CC BY
39
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
Предположим, что для некоторой пары Ь1 и tj выполняется:
а± Ъ1 = с dj.
Перемножив левые части уравнений 1 и 2, а так же 3 и 4 системы (15), получим, с учетом выражения (16):
к кМпод ! Мобр != к-1 кгМпод : Мобр -)
или:
Мпод 1 Мобр 1 Мпод ^ Мобр ] .
Уравнение (18) с математической точки зрения имеет бесконечное множество решений. Однако лишь те из них, которые удовлетворяют условиям постоянства расходов до и после перестановки расходомеров, а именно
Мпод 1 Мпод ] , Мобр 1 Мобр ]
не противоречат физическому смыслу гидравлических процессов закрытой системы теплопотреб-ления.
Поясним это более подробно. Для этого для пары Ь1 и Ь], удовлетворяющей условию (18), выразим расходы в момент времени Ь через расходы в момент времени Ь1: М„од ] =ргМи0д 1, Мобр ]=Р2 Мобр 1. Тогда выражение (18) примет вид:
Мпод 1 Мобр 1= Р1Р2 Мпод 1 Мобр 1
или (21) р1р2=1.
Очевидно, что соотношение (21) выполняется в случае равенства расходов до и после перестановки расходомеров, то есть при р1=р2=1. Все остальные решения уравнения (21) возможны лишь при выполнении условия р1>1, р2<1 (то есть в тех случаях, когда при увеличении расхода в подающем трубопроводе уменьшается расход в обратном трубопроводе) или условия р1<1, р2>1 (то есть в тех случаях, когда при уменьшении расхода в подающем трубопроводе увеличивается расход в обратном трубопроводе). Однако эти решения противоречит основам теории гидравлических цепей, согласно которой при увеличении (уменьшении) расхода в подающем трубопроводе происходит пропорциональное увеличение (уменьшение) расхода в обратном трубопроводе.
Таким образом, постоянство (равенство) значений расходов, вовлекаемых в процесс решения системы уравнений (5), обеспечивается выбором моментов времени Ь1 и Ь], для которых выполняется условие (16).
Вполне вероятно, что точное равенство (16) не соблюдается ни на одной паре значений Ь1 и Ь]. В этом случае можно воспользоваться приближенным решением, заключающимся в выборе такой пары Ь1 и Ь], для которой минимально отклонение от нуля значения относительной разности произведений измеренных величин до и после перестановки расходомеров:
(22) Р1,]%=10 0(( а^-С]^) / 0,5 (а! ¿1 + с
Очевидно, что качество приближенного решения, а так же его практическая приемлемость зависит от величины Для случая р1=р2=р,
выразим связь между £1,] и коэффициентом р, определяющим величину изменения расхода до и после перестановки расходомеров, от еч^.
£4,] %=100((а1 ¿1- р2 а! ¿1) / 0,5 (а! ¿1 + р2 а! ¿1 ))' =
=100((1- р2) / 0,5 (1 + р2)).
Из выражения (23) можно вычислить значение р для любого конкретного значения £1,]. На рис.2 приведен график зависимости от р. Основное
требование, предъявляемое к поверочным установкам, предназначенным для определения погрешностей расходомеров, сводится к тому, что погрешность измерений эталонного прибора должна быть на порядок (десятичный) меньше допустимой погрешности поверяемого. По аналогии с этим естественно считать, что для практики приемлемыми будут такие значения £1,], которым соответствуют значения р с относительным отклонением от 1 на порядок меньшим допустимой погрешности г измерения расхода. Для коммерческого учета г=±2%. Следовательно, допустимые значения р должны находиться в интервале от 0,998 до 1,002, которому соответствует интервал значений от -0,4% до 0,4%.
В работе не рассматривается инженерная задача получения последовательностей измерений, позволяющих определить удовлетворительные для пользователя результаты. С практической точки зрения не представляется сложным обеспечить (с помощью запорно-регулирующей арматуры, которой оснащаются узлы учета тепловой энергии) приближенное равенство расходов до и после перестановки расходомеров. Здесь лишь отметим два момента. Первый - диапазоны значений расходов в подающем (обратном) трубопроводе до и после перестановки расходомеров должны пересекаться. Второй - степень близости расходов в моменты Ь1 и Ь] возрастает с увеличением длины последовательностей измерений и уменьшением периода их считывания.
Развитие предлагаемого подхода к тестовому диагностированию видится в расширении класса объектов диагностирования, прежде всего за счет рассмотрения открытых систем теплопотребления. И если для закрытых систем в основу методов диагностирования положен принцип перестановки расходомеров с последующим анализом результатов измерений до и после перестановки, то для открытых систем должен быть найден другой прием. Возможные варианты - изменение потоков теплоносителя в системе с использованием запорно-регулирующей арматуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чипулис В.П. Диагностирование технического состояния тепловых систем // АиТ. 2002. №6. С. 146-154.
2. Стюхин В.В. САПР в расчёте и оценке показателей надёжности радиотехнических систем / Стюхин В.В., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 287-289.
3. Чипулис В.П. Диагностирование кратных дефектов объектов теплоэнергетики // Надежность и качество 2007: труды международного симпозиума. - Пенза: ПГУ, 2006. С. 127-135.
4. Меркульев А.Ю. Программные комплексы и системы проектирования печатных плат / Меркульев А.Ю., Сивагина Ю.А., Кочегаров И.И., Баннов В.Я., Юрков Н.К. // Современные информационные технологии. 2014. № 19 (19). С. 119-128.
5. Чипулис В.П. Об аудите приборного учета тепловой энергии Надежность и качество 2007: труды международного симпозиума. - Пенза: ПГУ, 2007. С. 95-98.
УДК 621.38 Куйшибаев Т.З.
Военный институт Сил воздушной обороны Республики Казахстан им. Т.Я. Бегельдинова, Актобе, Казахстан
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПЕРВИЧНОЙ ДИАГНОСТИКИ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ РОБОТИЗИРОВАННОЙ ПЛАТФОРМЫ
Рассматриваемая роботизированная платформа содержит три источника первичного электропитания. Все источники согласно классификации, являются химическими источниками тока [1]. Источник питания видеокамеры является неотъемлемой частью ее конструкции и является аккумулятором,
т.е. его заряд может быть восстановлен путем подключения к камере зарядного устройства. Отсюда следует сделать вывод, что источник питания видеокамеры является обособленным узлов в связи с чем далее не рассматривается.
Схему питания платформы можно представить так, как показано на рисунке 1 совокупностью полезных нагрузок, подключённых к различным источникам энергии, обозначенным как ИП - источник питания. Полезной нагрузкой для ИП1 является модуль управления двигателями. ИП2 передает напряжение на вычислительный модуль Arduino Uno, в состав которого входит стабилизатор напряжения формирующий из входного напряжения два более низких - это 5 и 3,3 В. Этот стабилизатор фактически является источником вторичного электропитания (ИВЭП) [1]. Практически, для питания всех узлов робота используется только канал с постоянным однополярным напряжением 5В.
- ув Модуль
uní управления
иш
двигателями
ИП2
ARDUIN0 UNO
Рисунок 1
Схема электропитания роботизированной платформы
HLI— X,
Нагрузки, подключенные к ИП1 и ИП2 являются потребителями каждый из которых обладает собственным внутренним сопротивлением Rн.
Подобное разделение цепей питания часто встречается в аппаратуре содержащей одновременно силовые и мало сигнальные элементы, питающиеся от источников разной мощности. Например, в устройствах аналогичных проектируемому, как правило, маломощные узлы питаются напряжением до 5 В. и потребляют ток до 100 мА, одновременно силовые узлы требует большого напряжения и потребляют ток измеряемый единицами ампер. Нередки отказы подобного оборудования, особенно отказы в оконечных цепях, т.к. они являются наиболее нагруженными по электрическим и тепловым параметрам. В связи с этим не теряет актуальности вопрос организации эффективной диагностики отказов в цепях питания такой аппаратуры.
Само понятие диагностики имеет достаточно широкую трактовку. Для технических систем можно считать, что диагностика - это процесс определения отказа, то есть заключение о сущности отказа и состоянии диагностируемой системы. Также диагностику в технических системах можно считать областью знаний, включающую в себя сведения о методах и средствах оценки технического состояния машин, механизмов, оборудования, конструкций и других технических объектов [2].
Используя принципы, приведенные в работе [3, 4] введем в схему электропитания питания элементы защиты - предохранители, а также элементы диагностики состояния предохранителя (Рисунок 2). На схеме каждый потребитель защищен собственным плавким предохранителем, который в свою очередь зашунтирован последовательной цепочкой из светодиода и резистора, которые индицируют отказ предохранителя.
ни.
R3
Модул ь управления двигателями
HL2
** R2
I-1
ИВЭП (ARDU1NO)
HL4_
FU3
I-1
HLS- Л,
** R5
FIJ5
Рисунок
y.llhipHI№№lfll>llL ДИЧНН,
Защита цепей источника питания предохранителями с элементами первичной диагностики
Как отмечалось выше, частым отказом в аппаратуре является пробой силовых элементов, при котором происходит замыкание их электродов. Вследствие такого пробоя КН становится недопустимо малым, что приводит к обрыву нити предохранителя Еи, установленного в цепи питания.
Для диагностики подобных отказов в электрических цепях проектируемой платформы предлагается использовать известную схему индикации обрыва предохранителя. Рассмотрим работу элементов первичной диагностики на примере защиты цепей фары на рисунке 3.
Благодаря наличию светодиода НЬ, схема позволяет визуализировать обрыв предохранителя вызванный замыканием цепи питания фары имеющей собственный КН , или завышенным током потребления самим потребителем КН .
Схема работает следующим образом, в нормальном режиме работы ток от источника питания течёт по цепи точка А -> Еи -> т.В КН -> т.Г КН ->т.Б. После обрыва предохранителя когда сопротивление между т.В и т.Г стремится к нулю, ток
потечёт по следующей цепи: т.А -> HL -> R -> т.В Д„ ->т.Г Д„ -> т.Б.
Рисунок 3 - Реализация схем первичной диагностики цепи питания фары с использованием индикатора обрыва предохранителя
Одновременно будет наблюдаться свечение НЬ, и соответственно произойдёт визуализация обрыва предохранителя Еи.
Номинал R следует выбирать для худшего случая, когда КН =0 Ом, тогда
р - иИЬ
г<П и Пр К -—тг,-
1ПРНОМ
где ЕП - напряжение источника питания относительно общего провода (т. Б на рис.2); и^р, -прямое напряжение на светодиоде HL; 1%^нОМ -прямой номинальный ток НЬ.
Из (1) хорошо видно, что схема будет корректно индицировать отказ только при верности соотношения:
I
ИЬ
.I
ИЬ
ПРНОМ ••• 1 ПР.МАКС
вид:
Для 1 ПР.МИН
Для IИ
Для граничных значений R примет
Е -К- ЕПг,
(3)
. Е - и
К — ДП иПР
I
Е - иИЬ К + Кн < ЕПИгиПР
(4)
ПР.МАКС
0 Ом, тогда мак-
(2) 1 ПР.МИН
где 1Ц^МИН - минимальный прямой ток протекающий через НЬ при котором будет наблюдаться его свечение.
Если же соотношение (2) не соблюдается, то через НЬ будет протекать прямой ток IПР <1ИрМИН который уже не вызовет свечение светодиода. Однако не всегда при выходе из строя тех или иных внутренних цепей КН , её внутренне сопротивление со стороны источника питания будет стремиться к нулю.
Улучшить работу схемы рисунок 3 можно с помощью оценки диапазона внутреннего сопротивления КН при котором будет наблюдаться свечение
НЬ. Для данной схемы этот диапазон условно назовём "рабочим". После оценки рабочего диапазона понадобится и коррекция соотношения (1).
Для решения поставленной выше задачи уточним
Приняв нижнюю границу R, симальное внутреннее сопротивление, КН МАКС при
котором будет наблюдаться свечение НЬ определяется по формуле:
КН.МАКС — К- К (5)
Отсюда рабочим диапазоном внутреннего сопротивления нагрузки после отказа, можно считать диапазон от КН =0 Ом до КН МАКС
Зная рабочий диапазон КН фары можно скорректировать формулу (1) . Фактически значение К — К" т.е.:
Я--
ИЬ
(6)
границы для I
ИЬ ПР
1 ПР.МАКС
Расчет приведен в общем виде. В результате свечение того или иного светодиода означает отказ предохранителя в электрической цепи фары. Аналогичным образом организованна диагностика остальных цепей питания роботизированной платформы.
это диапазон токов I
ПР.МИН —
Юрков Н.К., КоС. 377-379. П. П. Пархомен-— 672 с.
ЛИТЕРАТУРА
1. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. - М.: «Три Л», 2000. - 400 с.
2. Гришко А.К. Методология управления качеством сложных систем / Гришко А.К., чегаров И.И. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2.
3. Клюев В. В. Технические средства диагностирования: Справочник/В. В. Клюев, ко, В. Е. Абрамчук и др.; под общ. Ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1989.
4. Горячев Н.В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78-79.
5. Белов А.Г. Влагозащитное покрытие печатных узлов в датчике утечки воды / Белов А.Г., Баннов В.Я., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Лысенко А.В., Юрков Н.К. // Современные информационные технологии. 2014. № 19 (19). С. 265-272.
6. Артемов И.И. Исследование влияния дефектной структуры материала болтового соединения на процесс ослабления затяжки / Артемов И.И., Кревчик В.Д., Суменков С.В. // Новые промышленные технологии. 2002. № 5-6. С. 67.
7. Дивеев А.И. Синтез системы управления мобильным роботом методом интеллектуальной эволюции / А.И. Дивеев, Е.Ю. Шмалько // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 52-59.
УДК 004.02 ДоросинскиЙ А.J
2 1 Винчаков А.Н., Недорезов В.Г.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия 2ОАО «Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов», Пенза, Россия ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ
Большинство современных телеметрических систем анализа информации об угловом перемещении, систем программного управления промышленными роботами и автоматами, а также систем дистанционной передачи угла повышенной точности в электромеханических вычислительных устройствах, предназначенных для решения тригонометрических задач и преобразования координат, используют при построении каналов измерения угла поворота преобразователи «угол-параметр-код» [1-3].
Подобный преобразователь состоит из электромеханического первичного датчика угла поворота, непосредственно воспринимающего измеряемое перемещение, и вторичного преобразователя который является электронным узлом, обрабатывающий полученную информацию и представляющий ее в цифровой форме. Выбор преобразователей «угол-параметр-код» обуславливается в первую очередь целым комплексом требований, к которым относятся: устойчивость к внешним воздействующим факторам (условия сильной вибрации, электромагнит-
ные помехи, ударные нагрузки и пр.) за счет пространственного разнесения первичного датчика и отсчетной части, быстродействие, конструктивное исполнение и т.д.
В качестве первичных датчиков угла поворота используются электрические машины [1,3] как правило: сельсины и вращающиеся трансформаторы. В настоящее время наибольшее распространение в качестве первичных датчиков получили вращающиеся трансформаторы, которые значительно точнее сельсинов. Причем предпочтительным является использование вращающихся трансформаторов работающих в синусно-косинусном режиме (СКВТ), за счет обеспечения этим режимом повышенной помехоустойчивости [2].
Вторичными датчиками, которые выполняют функцию отсчетной части, являются специализированные АЦП сигналов вращающихся трансформаторов (АЦП ВТ) которые изготавливаются в виде интегральных и гибридных схем.
I
