CC BY
101
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
ЛИТЕРАТУРА
1. Вишневский Е.Л. Урофлоуметрия: справочное издание / Е.Л. Вишневский, Д.Ю. Пушкарь, О.Б. Лоран и др. - М.: Печатный город, 2004. - 220 с.
2. Данилов В.В. Способ Данилова диагностики расстройств мочеиспускания: Патент РФ [Электронный ресурс] / В.В. Данилов, С.А. Борщенко, И.Ю. Вольных. - Введ. 07.11.2005. - 2007. - Режим доступа: http://www.ntpo.com/patents_medicine/medicine_2 0/medicine_514.shtml.
3. Подмарев А.А. Постановка задачи на разработку системы для урофоуметрического мониторинга /
A.А. Подмарев // Научная дискуссия: вопросы медицины. - М., 2013. - С. 152-153.
4. Обеспечение влагозащитного покрытия печатных узлов датчика протечки / Белов А.Г., Баннов
B.Я., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Лысенко А.В., Горячев Н.В., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 151-154.
5. Подмарев А.А. Разработка методики испытаний системы для урофлоуметрического мониторинга / А.А. Подмарев // Образование. Наука. Научные кадры. - М., 2013. - №3. - С. 174-178.
6. Подмарев А.А. Разработка программы для урофлоуметрического мониторинга / А.А. Подмарев // Журнал научных и прикладных исследований. - Уфа, 2013. - №3. - С. 58-61.
7. Подмарев А.А. Результаты разработки измерительного стенда системы урофлоуметрического мониторинга / А.А. Подмарев // Перспективы науки. - Тамбов, 2013. - №4 (43). - С. 5-9.
8. аранов, Н.А. Управление состоянием готовности системы безопасности к отражению угрозы / Н.А. Баранов, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1.
C. 8-10.
9. Дедков, В.К. Компьютерное моделирование характеристик надежности нестареющих восстанавливаемых объектов / В.К. Дедков, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 368-370.
10. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
11. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
12. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
13. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
14. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
УДК 616-71 Подмарев А.А.
ГБОУ СПО МО «Жуковский авиационный техникум им. В.А. Казакаова», Жуковский, Россия
СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЁМНОЙ СКОРОСТИ ПОТОКА МОЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДАТЧИКОВ
Введение
Для урофлоуметрии возможно применение различных способов регистрации данных с использованием различных физических принципов. Способ измерения определяет используемый в урофлоумет-ре тип датчика: весовой, емкостной, ротационный, тензодатчик. На ряду с известными способами, используемые в урофлоуметрии для определения объёмной скорости потока мочи, предложено применить ультразвуковой датчик и сравнить характеристики урофлоуметров разных типов.
Краткие характеристики датчиков
Датчик весового типа
Наиболее применимым на данный момент является весовой датчик (Рисунок 1), используемый в 90% всех известных урофлоуметров. Принцип действия основано на регистрации веса жидкости в кружке в процессе периода мочеиспускания. Для получения скорости потока сигнал дифференцируется.
Рисунок 1 - Датчик весового типа (схематично)
Преимуществом данного датчика является дешевизна и относительная простота в использовании. При накоплении солей и отложений на стенке кружки её нетрудно заменить.
Недостатком является необходимость точности установки датчика. Поверхность должна быть строго горизонтальная, иначе это приводит к искажениям измерений. При амбулаторном применении имеется опасность того, что пациент сместит и собьёт настройку датчика (возможно, сам того не подозревая).
Также датчиком вносится ошибка измерений, вследствие того, что прибор измеряет вес (а не объём) и переводит его в объём, принимая значение плотности за неизменное. Однако плотность мочи может колебаться, особенно при заболеваниях мочевыделительной системы. Так, плотность мочи может изменяться от 1000 до 1060 г/мл, в норме от 1018 до 1024 [1]. Таким образом, может вноситься ошибка от 2 до 4%.
Датчик емкостного типа
Принцип действия ёмкостного типа датчика (Рисунок 2) основан на измерении меняющейся во времени ёмкости [2]. Датчик представляет собой металлическую кружку с дном из диэлектрика. Одной обкладкой конденсатора является боковая стенка кружки, покрытая диэлектриком, а второй - поверхность измеряемой жидкости. Ёмкость определяется по формуле плоского конденсатора [3]:
е-Я е-п-В-к е-В-к
C--
где С £
мость; S -
4-nd
ёмкость; абсолютная
4- ж-d
4-d
( 1.1)
диэлектрическая проницае-
площадь поверхности ионопроводящей жидкости, соприкасающейся с диэлектриком;
В - внутренний диаметр кружки;
Ъ - высота уровня жидкости, поступившей в кружку.
Недостатком ёмкостного датчика является необходимость тщательной обработки датчика после каждого применения и промыва конструкции. Однако на практике это не соблюдается, что быстро приводит к выходу датчика из строя, возникают необратимые искажения его работы.
Рисунок 2 - Датчик емкостного типа (схематично)
Датчик ротационного типа
Малое распространение получил датчик ротационного типа (Рисунок 3), принцип работы которого основан на измерении изменений угловой скорости вращения диска. При попадании жидкости на вращающийся диск, это вращение замедляется. Через измерение скорости вращения определяется скорость потока жидкости.
Рисунок 3 - Датчик ротационного типа (схематично)
Поток мочи
Недостаток заключается в том, что щель между вращающимся диском и трубой может забиваться отложениями.
Тензодатчик
Тензодатчик (Рисунок 4) [2] является очень перспективной разработкой. Его главное преимущество заключается в том, что жидкость не накапливается. Поэтому прибор легко можно вмонтировать в туалеты общего пользования.
Однако при реализации конструкции оказалось, что, несмотря на то, что опытный образец получилось успешно настроить, гарантировать повторяемость результатов при серийном изготовлении на данный момент невозможно. Также невозможно гарантировать, что каждый из выпущенных приборов удастся настроить.
предающая лопатка
Рисунок 4 - Тензодатчик (схематично)
Конструкцию и технологию изготовления элементов, передающих усилие с лопатки на пьезо-элемент, необходимо тщательно разработать, чтобы настройка каждого прибора или не требовалась, или выполнялась относительно легко и быстро по заданной схеме.
Необходимо также продумать вопрос о качественной герметизации места соединения лопатки и трубы.
С учётом специфики требований к медицинскому оборудованию предложена структурно-
функциональная схема ультразвукового урофло-уметра с зондированием через газ (см. Рисунок 5).
Мочеприепноя труб/со
Излучающий преобразобатель Генератор зондирующих импульсоб
Приемный преобразобатель Усилитель
\
ЦП Схема измерения бремени
Измрритрльнш цилиндр
-к
Яу^/¡¿гш Ч.~]
Рисунок 5 - Структурно-функциональная схема ультразвукового урофлоуметра с зондированием через
газ
Конструкция, представленная на этом рисунке, является реализацией теоретических расчётов конструктивных параметров ультразвукового уроф-лоуметра, в состав которого входят воронка, соединительные трубки, измерительный цилиндр, съёмный электронный блок, который работает автономно (на аккумуляторах), позволяет хранить данные проведенных урофлоуметрий и передавать эти данные на компьютер уродинамического кабинета как в составе урофлоуметра, так и отдельно от него.
Способ определения объёмной скорости потока мочи заключается в следующем: определение уровня мочи в измерительном цилиндре, основанное на принципах ультразвуковой локации (зондировании
через газ), а затем численное дифференцирование текущего значения выделенного объёма, что позволяет определить значение объёмной скорости потока мочи.
Таким образом, прибор (СУМ-2015) является удобным и безопасным как для стационарного, так и для амбулаторного применения.
Обзор существующих урофлоуметров Результат интернет-обзора выпускаемых уроф-лоуметрических приборов показал, что современный рынок медицинского оборудования представлен урофлоуметрами как зарубежного, так и отечественного производства (Таблица 1). В данной таблице выделены недостатки той или иной системы.
Сравнение уро
щоуметрическж. систем
Таблица 1
ШОПШ 1С 00 ИС [4; Ш.СФШ + [5] Огосар-Ш п, е: Пошаррег [0] тсгсш 2001 [5] Р1соПон-2 [10] Погск-К [И] УФМ - озм [12] МБН-Уро-элоу-анали-загср [13] СУМ-2015 [11]
Тип датчика ЗессЕой, ротационный ЗессЕОЙ, ротационный ЗессЕой ЗессЕой ЗессЕОЙ Зессвой ЗессЕой Зёссеой Зёссеой Ультразвуковой
Объем 0___1 ООО мл; г 1.0 мл 0...1500 мл; г 1,0 мл; 1200 мл,1 г 1% 0...1000 мл; г 1,0 мл 0...1000 мл; 0...1000 мл; 0...1000 мл; г 1,5 мл 0...1000 мл; 1(0,03*У +0,2)% 4,71 при 150 мл 0...1000 мл; : 1,0 мл, = 14 0...600 мл; I 14
Объемная скс-рость 0...50 мл/с; I 1,0 мл/с (0,2 мл/с) (31) 0...50 мл/с; I 1,0 мл/с (0,2 мл/с) г 5% 0...50 мл/с; I 24 0...50 мл/с; I 0,1 мл/с; г 5% 17,50 ± 2,56 мл/с 14,6 % (данные исследовании) 0...100 мл/с I 1% 0...50 мл/с; I 1,51 0,5...50 мл/с; I 1,51 0...100 мл/с I 1,0 мл/с 0...120 мл/с; I 1,4 %
Питание 220 В, 5С Гц АБ/220 В, 50 Гц 220 В, 50 Гц 220 Е, 50 Гц 230 Е, 50 Гц 5 В иЗБ 230 Б, 50 Гц 230 Б, 50 Гп 19 В (9 Б к 2)
Передача данных на ПК инфракрасный передатчик 31иесоогЬ СОИ-пор г, 31ие1;оог11 Кет Кет СОИ-пор г, ОП1СЕОЛОКНО игв СОИ-порг П5В, Е1ие(;оо1;11 П5В
Объем памяти исследований 20 5 Нет Кет Кет 50 Э9999 дйсдд 95999 613
ПК-хнтерфейс - - - - - - - - - -
время задеряжи - - - - - - - - - -
Ливерпульские :-: оме граммы - - - - - - - - -
Номеграммы мс-:-:и тс ринга - - - - - - - - - -
Урофлоуграммы - - - - - - - - - -
Возможность амбулаторного гриме :-:енпя - - - -
В данной таблице выделены недостатки той или иной урофлоуметрической системы: невысокая точность измерений, питание от сети 220 В, отсутствие связи с ПК, низкий объем памяти или ее отсутствие, отсутствие ПК-интерфейса, отсутствие расчёта времени задержки мочеиспускания, отсутствие возможности представления номограммы мониторинг, Ливерпульских номограмм, урофлоу-грамм и невозможность амбулаторного применения. Наиболее часто встречается информация о применении урофлоуметров Urodin 1000 [4], игосар-111 [7], Urodyn + [5]. Из отечественных урофлоуметров заслуживают внимания УФМ-03М [1], который позволяет проводить архивацию данных пациентов, сравнение результатов обследования с архивными, а также представить полученные данные в виде номограммыПатент РФ «Урофлоуметр» [15] содержит описание изобретения урофлоуметра с ёмкостным датчиком, выполненным в виде кольцевого контактора.
Патент РФ «Устройство для измерения микцион-ного дебита и объёма выделенной мочи» [16] содержит описание изобретения устройства, которое измеряет изменение объёма в резервуаре при помощи ИК излучения, поплавка и светочувствительного элемента. Патент РФ «Емкостной датчик объёма жидкости для урофлоуметра» [3] содержит описание изобретения ёмкостного датчика, обкладками которого являются металлическая кружка и поверхность жидкости.
Однако представленные на рынке урофлоуметри-ческие системы обладают сходными недостатками: либо большими габаритами, не позволяющими использовать урофлоуметр в амбулаторных условиях, либо отсутствием функции мониторинговых исследований за несколько суток. Необходимость разработки портативного урофлоуметра вызвана тем, что амбулаторные исследования исключают психологические факторы (стресс, усталость), которые пагубно влияют на достоверность результатов, а мониторинговые исследования за несколько суток позволяют значительно повысить точность этих
результатов. Урофлоуметр с ультразвуковым датчиков способен удовлетворить всем вышеперечисленным запросам.
В результате анализа различных способов регистрации данных с использованием различных физических принципов, которые определяют тип датчика используемого в урофлоуметре, выявлены достоинства и недостатки применения этих датчиков. Весовой датчик (наиболее распространённый) имеет следующие недостатки: трудности в эксплуатации, связанные с точностью установки урофлоуметра на ровной горизонтальной поверхности; влияние на достоверность данных вариабельности плотности мочи. Емкостной датчик имеет следующий недостаток: непосредственный контакт с мочой приводит к образованию отложений на обкладках, что приводит к снижению точности измерений и затруднительное обслуживание. Недостаток ротационного датчика заключается в том, что отложения на вращающемся диске снижают точность измерений и затрудняют обслуживание. Тензодатчик (перспективная разработка) имеет следующие недостатки: низкая повторяемость параметров датчиков при серийном изготовлении; сложно выполнимая конструкция лопатки; отложения вследствие контакта с мочой.
На основании анализа применяемых урофлоумет-ров, а также уже имеющихся отзывов по эксплуатации медицинских приборов для суточного уроф-лоуметрического мониторинга, выявлены следующие недостатки той или иной урофлоуметрической системы: невысокая точность измерений, питание от сети 220 В, отсутствие связи с ПК, низкий объем памяти или ее отсутствие, отсутствие ПК-интерфейса, отсутствие расчёта времени задержки мочеиспускания, отсутствие возможности представления номограммы мониторинг, Ливерпульских номограмм, урофлоуграмм и невозможность амбулаторного применения. Урофлоуметр с ультразвуковым датчиков способен удовлетворить всем вышеперечисленным запросам.
ЛИТЕРАТУРА
1. Удельный вес мочи [Электронный ресурс]: Лабораторная диагностика. - Режим доступа: http://www.clinlab.info/Urine specific gravity.shtml.
2. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. - М.: Форум: Инфра-М, 2002. - 384 с.: ил. - (Серия «Профессиональное образование»).
3. Акопян И.Г. Ёмкостной датчик объёма жидкости для урофлоуметра / И.Г. Акопян, Н.А. Евдокимов, И.Н. Коломенский и др. // ОАО «Московский научно-исследовательский институт «Агат». - Введ. 31.10.2002. - М. - 2005.
4. Урофлоуметр Urodin 1000: Уромед М: Медицинское оборудование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.uromed-m.ru/urofloumetr_urodyn_10 0 0.
5. Урофлоуметр Urodyn + [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.infomed.com.ru/meditsinskoe-oborudovanie/product/view/31/12?yclid=5842766617641840309.
6. Урофлоуметр Urocap III: Stormoff: group of companies [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.stormoff.ru/catalog_135_3 41.html.
7. Урофлоуметр Urocap-III: Уромед М: Медицинское оборудование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.uromed-m.ru/urofloumetr_urocap_iii.
8. Prostalund. Flowmapper-урофлоуметр: Lund ltd: Поставка и сервисное обслуживание медтехники из Швеции [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.lundltd.ru/index.php?razd=10 8&catalog=531.
9. Microflo 2001. Урофлоуметр: RosaMedical: поставки медицинского оборудования [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://rosamedical.ru/catalog/urofloumetry/microflo-2 0 01-urofloumetr.html.
10. Урофлоуметр PicoFlow2. Уромед М: Медицинское оборудование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.uromed-m.ru/urofloumetr_picoflow_2.
11. Урофлоуметр Поток-К [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://uroflow.com.ua/.
12. Автоматизированный урофлоуметрический анализатор урофлоуметр УФМ-03М: Ультрамед [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ultramed.ru/urofl.htm.
13. МБН "Урофлоуметр" Комплекс для неинвазивного исследования. Медицинское оборудование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rosamedical.ru/catalog/urofloumetry/mbn-urofloumetr-kompleks-dlya-neinvazivnogo-issledovaniya.html.
14. Подмарев А.А. Разработка системы для урофлоуметрического мониторинга / А.А. Подмарев // Информационные системы и технологии. - Н.Новгород, 2013. - С. 200.
15. Ваулин В.Ф. Урофлоуметр: Патент РФ [Электронный ресурс] / В.Ф. Ваулин // Товарищество с ограниченной ответственностью «Прогресс». - 1995. - Режим доступа: http://ru-patent.info/2 0/25-29/2026639.html.
16. Будников. В.А. Устройство для измерения микционного дебита и объёма выделенной мочи: Патент РФ [Электронный ресурс] / В.А. Будников, В.А. Климов, Н.Г. Коблова и др. // Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского. - 1997. - Режим доступа: http://ru-patent.info/20/80-84/2082317.html.
