно записываемая) (такие метки поддерживают многократные циклы чтения и записи информации).
По рабочей частоте: LF - низкочастотные ~130КГц, HF - высокочастотные ~14МГц, UHF - ультравысокочастотные ~900МГц.
По сравнению с RFID-метками штрих-коды обладают следующими недостатками:
необходимость нахождения штрих-кода в зоне прямой видимости считывателя;
невозможность одновременного считывания большого количества объектов;
недолговечность штрих-кода. Незначительное механическое повреждение приведет штрих-код в негодность.
Технология RFID решает все вышеперечисленные проблемы и позволяет:
производить считывание информации на большом расстоянии вне зависимости от пространственного ориентирования объекта;
считывать информацию одновременно с практически неограниченного числа объектов;
выполнять операции в неблагоприятных климатических условиях без ухудшения качества обнаружения объектов.
2 Области применения RFID- технологий Технологии RFID являются удобным инструментом контроля выполнения операций и отслеживания выпуска продукции в приборостроении [7-9]. Информация о выполненной операции или изготовленной единице продукции мгновенно поступает в системы контроля и управления, что позволяет оперативно оценивать текущий прогресс, упрощает процесс
принятия решении, значительно сокращает ручной человеческий труд, а значит, экономит время и деньги автомобилестроительного предприятия.
Например, сборочные заводы Toyota используют RFID-тэги для учета и контроля заполнения фургонов для транспортировки готовых автомобилей, таким образом осуществляя функции учета, анализа и планирования производства и доставки продукции. Можно констатировать, что RFID технологии находят применение на всех этапах жизненного цикла изделий [11, 12].
Рисунок 3 - Области применения RFID
Системы автоматической идентификации автотранспорта также построены на базе технологии КПБ. Это позволяет решать проблемы по организации систем контроля, оплаты проезда, организации учета автомобильного транспорта.
Данные системы удобны для автомобилистов тем, что нет необходимости в покидании автомобиля: сканирование происходит дистанционно. Чаще всего для данной сферы применяются пассивные не требующие дополнительного питания КЕЮ-метки и считыватели с относительно небольшой дальностью действия.
В сфере безопасности и контроля доступа технология КПБ получила повсеместное распространение благодаря простоте проведения процедуры идентификации, возможности защитить информацию на КЕЮ-метке от копирования, что предотвращает шанс утечки и кражи информации [13].
Контрольно-пропускные пункты всего мира оборудованы системами бесконтактного считывания информации, обнаружения, отслеживания предметов и людей, перемещающихся по охраняемой территории.
Отдельные системы позволяют распознавать сотрудников и соответствующие им права доступа без необходимости извлечения пропусков. Такие системы обеспечивают надежный и быстрый процесс идентификации личности, дополнительно экономя время службы безопасности.
Задачи, решаемые с помощью технологий КПБ в сфере логистического учета: организация учета товара, контроль за перемещением продукции по складу, сокращение затрат на обслуживание склада, уменьшение количества ошибок персонала, а иногда и полное исключение человеческого фактора.
В сфере складского учета наиболее часто встречаются следующее оборудование - мобильные считыватели информации, стационарное оборудование, например, ворота с КЕЮ-считывателем, «умные полки» и так далее.
КЕЮ-считыватели размещают на стационарных постах, на которых устанавливается блок антенн и считыватель, погрузчиках, на которые также монтируются антенны, стационарных терминалах сбора данных, ручных терминалах сбора данных с антенной.
Достигаемые с помощью технологии КПБ результаты по увеличению скорости работы в целом, повышение уровня безопасности, приобретение возможности проведения сложного статистического
анализа с минимальными усилиями, затраченными на сбор, группировку и обработку сведений. Заключение
Существенным ограничением в распространении технологии ЯЕ^ является стоимостной фактор -стоимость меток. Поэтому ЯЕ^ метками предпочитают маркировать либо дорогостоящие товары, либо объекты, постоянно находящиеся на складе.
До недавнего времени рост популярности ЯЕ^-меток сдерживало то, что они сами, а также соответствующее оборудование для маркировки и учета товара имели большие размеры и стоимость. На данный момент проблема стоимости постепенно решается. Стоимость КЕЮ-меток сокращается, благодаря чему они проникают в самые различные сферы деятельности человека.
Исследователями университета Амстердама была разработана ЯЕ^-метка, зараженная вирусом. Это доказало, что, несмотря на крайне малый объем памяти микросхем КЕЮ-меток, они подвержены вирусным атакам. Проблема состоит не только в том, что зараженная ЯЕ^-метка выдает некорректную информацию. Считывание при прохождении через специальные сканирующие ворота может нарушить работу базы данных, обрабатывающей информацию. КЕЮ-метка может быть заражена вирусом, который затем поразит базу данных, используемую программным обеспечением ЯЕ^. Из базы данных вирус легко может распространиться на остальные КПБ-метки.
Поскольку считать информацию с КЕЮ-меток можно на расстоянии в несколько метров, они представляют прямую угрозу для информационной безопасности и конфиденциальности. Поэтому критики КПБ считают, что распространение технологии может привести к недопустимому вторжению в частную жизнь.
Необходимость внедрения технологии КПБ часто обуславливается тем, что на определенном этапе развития предприятия ручной сбор идентификационной информации, необходимой для принятия управленческих решений, является слишком трудным или дорогим.
Разработка производственной системы, использующей технологию КПБ для идентификации объектов, требует введения единой системы обработки и хранения информации, единого кодификатора, оборудования для считывания КЕЮ-меток, оборудования для кодирования КПБ меток.
Разработка стратегии интеграции технологии КПБ включает в себя следующие шаги:
определить единицу хранения, маркируемую с помощью КЕЮ-меток;
разработать единый кодификатор для учитываемых объектов;
определить производственные процессы, затрагиваемые при внедрении технологии КПБ;
подготовить регламенты для модифицированных производственных процессов с учетом внедренной технологии КПБ;
подобрать необходимое программное и аппаратное обеспечение;
развернуть единую систему обработки и хранения информации;
промаркировать изделия; обучить персонал.
Так как процесс внедрения технологии КПБ зачастую длится значительный период времени и связан со значительными финансовыми затратами, часто в первую очередь запускают пилотный проект, охватывающий часть технологических процессов предприятия и проводимый специально выделенной командой. Цель данного пилотного проекта - оценить целесообразность внедрения технологии КПБ, выявить трудности, с которыми можно столкнуться на этапе введения технологии КПБ в промышленную эксплуатацию, минимизировать риски.
Положительные эффекты от внедрения КПБ на предприятии:
сокращение расходов на учетные операции за счет их автоматизации
возможность оперативного контроля движения товарно-материальных ценностей, производственных операций позволяет повысить прозрачность и управляемость технологических процессов
контроль и разграничение доступа для персонала приводит обеспечению повышенного уровня безопасности
Технология RFID, распространение которой растет с каждым днем, способна значительным образом автоматизировать процессы производства, хранения и реализации продукции. В то же время тех-
нология предлагает сотрудникам предприятий, автомобилистам, посетителям розничных магазинов высокий уровень комфорта при минимальных трудозатратах.
Стоимость RFID-меток постепенно снижается, а уровень безопасности повышается. В связи с этим можно с уверенностью заявить, что технология RFID со временем вытеснит из своей ниши остальные методы учета, идентификации и отслеживания. Таким образом, технология RFID является перспективным и востребованным направлением для исследования и применения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Д. Джонс Бережливое производство. Как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании. - 2013.
2. Хенке Х.-И., Фабиан Х. Технология производства радиоэлектронной аппаратуры / под ред. В.Н.Черняева. - М.: Энергия.
3. RFID-M - История RFID - http://rfid-m.ru/reshenia/stati/stat istoria rfid♦php.
4. RFID - Википедия - https://ru.wikipedia.org/wiki/RFID.
5. А.И.Власов, А.Е.Михненко Информационно-управляющие системы для производителей электроники/производство электроники: технологии, оборудование материалы. - 2006. - №3.
6. Дудко В.Г. и др. Современные методы и средства обеспечения качества в условиях комплексной автоматизации // Вопросы радиоэлектроники. 1994. №1. С. 71-89.
7. Тимошкин А.Г., Власов А.И. О стратегии и тактике маркетинговой политики многопрофильной компьютерной фирмы // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 1996. № 9. С. 59-61.
8. Власов А.И. Системный анализ технологических процессов производства сложных технических систем с использованием визуальных моделей // Международный научно-исследовательский журнал. - 2013. - № 10-2 (17).
9. Власов А.И., Иванов А.И. Визуальные модели управления качеством на предприятиях электроники // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2011. № 11. С. 34.
10. Маркелов В.В. и др. Системный анализ процесса управления качеством изделий электронной техники // Надежность и качество сложных систем. 2014. № 1 (5). С. 35-42.
11. Власов А.И. Пространственная модель оценки эволюции методов визуального проектирования сложных систем//Датчики и Системы. - 2013. - №9.
12. Власов А.И., Карпунин А.А., Ганев Ю.М. Системный подход к проектированию при каскадной и итеративной модели жизненного цикла // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2015. Т. 1. С. 96-100.
13. Стюхин В.В. Выбор оптимального варианта построения электронных средств / В.В. Стюхин, И.И. Кочегаров, В.Я. Баннов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 383-385.
14. Юрков Н.К., Медников В.И. Параметры экономической безопасности в товарном рынке // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2015. Т. 1. 75-7 9.
УДК 519.233.5:532.57 Чипулис В. П.
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Россия, Владивосток
ВЫБОР И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ
Рассматриваются вопросы сравнительной оценки режимов теплопотребления, соответствующих различным вариантам настройки регулирующего оборудования. Решение задачи основано на построении и дальнейшем использовании регрессионной модели объекта. Приводится метод оценки и его иллюстрация для конкретного объекта — потребителя тепловой энергии. Ключевые слова:
регулированиетеплопотребления, сравнительная оценка, регрессионная модель, результат измерения
Введение. В последние годы наблюдается интенсивный процесс установки приборов учета и регулирования в тепловых узлах потребителей тепловой энергии. Приборы учета в подавляющем большинстве позволяют потребителю тепловой энергии экономить денежные средства на ее оплату, что объясняется несоответствием нормативного и фактического (измеренного) теплопотребления. Как правило, нормативное теплопотребление превышает фактическое. Разница между этими величинами определяет эффективность приборного учета теплоты.
Однако установка приборов учета напрямую не связана с энергосбережением, хотя и создает стимулы для осуществления соответствующих мероприятий. Один из наиболее эффективных путей повышения энергоэффективности в теплоэнергетической сфере связан с установкой регулирующего оборудования для исключения (или по крайней мере существенного ограничения) излишков потребляемой объектами тепловой энергии [1]. Практика учета тепловой энергии в России показывает, что качественный способ регулирования, реализуемый на теплоисточнике, нередко осуществляется со значительными отклонениями от нормы, что связано как с занижением температуры теплоносителя в холодное время года, так и с ее превышением в периоды межсезонья. Поэтому потребители зачастую
решают свои проблемы за счет установки регулирующего оборудования в тепловом узле и/или на отопительных приборах внутри помещений. Современные регуляторы предоставляют пользователю большие возможности реализовать за счет многочисленных настроек различные режимы теплопотреб-ления. Однако далеко неочевиден выбор конкретной конфигурации настроечных параметров и тот результат, к которому он приведет. Качество настройки регуляторов можно достоверно оценить лишь путем анализа результатов измерений параметров теплопотребления. Если результаты анализа свидетельствуют о неудовлетворительном варианте настройки, то необходимо провести корректировку настроечных параметров, затем выполнить очередной этап анализа и так далее до тех пор, пока не будет получен приемлемый результат. При этом возникает задача сопоставления различных режимов теплопотребления, соответствующих различным вариантам настройки регуляторов. Эта же задача актуальна, например, и для случая реализации двух режимов регулирования теплопотребления - в ночное и дневное время. В данной работе делается попытка формализации процесса сравнительной (количественной) оценки режимов регулирования теплопотребления.
Постановка задачи. Сопоставление двух режимов регулирования К± и Е.2 может быть выполнено путем
