Повышение эффективности дистанционного контроля параметров изделий на основных этапах жизненного цикла

Актуальность темы

Важной составной частью систем управления различного уровня являются информационные и информационно-измерительные подсистемы, контролирующие состояния и характеристики различных объектов.

Автоматизированные системы мониторинга с датчиками нового типа способны обеспечивать выявление нарушений, опознавание и классификацию критических ситуаций, формирование объективной и достоверной информации о текущем состоянии локальных объектов и контроля их параметров.

При построении таких систем особое внимание уделяется созданию эффективных методов и типов датчиков, работающих на новых технологических принципах. Одним из направлений решения этих задач является использование радиотехнических систем и устройств, которые все чаще используются для контроля различных технологических параметров, как в процессе производства, так и в условиях эксплуатации. Радиотехнические системы обеспечивают возможность дистанционного обнаружения как самих объектов, так контроля и измерения их параметров. Радиотехнические системы контроля могут работать в непрозрачных и экологически опасных средах, имеют высокую скорость получения информации, хорошо согласуются с цифровыми обрабатывающими и управляющими системами. Автоматически полученная информация с датчиков позволяет исключить влияния «человеческого фактора» для задач принятия технически обоснованных решений в режиме реального времени.

К системам контроля параметров и диагностики, с одной стороны предъявляются жесткие требования к точности измеряемых параметров, с другой стороны предъявляются не менее жесткие требования к простоте технических решений и стоимости изделия. Достоверность и точность измерительной информации в таких системах в первую очередь зависят от программно-аппаратной реализации датчиков.

Информация, генерируемая датчиками в таких системах, позволяет получать в режиме реального времени, в том числе на основных этапах жизненного цикла разработки, производства и исследования, данные о параметрах и состоянии объектов мониторинга и систем в целом и может быть использована в системах CALS для повышения качества изделий.

Таким образом, задача разработки информационных систем, в первую очередь новых типов информационных датчиков, является актуальной.

Целью исследований являются развитие методов мониторинга параметров изделий на базе технологии пассивной радиочастотной идентификации (RFID) и разработка научно-технического обеспечение повышения эффективности проектирования и подготовки производства пассивных радиочастотных датчиков с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Задачами исследований являются:

— анализ существующих и перспективных направлений развития радиотехнических методов контроля параметров изделий;

— исследование метода пассивной радиочастотной идентификации и его совершенствование для передачи телеметрической информации;

— разработка структурной схемы пассивной радиотехнической системы, получение соотношений, определяющих принятый сигнал, разработка способа формирования и выделения информационных параметров сигнала;

— создание базовых конструктивно-схемотехнического и программно-алгоритмического решений радиочастотного датчика для задач автоматизированного контроля состояния объектов и изделий.

— разработка электрической схемы и программного обеспечения эффективного функционирования радиочастотного датчика в составе систем мониторинга;

— разработка методов технологического и эксплуатационного контроля характеристик радиочастотного датчика на этапах производства и эксплуатации.

Объектом диссертационного исследования является пассивная радиочастотная идентификация с возможностью передачи телеметрической информации.

Предметом исследования является метод и аппаратно-программные средства построения радиотехнической системы измерения параметров.

Методы исследования, используемые в работе: теория систем радиолокации, теория передачи и обработки цифровых сигналов, теория надежности и статистические методы, экспериментальные исследования, компьютерная обработка результатов экспериментов.

Научная новизна Научная новизна работы состоит в решении важной народнохозяйственной проблемы, связанной с разработкой теоретических основ и средств построения систем дистанционного контроля параметров в режиме реального времени и состоит в следующем:

1. Разработана модификация метода мониторинга на базе технологии пассивной радиочастотной идентификации с радиочастотным датчиком нового поколения, позволяющим дистанционно контролировать состояние сложных технических объектов при преобразовании контролируемых параметров в электрический сигнал.

2. Разработано и реализовано базовое техническое решение радиочастотных датчиков для получения, обработки и передаче телеметрической информации.

3. Разработан специализированный метод измерения радиочастотных информационно-технических характеристик датчиков нового поколения, позволяющий контролировать их на соответствие нормативной документации ГКРЧ.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Метод мониторинга на базе технологии пассивной радиочастотной идентификации с радиочастотным датчиком нового поколения, позволяющим дистанционно контролировать состояние сложных технических объектов при преобразовании контролируемых параметров в электрический сигнал.

2. Базовое техническое решение пассивных радиочастотных датчиков нового поколения для получения, обработки и передаче телеметрической информации.

3. Метод измерения амплитудно-частотных характеристик пассивных радиочастотных датчиков.

Практическая значимость. В диссертационной работе решена научно-практическая проблема технического обеспечения дистанционного контроля параметров изделий на базе пассивной радиочастотной идентификации, разработаны и внедрены конструкторско-схемотехнические и программно-алгоритмические решения радиочастотного датчика, а так же метод и программно-аппаратный комплекс для его контроля.

Внедрение в промышленную и эксплуатационную практику полученных в диссертационной работе научных результатов позволили: разработать базовые схемотехнические и конструктивно-технологические решения пассивного радиочастотного датчика нового поколения;

— разработать электрические схемы и программно-алгоритмическое обеспечение радиочастотных датчиков измерения температуры и дистанционного контроля времени радиоэлектронных приборов;

— разработать и внедрить методику и систему контроля амплитудно-частотных характеристик самих датчиков, которые могут быть так же использованы для контроля пассивных радиочастотных идентификаторов систем радиочастотной идентификации при разработках новых отечественных и экспортируемых идентификаторов.

Получены патенты на полезные модели на некоторые конструкторско-технологические решения.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждены апробациями и результатами практических реализаций и их испытаний.

Реализация полученных результатов. Полученные научно-практические результаты, реализованные при разработке и изготовлении радиочастотных пассивных датчиков, нашли практическое применение, в том числе ЗАО «РНТ», ООО НКП «Комета-Б», а так же в МГТУ МИРЭА.

Полученные результаты были использованы в научно-исследовательской работе «Поисковые исследования путей создания высокоэффективных средств идентификации и контроля состояния техники и вооружения с использованием микроминиатюрных высокостабильных акустоэлектронных импедансных устройств и многофункциональных пьезоэлектрических датчиков нового поколения» (Шифр «Шагистика»), выполненной в МИРЭА в 2006;2009 гг.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных, российских конференциях и научных сессиях:

— Научно-технические конференции МИРЭА в 2009;2011гг.

Научная работа «Дистанционный контроль параметров объектов на основе технологии радиочастотной идентификации» по результатам диссертационного исследования заняла 2-е место на конкурсе МИРЭА «Лучшая научная работа студентов и молодых ученых» 2011 года.

Публикации. Список из 7 основных работ приведен в конце автореферата, в том числе 3 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 патента на полезную модель.

Личный вклад автора. Научные положения, выводы и рекомендации, которые изложены в диссертации и выносятся на защиту, получены лично автором и обобщенны во время оформления диссертации.

Большая часть публикаций выполнена автором самостоятельно, без соавторов.

В работе [2], выполненной в соавторстве с Легким Н. М. и Дунаевым A.C., автор участвовал в разработке принципов построения, алгоритма, структурной и принципиальной схемы устройства обработки информации.

В работе [4], выполненной в соавторстве с Дунаевым A.C. и Лутовым С. Н., автору принадлежит постановка задачи, формулирования направлений исследований и обобщение полученных результатов.

В работе [6], автору принадлежит постановка задачи и формулирование отличительных признаков полезной модели.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Диссертация содержит 152 страницы текста, 8 таблиц, 32 иллюстрации. Список использованной литературы содержит 58 наименований.

Выводы к главе 4.

В четвертой главе рассмотрены средства исследования радиочастотных датчиков и варианты практического применения.

Для контроля амплитудно-частотных характеристик радиочастотного датчика в процессе производства предложен специально разработанный метод.

1. На основе разработанных критериев обеспечения качества, технологического маршрута и концепции измерения параметров разработана, реализована и внедрена автоматизированная система контроля качества на этапах производства РИ.

2. Высокая степень автоматизации на производственных участках базовых этапов производственно-технологического маршрута позволяет обеспечить независимый от человеческого фактора контроль каждого РИ в последующим занесением информации в базу данных, содержащую основные данные о произведенных пассивных РИ.

3. Выявлено, что внедрение автоматизированной систем диагностики позволило на несколько порядков сократить влияние человеческого фактора на технологический процесс изготовления пассивных радиочастотных идентификаторов. При этом упрошена процедура контроля по базовым этапам производственно-технологического маршрута и контроле на соответствие техническим условиям (ТУ).

Заключение

.

В диссертационной работе на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований решена важная научно-техническая задача дистанционного контроля параметров изделий путем разработки методов и технических средств. Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. На основании анализа существующих методов и средств радиотехнического контроля изделий, а также требований к ним и условий их эксплуатации, предложены структурная схема системы дистанционного контроля, конструктивно-схемотехнические и программно-алгоритмические принципы построения датчика контроля.

2. С использованием предложенного метода и разработанного на его основе программно-аппаратного комплекса исследованы метрологические характеристики датчика, в частности его амплитудно-частотные характеристики.

3. Разработаны и изготовлены датчики, работающие на частоте 867 МГц и совместимые с ISO 19 374.

4. Полученные в работе практические результаты и рекомендации могут использоваться при проектировании новых и совершенствовании существующих систем дистанционного контроля параметров изделий.