авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Обеспечение производственной эффективности при проектировании и производстве устройств радиочастотной идентификации

На правах рукописи

Легкий Николай Михайлович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И

ПРОИЗВОДСТВЕ УСТРОЙСТВ

РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ

Специальность 05.02.22

«Организация производства (в области радиоэлектроники)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2011 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном об разовательном учреждение высшего профессионального образования «Мо сковский государственный технический университет радиотехники, элек троники и автоматики».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН, Реутов Александр Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, Лауреат Государственной премии, Савченко Владимир Петрович доктор технических наук, профессор, Сычев Вячеслав Петрович, доктор технических наук, Красный Владимир Петрович

Ведущая организация: ФГУП «Центральный научно исследовательский радиотехниче ский институт имени академика А.И.Берга »

Защита состоится «29» сентября 2011 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.131.04 при Московском государственном институте радиотехники, электроники и автоматики (технический универ ситет).

С содержанием диссертации можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики.

Автореферат разослан «_»2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент С.Н. Замуруев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

Интенсивность транспортных и логистических потоков непрерывно возрастает. Для организации новых форм транспортного обслуживания процессов грузовых и пассажирских перевозок в настоящее время уже не достаточно сведений, получаемых от традиционных систем сбора инфор мации, поскольку существующие методы идентификации и регистрации транспортных процессов практически исчерпали свои технические воз можности, допускают значительное отставание от реального процесса и недостаточно достоверны.

В некоторых транспортных и логистических приложениях объем информационного потока существенно превышает критический объем, ко торый способен обработать человек для принятия эффективного решения.

Поэтому исследования в области новых технологий, способных сущест венно уменьшить влияние человечного фактора при вводе информации в системы принятия решения путем автоматизации процессов распознавания различных объектов необходимы и своевременны.

В связи с все возрастающими потребностями производственных и транспортных отраслей российской промышленности, во внедрении но вейших IT разработок, решение комплекса сложных научно-технических проблем, связанных с созданием высокопроизводительных и надежных методов идентификации и ввода информации в автоматизированные сис темы не только сохраняет, но и усиливает с каждым свою актуальность.

Актуальна данная проблема и для антитеррористических задач.

Основой необходимой достоверности систем идентификации является полнота и качество информации, поступающей от систем идентификации в автоматизированные системы управления. От полноты и качества получен ной информации зависит эффективность принятия управленческих решений.

В последнее десятилетие интенсивно внедряются устройства иден тификации на основе технологии радиочастотной идентификации (РЧИ).

Технология радиочастотной идентификации относится к относительно но вым радиотехническим информационным технологиям. В зарубежных странах она развивается под брендом «RFID» (Radio Frequency IDentification). Появившейся на стыке радиолокации и цифровой передачи сигналов, системы радиочастотной идентификации нашли широкое при менение в различных отраслях промышленности и сфере оказания услуг, причем потребность в таких системах ежегодно увеличивается. В настоя щее время технология радиочастотной идентификации является на Западе одной из самых бурно развивающихся технологий. Только в патентной ба зе США ежемесячно появляется сотни патентов, имеющих отношения к технологии радиочастотной идентификации. Наиболее востребованы в ре альном секторе экономики (до 95% всего рынка RFID) устройства РЧИ на основе необслуживаемых пассивных радиочастотных идентификаторов, к особенностям которых можно отнести отсутствие собственного излучения.

Идентификация различных объектов с высокой степенью достоверно сти напрямую зависит от качества проектирования и производства считы вателей и идентификаторов, ориентированных на решение конкретной за дачи. В зависимости от типа объектов идентификации, условий и методов идентификации к устройствам идентификации предъявляют разные тре бования к конструктивному и схемотехническому исполнению, но общим остается высокая надежность и достоверность идентификации, которые за кладываются на стадиях проектирования и производства.

Анализ известных методов и средств исследования устройств радио частотной идентификации показал, что уровень стандартизации устройств идентификации, а особенно пассивных радиочастотных идентификаторов, недостаточен и требует новой единой универсальной методологии испыта ния. В связи с отсутствием единых требований к устройствам радиочас тотной идентификации, разработка единой методологической базы проек тирование пассивных устройств идентификации и методов их контроля ха рактеристик и диагностики неисправностей в процессе производства явля ется актуальной задачей.



Решение комплексной проблемы повышения качества идентифика ции связано с необходимостью разработки новых общих методов и средств получения и обработки информации, базирующихся на единых принципах классификации и описания принципов построения устройств и разработке на их основе программно-аппаратного обеспечения проектирования и ме тодов испытания. В связи с этим, разработка научной концепции по созда нию методов, алгоритмов и средств, обеспечивающих контроль и диагно стику устройств радиочастотной идентификации, является актуальной и важной задачей На сегодняшний день транспорт и логистика являются основными по требителями систем радиочастотной идентификации.

Целью диссертационной работы является решение важной научно технической проблемы обеспечения высокого технического уровня и про мышленно-технологической эффективности разработок и производства пассивных радиочастотных идентификаторов на всех основных этапах жизненного цикла на основе научно обоснованных методов, алгоритмов и программно-аппаратных комплексов мониторинга их параметров.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ и систематизацию методов и устройств радиочас тотной идентификации. Определить приоритетные направления, перспек тивы и тенденции развития устройств радиочастотной идентификации.

2. Определить основные факторы и требования к техническому уровню пассивных радиочастотных идентификаторов.

3. Исследовать функционально-параметрическое согласование пас сивного радиочастотного идентификатора и радиочастотного считываю щего устройства, в том числе в условиях ограниченного времени взаимо действия.

4. Разработать базовое проектное решение пассивных радиочастот ных идентификаторов и по результатам его оптимизации развить схемо технические и конструкторско-технологические решения.

5. Разработать методики, алгоритмы и программно-аппаратные сред ства контроля радиочастотных идентификаторов на этапе их промышлен ного производства.

6. Разработать методы и принципы построения автоматизированных методов диагностики и контроля пассивных радиочастотных идентифика ции на этапе эксплуатации и, на основании полученной информации, по высить эффективность производственно-технологического процесса.

7. Провести экспериментальные исследования разработанных пас сивных радиочастотных идентификаторов, а так же предложенных и вне дренных методов, алгоритмов и программно-аппаратных средств диагно стики и контроля.

Объектом диссертационного исследования является пассивная ра диочастотная идентификация.

Предметом исследования является совокупность теоретических, методологических и практических аспектов по обеспечению необходимого технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов на ос новных этапах жизненного цикла.

Методы исследования, используемые в работе: теория систем ра диолокации, теория передачи и обработки цифровых сигналов, математи ческое моделирование, теория надежности и статистические методы, экс периментальные исследования, компьютерная обработка результатов экс периментов.

Научная новизна:

1. На основе системного анализа проанализированы, классифициро ваны и систематизированы методы и устройства радиочастотной иденти фикации и определены основные факторы и требования к их техническому уровню.

2. На основе системных исследований проведена оптимизация схемы радиочастотного идентификатора по критерию увеличения дальности счи тывания.

3. Обоснован новый методологический подход к испытаниям пас сивных радиочастотных идентификаторов системы идентификации на всех этапах жизненного цикла.

4. Предложены методы и алгоритмы автоматизированного контроля технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов в про цессе их разработки и серийного производства.

5. Предложены методы повышения эффективности, как технологии производства, так и самой технологии пассивной радиочастотной иденти фикации как таковой.

6. Разработаны принципы и методы построения пассивных радиочас тотных идентификаторов для систем управления подвижными объектами.

7. На основе предложенных принципов разработаны новые конст рукции устройств и систем, защищенные патентами РФ на изобретения, позволяющие повысить эффективность производства и применения радио частотной идентификации в транспортно-логистических приложениях.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

Решение важной научно-технической проблемы создания базовых основ формирования номенклатуры отечественных пассивных радиочас тотных идентификаторов, соответствующих мировому уровню обеспечено исследованными и разработанными:

- научно обоснованными особенностями построения пассивных ра диочастотных идентификаторов, влияющих на его технический уровень;

- результатами исследования пассивных радиочастотных идентифи каторов, положенными в основу рационализации систем управления под вижными транспортными средствами;

- результатами исследований взаимодействия пассивных радиочас тотных идентификаторов и радиочастотных считывающих устройств, ха рактеризующих эксплуатационные свойства идентификаторов;

- теоретически и экспериментально обоснованными методами кон троля технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов в процессе производства;

- теоретическими и экспериментальными обоснованиями и реализа цией концепции поддержания технического уровня пассивных радиочас тотных идентификаторов по информации из сферы эксплуатации;

- разработанным и организованным производством пассивных ра диочастотных идентификаторов «КБД-2» для эксплуатации на подвижных средствах ОАО «РЖД» с объемом выпуска 500 000 идентификаторов в год.

Практическая значимость. В диссертационной работе решена ком плексная научно-практическая проблема обеспечения высокого техниче ского уровня и промышленно-технологической эффективности разработок и производства пассивных радиочастотных идентификаторов на всех ос новных этапах жизненного цикла на основе научно обоснованных мето дов, алгоритмов и программно-аппаратных комплексов мониторинга их параметров Внедрение в промышленную и эксплуатационную практику полу ченных в диссертационной работе научных результатов позволили:

- разработать базовые схемотехнические и конструктивно технологические решения пассивных радиочастотных идентификаторов;

- разработать оптимальную модель пассивного радиочастотного идентификатора для транспортно-логистических приложений и на его ос нове разработать и внедрить радиочастотный идентификатор КБД для сис темы мониторинга подвижных железнодорожных средств и перевозимых ими грузов;

- разработать и внедрить методику и система контроля технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов для задач их иссле дования в процессе разработки;

разработать и внедрить концепцию, конструкторско технологическую документацию, технологический маршрут и автоматизи рованная система контроля технического уровня пассивных радиочастот ных идентификаторов;

- разработать и внедрить принципы мониторинга технического уров ня пассивных радиочастотных идентификаторов в сфере эксплуатации.

Получены патенты на изобретения на основные конструкторско технологические решения, позволяющие повысить эффективность произ водства и использования пассивных радиочастотных идентификаторов.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждены апробациями и ре зультатами практических внедрений Реализация полученных результатов. Все полученные научно практические результаты, реализованные при разработке и производстве пассивных радиочастотных идентификаторов, нашли практическое приме нение, в том числе на сети железных дорог ОАО «РЖД».

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

Материалы диссертации были использованы при подготовке стан дартов серии «Идентификация компонентов изделий АТ [авиационной тех ники] с применением технологий RFID»: «Часть 2. Состав и формат пред ставления данных в радиочастотных метках» и «Часть 3. Термины и опре деления».

Новизна предложенных технических решений подтверждена 15 па тентами на изобретения.

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

Международные конференции:

- «Современные информационные и электронные технологии», Одесса, 2008;

- «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах», Новочеркасск, 2007;

- «Математические методы и информационные технологии в эконо мике, социологии и образовании», Пенза, 2003;

- «Инновационные процессы в управлении предприятиями и органи зациями», Пенза, 2002;

- «Системы проектирования, технологической подготовки производ ства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта», Москва, 2002.

Всероссийские конференции:

- «Транспорт-2008», Ростов на Дону, 2008;

- «Современные технологии в машиностроении», Пенза, 2003;

- «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике», Пенза, 2002;

- «Нейрокомпьютеры и их применение», Москва, 2001 [67];

Научная сессия РНОРЭС им. А.С.Попова, посвященная дню радио:

- Москва, 2010, 2009, 2006, 2005.

Научно-технические конференции МИРЭА.

За практические работы в области радиочастотной идентификации автором получены:

- серебряная медаль XII международного салона промышленной соб ственности «Архимед – 2009», 2009;

- медаль 10-го юбилейного международного форума «Высокие тех нологии XXI века», 2009 год.

Публикации. Список из 71 основных работ приведен в конце авто реферата, в том числе 2 монографии, 15 публикаций в изданиях, рекомен дованных ВАК, 15 патентов на изобретения, 13 докладов международных и всероссийских конференций и научных сессий.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе ния, шести глав, заключения и списка литературы. Диссертация содержит 303 страниц текста, 15 таблиц, 75 иллюстраций. Список использованной литературы содержит 178 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дан обзор состояния вопроса, сформулированы цель и основные задачи исследования, описа ны состав и структура работ, показана ее новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены текущее состояние и тенденции раз вития методов и устройств радиочастотной идентификации, перспектив ность направления пассивной идентификации.

В работе приведены основные термины и определения. Отмечено, что устройства радиочастотной идентификации относятся к РЭС малого радиуса действия. Функционирование РЭС такого типа должно отвечать следующим требованиям:

- не создавать помех другим радиоэлектронным средствам (РЭС):

- не требовать защиты от помех со стороны других РЭС.

В области организации автоматизированных систем с автоматиче ским вводом информации на основе технологии РЧИ следует выделить основные компоненты систем (рис.1):

1. Радиочастотный идентификатор (РИ), располагаемый на объекте идентификации, представляющий собой, как правило, электронную пла ту с информацией об объекте идентификации и адаптированный к усло виям эксплуатации объекта. Количество РИ в системе Ij, где j=1,…,m при m 2. Радиочастотное считывающее устройство (РСУ). Кроме процес са организации считывания информации с РИ (уровень 1), обеспечивает:

- принятие решения решение о достоверности принятой информа ции;

- передачу идентификационной информации в систему управле ния.

Количество РСУ в системе считывателей Сi, где i=1,…, n - коли чество считывателей, n 1.

3. Система управления, принимающая решение на основании по лученных с РСУ данных.

Рисунок Процесс получения данных с объекта идентификации определяет ся пересечением в определенной зоне – зоне идентификации элементов из массива Ij и массива Сi:

Dij= Ij Сi.

В работе на основе анализа и обобщения российского и зарубеж ного научно-технического опыта по областям применения, методам и типам устройств радиочастотной идентификации разработана классифи кация методов и средств радиочастотной идентификации. В качестве ос новного критерия систематизации выбрана структурная организация средств РЧИ.

В первом блоке рассматриваются характеристики, влияющие как на параметры РСУ, так и на характеристики радиочастотного идентифи катора (рис.2). Во втором блоке рассматриваются характеристиками только радиочастотного считывающего устройства (рис.3), третий блок связан с характеристиками идентификатора (рис.4).

Рисунок В целях разработки наиболее оптимальных и рациональных видов устройств радиочастотной идентификации, проведен анализ основных технических решений в данной области. Полученные результаты позво ляет констатировать, что не существует универсального единого техни ческого решения, пригодного для решения любого типа задач. При раз работке технического решения необходимо определить основные крите рии достижения цели с учетом многих требований.





В ходе исследований выявлены особенности применения пассив ных радиочастотных идентификаторов по сравнению с полупассивными и активными для задач идентификации подвижных объектов.

На рис.5 показаны расчетные зависимости основного параметра идентификации - дальности идентификации - от мощности излучения для данных типов РИ. В целях разработки оптимальных и рациональных технических решений проведен анализ положительных и отрицательных сторон каждого типа идентификаторов. Данный анализ позволил расши рить аргументацию в пользу пассивных высокочастотных методов иден тификации.

Рисунок Рисунок Р 1 – график для пассивных и полупас сивных систем радиочастотной Рпер идентификации 2 – график для активных систем ра диочастотной идентификации 3 – график для полупассивных систем радиочастотной идентификации при Рпер2 пониженной мощности излучения Рп-ид Рпрм R Rпас Rп/пас Rакт Рисунок В работе проведен анализ отечественной и зарубежной нормативной документации в области радиочастотной идентификации. Анализ показал, что уровень стандартизации устройств идентификации, в том числе пас сивных радиочастотных идентификаторов, недостаточен и требует нового единого универсального регламентационного подхода к созданию методо логии проектирования, создания и испытания РИ, отвечающих требовани ям заказчика.

При анализе и обобщении научно-технической литературы выявле но, что менее всего исследованы методы испытания пассивных идентифи каторов.

Анализируя существующие методы и средства идентификации под вижных объектов - транспортных средств и исходя из задачи построения эффективных систем управления перевозками, отмечено, что пассивные радиочастотные идентификаторы и радиочастотные считывающие устрой ства являются составной частью концепции информатизации транспорта и создания интеллектуальных транспортных средств и предназначены для высокоэффективного автоматического съема информации с подвижных объектов.

В целом, вышеприведенные исследования в области применения и перспектив развития методов и средств РЧИ, позволили сделать вывод, что наиболее востребованными для практического использования в автомати зированных систем управления в транспортных и логистических приложе ниях, в том числе при идентификации подвижных транспортных средств, являются пассивные радиочастотные идентификаторы с объемом памяти не менее 128 бит и осуществляющие информационный обмен с радиочас тотным считывающим устройством в частотных диапазонах 900 и МГц.

Во второй главе рассматриваются определяющие факторы и требо вания к техническому уровню устройств радиочастотной идентификации.

Анализ методов и средств обеспечения технического уровня разра боток и технико-технологическому уровню производства пассивных ра диочастотных идентификаторов показал, что для достижения результатив ности необходимо рассмотреть определяющие качество требования и фак торы.

При анализе характеристик пассивных радиочастотных идентифика торов необходимо принимать во внимание:

1. конструкторские и системотехнические факторы РИ;

2. производственные факторы;

3. эксплуатационные факторы, обусловленные физическими усло виями эксплуатации, такие как:

- кривизну волнового фронта падающей и отраженной электромаг нитных волн;

- траекторные нестабильности, при их наличии, как самого РСУ, так и РИ, вызванные, колебаниями объектов, на котором они установлены;

- относительные скорости перемещения РСУ и РИ;

- многократные переотражения электромагнитного поля между раз личными отражающими поверхностями (зданиями, металлическими кон тейнерами, автомобилями и т.д.) и приемо-передающими антеннами;

- случайный характер изменения отражающих свойств подстилаю щей поверхности, в том числе кустарников и деревьев;

- отражения от осадков.

Анализ показал, что определяющим фактором является отраженная от РИ мощность на входе РСУ, которая характеризуется выражением:

PсчитGсчит | Fсчит (1, 1 ) |2 идент | |2 Pсчит отр = Ln k m = kPсчит (4 )3 R Коэффициент k учитывает:

- конструктивные особенности антенны РСУ (Gсчит);

- конструктивные особенности антенны РИ (Gидент, идент);

- диаграмма направленности антенны РСУ в направлении на объект идентификации (Fсчит (1, 1));

- диаграмма направленности антенны РИ в направлении на РСУ (Fидент (2, 2));

- длину волны ();

- дополнительный множитель ослабления сигнала, обусловленный характеристиками радиотрассы (Ln);

- множитель, учитывающий коэффициент модуляции отраженного от антенны РИ сигнала и коэффициент заполнения (km);

- поляризационный коэффициент передачи по мощности ().

В работе была проведена оценка условий взаимодействия РСИ и РИ с учетом характеристик направленности антенны РИ и плоскости его креп ления.

Исходя из предположения, что поверхность объекта идентификации является идеально проводящей плоской средой с размерами значительно большими, чем длина волны излучения РСУ. Если на поверхность объекта падает плоско-поляризованная волна под углами и к нормали этой по верхности, то характеристику направленности можно выразить формулой:

(, )= (0, 0)[cos cos sin(2kА sin cos)/ /(2kА sin cos) sin(2kБ sin )(2kБ sin )] Максимальное значение диаграммы рассеяния объекта идентифика ции со сторонами А и Б равно (0, 0)= 64А2Б2/2.

В качестве антенны радиочастотного идентификатора используется полуволновый вибратор. Пусть на вибратор под углом, отсчитываемым от перпендикуляра к оси вибратора падает линейно-поляризованная волна.

Тогда характеристику рассеяния антенны идентификатора в виде полувол нового вибратора можно представить выражением:

()= (0)[cos sin(2 sin)/ (2 sin))]2.

Здесь максимальное значение (0) в случае полуволнового вибрато ра можно определить из формулы:

(0)=51,52/( 2 +[2ln(0,178 /a)]2).

Результаты исследования показали, что важным фактором техниче ского уровня устройств радиочастотной идентификации является зона идентификации.

Зоной идентификацией (или радиовидимости) при радиочастотной идентификации является пространственная область, в которой возможен обмен информацией между РСУ и РИ. Зона идентификации определяется, в основном, конструкторскими решениями антенн РСУ и РИ.

В работе проведен анализ влияния глубины амплитудной модуляции сигнала, как одного из основных факторов технического уровня, в прямой линии (запрос) и в обратной линии (ответ) на дальность идентификации.

Показано, что с точки зрения энергообеспечения пассивных РИ, возможен оптимальный, в зависимости от задач, выбор коэффициента модуляции.

Проведенные исследования и приведенные расчеты показывают, что многократные переотражения электромагнитного поля в условиях экс плуатации являются дестабилизирующим фактором и могут привести к паразитной амплитудной и угловой модуляциям отраженного сигнала и изменить его спектр, что может привести к ухудшению идентификации.

Установлено, что достоверность идентификации зависит от времени взаимодействия радиочастотного считывающего устройства и радиочас тотного идентификатора, то есть от времени нахождения движущихся объ ектов идентификации в зоне идентификации. В связи с этим, выделяется класс устройств радиочастотной идентификации, имеющих ограниченное время на прием и обработку идентификационной информации. В отличие от традиционного подхода к взаимодействию РСУ и РИ по ISO 18000, предложено для систем управления подвижными объектами с целью уменьшения времени съема информации с РИ использовать беззапросный метод считывания идентификации [16, 23-26, 39].

Данный подход позволяют получить ряд дополнительных преиму ществ, по сравнению с наиболее распространенными системами, постро енными на основе ISO 18000-6:

- идентификация скоростных объектов за счет уменьшения времени идентификации;

- значительно увеличить расстояние считывание (до 50-60 метров против 7-10 метров у типового решения);

- повысить достоверность идентификации за счет многократного по вторения циклов считывания.

В работе исследованы влияния движения объекта с РИ на результаты идентификации. Показано, что для скоростей объектов до 300 км/ч влия ние доплеровской частоты не существенно.

В работе исследована зависимость длины информационного кадра от времени пребывания объекта контроля в зоне идентификации и особенно стей конструктивных решений антенн РСУ и РИ. Показано, что при сред них стандартных параметрах РСУ и РИ и при соблюдении условий экс плуатации РИ, ограничений нет.

Определим время нахождения объекта через предельные параметры - максимальную дальность действия и ширину ДН антенны РСУ:

Tmax = 2Rmax sin(/2)/(Vcos()).

Учитывая, что максимальная скорость идентифицируемого объекта обычно задается заранее до проектирования системы, то, изменяя макси мальную дальность действия и ширину ДН, можем обосновать требования к длительности ответного сигнала и наоборот.

Приведенные в данной главе результаты исследования, а также расчет ные соотношения являются базовыми при разработке и внедрении в про мышленно-технологический цикл программно-аппаратных средств повыше ния технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов.

В третьей главе рассмотрено развитие схемотехнических и конст рукторско-технологических решений по созданию пассивных радиочас тотных идентификаторов.

В работе рассмотрены базовые проектные решения пассивных ра диочастотных идентификаторов, относительная важность которых зависит от применения идентификатора.

На рис.6 показана базовая функциональная схема пассивного радио частотного идентификатора.

согласования Выпрямитель Умножитель Устройство Антенна Память Модулятор (генератор кода) Рисунок В работе проведены исследования по влиянию элементов пассивных идентификаторов на его параметры. Основными элементами пассивного и полупассивного идентификаторов являются:

- антенна (для приема и отражения радиоволн);

- устройство согласования (для согласования импеданса антенны Za с импедансом схемы идентификатора Zc);

- модулятор (для изменения согласования Za и Zc), имеет два состоя ния: Z0 (состояние при передачи лог. «0») и Z1 (состояние при передачи лог.

«1»);

- выпрямитель (для питания цифровой части схемы идентификатора);

- память (для хранения и формирования цифровой идентификацион ной информации).

В работе в целях оптимизации исследованы особенности влияние элементов идентификатора на его технические характеристики.

Условием функционирования радиочастотного идентификатора яв ляется выполнение неравенства Ридент Рп + Рс где Pидент – мощность, поступающая на антенну РИ;

Pп – внутренние потери в РИ, определяемые рассогласованием высо кочастотных цепей за счет отклонения конструктивных и технологических параметров в процессе производства;

Pс – мощность, потребляемая схемой идентификатора (памятью) ра диочастотного идентификатора.

Результаты исследования, приведенные в табл.1, показали влияния элементов РИ на некоторые основные характеристики (в таблице «+» - за висимость есть, «–» - зависимость отсутствует).

В таблице «память» рассматривается не только как элемент хранения информации, но и устройства генерации тактовой частоты, схемы синхро низации, преобразования и кодирования.

Выявленные особенности используемых в идентификаторах цифро вых микросхем, мощность потребления которых составляет порядка 10-6…10-18 А при напряжении питания 1…3 вольта, позволили использо вать умножители напряжения для питания памяти.

Таблица Влияние элементов идентификаторов на его характеристики Выпрямитель согласования Умножитель Устройство Модулятор Антенна Память Характеристика Дальность считывания + + + + + + Дальность записи + + + + + Частотный диапазон + + + - - Коэффициент модуляции + + + - - Объем информации - - - - - + Ширина спектра + - - - - + Размер идентификатора + - - - - Функция измерения - - - - - + Материал объекта + + - - - Наличие корпуса + + - - - Проведенные исследования и полученные в результате системо технического проектирования выводы по составу и структуре радиочас тотного идентификатора позволяют перейти к формулировке базовой схемотехнической и конструкторско-технологической реализации и соз дания новых модификаций РИ.

Анализ питающего микросхему памяти РИ напряжения, позволив выявить закономерность:

U м = f (U а, n, U D ), где Uа – напряжение, получаемое с антенны;

n – коэффициент умножения умножителя напряжения;

UD – падение напряжения на выпрямителе.

Экспериментальные исследования позволили оптимизировать схе мотехнические и конструктивные решения умножителей напряжения.

На рис. 7 показана экспериментальная зависимость необходимой ампли туды входного напряжения от количества ступеней для выходной мощ ности 5 µW для различного напряжения на нагрузке. Из полученных данных видно, что при большом количестве ступеней умножения (более 3-4), улучшение энергетики незначительно. На рис. 8 показана экспери ментальная зависимость потребление мощности с ростом числа каскадов умножения N при фиксированном выходном напряжении постоянного тока для IН = 10-17 А.

Амплитуда входного напряжения, В 2,0 Uм = 2 В 1,8 Uм = 1 В Входная мощность, µW, Pвх Uм = 0,5 В 1, 1,4 1, Uм = 2 В 1,0 Uм = 1 В 0,8 Uм = 0, 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 Количество ступеней Количество ступеней Рисунок 7 Рисунок Проведенные исследования показали, что модулятор является клю чевым элементом примененного в данной системе устройства связи с ис пользованием передачи информации методом модуляции обратного рас сеяния. Он обеспечивает передачу информации от РИ к РСУ путем изме нения импеданса, подключенного к антенне радиочастотного идентифика тора, для модулированного отраженного сигнала. Анализ технического со стояния показал, что при изменении коэффициента отражения антенны возможны два типа модуляции: фазовая (ФМ) и амплитудная (АМ). В слу чае ФМ мощность, получаемая РИ, остается постоянной в обоих модуля ционных состояниях: Z0 и Z1. Это дает преимущество по сравнению с АМ.

Однако простая необходимость поглощения мощности в РИ при ФМ дела ет невозможным получение угла модуляции 180 (между двумя модуляци онными состояниями Z0 и Z1). В результате ухудшается показатель надеж ности связи, увеличивается частота появления ошибочных битов. На прак тике существует жесткая необходимость компромисса между мощностью, получаемой меткой, и отраженной мощностью, несущей информацию.

Импеданс нагрузки, состоящий из мнимой части Xс для обоих видов модуляции приведен в табл.2, поглощенная мощность Pс - в табл.3.

Установлено, что средняя согласованная мощность для режима ФМ 4 Rа Рс = Р 2 идент 4 Rа + Х с, а для АМ она равна Рс=(1-D)Ридент, где D – скважность сигнала.

Таблица Входной импеданс для типов модуляции АМ и ФМ Модуляция ФМ АМ Zс=Rс+jXс Zс=Rс Поглощение Zс=Rс-jXс Zс= Отражение Таблица Согласованная входная мощность для типов модуляции АМ и ФМ Модуляция ФМ АМ 4 Rа Рс = Ридент Поглощение Рс=Ридент 4 Rа + Х с 4 Rа Рс = Ридент Отражение Рс= 2 4 Rа + Х с В ходе исследования установлены зависимости средней согласован ной входной мощности от скважности сигнала для обоих видов модуляции (рис.9).

Рисунок Сравнение двух режимов позволило установить, что при АМ с низким коэффициентом заполнения сигнала выход по энергии лучше, чем при ФМ. При коэффициенте заполнения, равном, например, 0,15, нормализованная согласованная мощность для систем, работающих с АМ примерно на 6% выше. Это эквивалентно увеличению дальности считывания на 3%. Кроме того, входной импеданс модулятора АМ не зависит от частоты, поскольку он может быть реализован без использо вания реактивных элементов, например, с помощью электронного клю ча. Для максимизации дальности действия и работы на кратной частоте следует выбирать АМ с низким коэффициентом заполнения сигнала.

Это означает, что модулятор (в совокупности с входным импедансом выпрямителя) должен или быть полностью согласованным с импедан сом антенны, или быть эквивалентным короткозамкнутой цепи (или ра зомкнутой цепи). Такую характеристику легко получить с помощью ключа и согласующей схемы. Две возможных конфигурации показаны на рис. 10.

Антенна Нагрузка Za согласования (ИМС) Схема ~ Zc а) Антенна Нагрузка согласования Za (ИМС) Схема ~ Zc б) Рисунок Оптимизация антенны РИ имеет первостепенное значение. Ана лиз показал, что антенна РИ в определяющей степени влияет на частот ные характеристики РИ. Коэффициент, который определяет, какое ко личество мощности отражается от антенны обратно, имеет вид 4 Ra К= | Z c + Z a |2.

В табл. 4 приведены значения K для некоторых вариантов импе данса антенной нагрузки (схемы/микросхемы памяти).

Таблица Некоторых значения коэффициента отражения от импеданса антенной нагрузки Параметр Значения Zc Za 4R К= 2 a К 1 Ra + X a Установлено, что коэффициент передачи мощности антенны ра диочастотного идентификатора можно определить как Рc =, Ра где Pc – мощность, которая может быть получено схемой радио частотного идентификатора от антенны.

Так же установлено, что коэффициент передачи мощности антен ны идентификатора можно выразить через сопротивления антенны и ее нагрузки 4 Rc Ra = 0, | Z c + Z a |2, где Zc = Rc + jXc - импеданс схемы идентификатора, а Za = Ra + jXa импеданс антенны РИ.

Выявленные количественные изменения импеданса антенны РИ, импеданса схемы идентификатора (нагрузки антенны) и дальности счи тывания как функций частоты для типичного радиочастотного иденти фикатора показана на рис. 11. Частота, соответствующая пику дально сти соответствует резонансной частоте идентификатора. Частотный диапазон дальности действия РИ определен как полоса частот, внутри которой метка обеспечивает приемлемую минимальную дальность счи тывания.

Анализ схемотехнических и конструкторско-технологических решений позволил разработать базовый комплект конструкторской и технологической документации, обеспечить повторяемость при серий ном производстве.

В диссертации предложена методика исследования радиочастот ных идентификаторов, доведенная до практической реализации. Ис пользование разработанного инструментария предложенной методики позволили исследовать опытные образцы некоторых РИ.

Экспериментальная амплитудно-частотная характеристика, полу ченная с использованием предложенной автором методики, показаны на рис. 12. Очевидно, что с учетом погрешностей, измеренные характе ристики соответствуют теоретическим.

Собственный Резонанс антенны резонанс антенны идентификатора с идентификатора импедансом 50 Ом Импеданс Ra -Xc Xa Rc f Дальность считывания Резонанс Пиковая дальность идентификатора Минимальная требуемая дальность считывания fc f Частотный Рисунок диапазон дальности Рисунок Экспериментальными исследованиями выявлены особенности РИ, такие как зависимость частоты внутреннего генератора от напряженности электромагнитного поля (рис. 13).

В работе так же рассматриваются особенности работы радиочастот ного идентификатора под защитными покрытием и на металлических по верхностях. На рис. 14 показано изменение амплитудно-частотной харак теристики при размещении платы РИ в диэлектрический корпус.

На рисунке 15 показано изменение амплитудно-частотной характе ристики пассивного идентификатора при изменении напряженности маг нитного поля. При напряженности поля Е=3,5 В/м рабочая полоса со ставляет 835…903 МГц, при напряженности поля Е=2,5 В/м рабочая полоса – 840…878 МГц.

В целом, вышеприведенные результаты исследований показали, что схемотехнические и конструкторско-технологические решения эф фективны, а предложенная методика измерений и программно аппаратный комплекс на ее основе позволяют достигнуть необходимо го технического уровня разработок до постановки изделия на серийное производство.

Рисунок Рисунок Предложенный в диссертационной работе подход к анализу пас сивных РИ при его взаимодействию с радиочастотным считывающим устройством делает возможным поддержание необходимого техниче ского уровня, как в процессе промышленного производства, так и во время эксплуатации.

Рисунок Рисунок В четвертой главе приведены полученные в работе результаты обеспечения управления техническим уровнем пассивных радиочастот ных идентификаторов на базовых этапах производственно технологического маршрута.

Анализ радиочастотных идентификаторов, проведенный в преды дущих главах, позволил разработать комплекс требований по обеспече нию качества радиочастотных идентификаторов на этапах жизненного цикла и определить ключевые точки контроля при разработке и поста новке изделия на производство. На рис. 16 показаны базовые этапы производственно-технологического маршрута.

В работе рассмотрены основные показатели качества функциони рования радиочастотного идентификатора.

Установлено, что основными показателями качества, совокупно стью которых можно характеризовать состояние РИ, являются досто верность считанной информации и ее полнота.

Рассматривая процесс функционирования РИ как процесс поведе ния нелинейной стохастической системы со скачкообразным изменени ем информационного состояния в неизвестные моменты времени, каж дому информационному состоянию системы можно поставить в соот r ветствие определенную совокупность значений вектора x, характери зующего качество его выходной информации. Отклонение системы в некоторый tj момент времени от нормального режима функционирова ния, то есть ее переход в нарушенное состояние, приводит к скачкооб r разному изменению значения вектора x.

Тогда в дискретные моменты времени t1, t2, …, tk, …, соответст rr r x1, x2,K, xk,K, вующие времени расчета векторов показателей качества имеется последовательность случайных величин d1, d2, …, dk, …, со значениями r 1, если по вектору показателей качества хк принято решение, что k = 1;

dk = 0, если принято решение, что k = 0;

с вероятностями правильных решений P(d k= 1/ k= 1)= Pk;

P(dk= 0/ k= 0)= qk.

В этом случае момент изменения информационного состояния сис темы определяется правилом:

= inf {tk 0 : k A}, где А- некоторая постоянная, определяемая вероятностью «ложной» трево ги ;

к- апостериорная вероятность изменения информационного состояния средства к моменту tk:

(1 k 1 )(1 Pk,k 1 ) 1 qk d k qk (1 d k ).

k = 1 + k 1 + Pk, k 1 (1 k 1 ) Pk 1 Pk Рисунок ( ) Контроль совокупности {xi }, i = 1, m показателей, составляющих r вектор x качества выходной информации системы, то есть определение значения dk, используемого при расчете k, проводится в соответствии со следующим правилом:

1, если xi xi ;

dk = 0, если xi xi, где xi - аномальное значение i-го показателя качества.

Иными словами, контроль совокупности показателей качества выходного потока информации РИ позволяет определить нарушение состояния какого либо элемента устройства.

Выявлено, что при проведении испытаний РИ по выходным ин тегрированным характеристикам, их отклонения зависят от отклонения параметров элементов РИ и его функциональное состояние можно представить в виде функции диагностических параметров:

() k SФ = f Dn = f (D1, D2,..., Dn ) = a0 + am Z m m =, где n – количество компонентов идентификатора;

D1, D2,…, Dn – независимые факторы, оказывающие влияние на величину S;

Z1=D1,…, Zn=Dn, Zn+1=D1*D2,…, Zi =Dn-1*Dn, Zi+1=D1*D2*D3, …, Zk= D1*D2*D3*...*Dn-1*Dn;

а0, а1, …., аm - неизвестные параметры модели.

Определено, что задача диагностики заключается в определении вида зависимости параметров и степени влияния того или иного диаг ностического параметра на функциональное состояние объекта. При этом SД=|S M-S Ф| 0, где SM – состояние модели.

По результатам анализ существующих методов контроля РЭА с учетом выявленных особенностей функционирования РИ автором была определена методика операционных и приемосдаточных испытаний, основанных на вышеизложенной концепции оценки качества РИ.

Проведенные исследования показали, что для обеспечения кон троля технического уровня РИ необходимо и достаточно обеспечить выполнение условия:

|SM-SФ|, где – заранее заданный уровень отклонения параметров.

Разработанный автором метод контроля параметров измеряемого сигнала основан на алгоритме с использованием основе нечеткой логи ки [68]. Данный метод позволяет ускорить процесс контроля парамет ров и уменьшить общее время диагностики неисправностей. На рис. представлен график, поясняющий принцип работы данного метода.

Рисунок Существует диапазон значений Soi = S2i' - S1i' сигнала Soi, при котором РИ является полностью работоспособным. Если измеренный сигнал в попадает в интервал Soi, то РИ является исправным. В ин тервалах {S 1' … S1"} и {S2' … S 2"} вероятность нормального функ ционирования ОК уменьшается с р=1 (при S') до р=0 (при S"). Типо вым решением для данной системы установлено, что диапазоны {S 1 … S1’} и {S2' … S2} определены как "работоспособное состояние, но с от клонением параметров" с обязательным отражением в БД. Состояния, когда измеренный сигнал попадает в диапазоны {S1 ” … S1} и {S2 … S2”}, а так же когда выходит за заданные приделы, т.е. Si S2" или Si S1", то РИ является неисправным.

Значения S1 и S2 определяются для каждого параметра.

Понятие «сигнал в требуемых пределах» для измеряемого пара метра сигнала S является в общем случае качественной характеристи кой, достаточно расплывчатой. Конкретное количественное значение это понятие приобретает при определенных условиях.

Любые качественные характеристики РИ являются менее опреде ленными, чем количественные, но они являются функцией нескольких факторов и параметров, при задании которых качественные характери стики превращаются в количественные.

Каждому измеренному сигналу S изм ставится некоторое действи тельное число 0g(S)1, оценивающее степень уверенности в том, что измеренное значение сигнала S изм находится в «норме» [68].

Определено, что с ростом уверенности в данном событии величи на g(S) растет. Если измеренное значение Sизм достоверно, то g(S)=1, если Sизм заведомо не попадает в допустимые пределы, то g(S)=0.

Значение параметра S в диапазоне «норма» экспертно оценивает ся в некотором диапазоне значений, где нижняя граница - S min, а верх няя граница - S max. Границы диапазона измерения {S max - Smin} так же являются нечеткими и зависят от многих факторов. Влияние отклоне ний измерений при дрейфе нижней и верхней границ показан в табл.5.

На основе разработанных критериев обеспечения качества, тех нологического маршрута и концепции измерения параметров разрабо тана, реализована и внедрена автоматизированная система контроля качества на этапах производства РИ.

Высокая степень автоматизации на производственных участках базовых этапов производственно-технологического маршрута позволя ет обеспечить независимый от человеческого фактора контроль каждо го РИ в последующем занесением информации в базу данных.

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

В ходе работы над диссертацией была разработана база данных, содержащая основные параметры пассивных РИ, полученных в услови ях производства для исследования влияния сферы эксплуатации на па раметрические изменения РИ.

Предложенный в диссертационной работе универсальный подход к анализу технического уровня пассивных РИ делает возможным пара метрический контроль характеристик как в процессе разработки и про мышленного производства, так и в рамках сертификационных испыта ний других, в том числе и зарубежных, производителей.

В целом, вышеприведенные результаты исследований показали, что предложенное методическое и программно-аппаратное обеспечение управления техническим уровнем пассивных радиочастотных иденти фикаторов является основным составным элементом в процессе про мышленного производства, и при этом необходимый технический уро вень пассивных РИ может быть достигнут внедрением разработанного на основе предложенного метода автоматизированного комплекса тех нической диагностики.

В целях дальнейшего совершенствования как конструкторско схемотехнических, так и промышленно-технологических решений ис пользовалась информация с ключевых производственных участков производственно-технологического маршрута, в том числе и по резуль татам анализа данных из сферы эксплуатации.

Таблица Отклонение нижней и верхней границ измерения Вариант Значения S’max = Smax = const S’min Smin Scp - |Smax - Smin | S’max Smax S’min = Smin = const Scp - |Smax - Smin | S’max = Smax = const S’min Smin Scp - |Smax - Smin | S’max Smax S’min = Smin = const Scp |Smax - Smin | S’max Smax S’min Smin Scp - const |Smax - Smin | S’max Smax S’min Smin Scp - const |Smax - Smin | S’max Smax S’min Smin Scp - |Smax - Smin | - const S’max Smax S’min Smin Scp - |Smax - Smin | - const В пятой главе представлены результаты разработки методов управления техническим уровнем пассивных радиочастотных идентифи каторов на основе мониторинга в условиях эксплуатации в системах управления движущимися объектами.

Эксплуатация пассивных радиочастотных идентификаторов в не посредственном контакте со входом системы управления – радиочастот ным считывающим устройством, который является инициатором про цесса идентификации и первым главным реципиентом информации РИ, позволяет организовать мониторинг состояния радиочастотных иденти фикаторов в процессе эксплуатации. Через информацию из сферы экс плуатации - радиочастотного считывающего устройства - осуществляет ся разработка мероприятий и эффективное влияние на обеспечение тех нического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов в про цессе производства.

Исходными данными для постановки и решения задач управления техническим уровнем пассивных радиочастотных идентификаторов на основе их мониторинга в условиях эксплуатации является множество РСУ, расположенных в пространстве перемещений РИ.

Выявлено, что обработка данных, поступающих от одного РИ че рез разные РСУ, может использоваться для оценки технического уровня данного идентификатора, а так же для выявления условий эксплуата ции, не соответствующих ТУ. Для анализа текущего технического уровня РИ используется выходной сигнал РСУ Y(t/Q) процесса y(t/Q), который принимает значение суммы случайных дискретных изменений y(tV/Q) процесса y(t/Q), полученных в последовательные моменты вре V tV = zi мени, где zi=ti-ti-1 - случайная величина с функцией распределе i = ние A(x). Значения величины y(tV/Q) характеризуют, кроме текущего изменения процесса y(t/Q), также потенциальную возможность ухода параметров за границу допустимой области.

Введение в рассмотрение вспомогательного процесса восстановле ния {tV}, а также требование ограниченности процесса Y(t/Q) делает возможным применение методов теории систем с временной и аппарат ной избыточностью, представляющей одно из современных развиваю щихся направлений теории систем массового обслуживания.

В работе применена параметрическая модель считывания радио частотного идентификатора при его последовательном считывании его несколькими считывателями, при этом из соединенных радиочастотных считывающих устройств (узлов) и образует граф с направленными свя зями от входов системы управления к ее центру - серверу. Для описания каждого считывания используется процесс, описанный в главе 2 дисер тации.

Данный подход позволяет сформировать полную картину техниче ского состояния не только пассивных радиочастотных идентификаторов, установленных на движущихся объектах, но и входящих в систему прав ления радиочастотных считывающих устройств.

Анализ позволил сделать вывод, что дискретно-непрерывную мо дель процесса группирования сообщений о параметрических отклонени ях характеризуется распределением =(1, …, i, …, n), i,= ij, где i характеризует сеть однородных входных элементов системы управления – радиочастотных считывающих устройств с направленными связями, которые образуют последовательную цепочку считывания ин формации с РИ (n – количество РСУ в системе управления), а параметр j характеризует массив элементов идентификации, ус тановленных на подвижных объектах (j=2, 3,…, m, где m – количество РИ в системе управления).

При этом учитываются особенности функционирования радиочас тотных считывающих устройств, и определяется в соответствии с ij те пары взаимодействия РСУ - РИ, в которых контролируется процесс воз никновения отклонения параметров и воздействия информации предше ствующего радиочастотного считывающего устройства на следующий. С вероятностью 1 рассчитываются процессы в считывателе С1 при взаи модействии с идентификатором Ij, в которых под действием изменяю щихся условий 1(t) происходит изменение выходной характеристики y1(t/Q1) и отклонение ее от номинала y1(н)(t/Q1), при t=tV на величину, равную случайному значению y1(t/Q1). Это можно интерпретировать как:

- возникновение в РСУ С1 отклонения параметров;

- возникновение в радиочастотном идентификаторе Ij отклонения параметров;

- изменение условий считывания из-за изменения условий экс плуатации.

Исследования показали, что определение конкретного варианта из этих трех случаев, может быть выявлено при дальнейшей обработке ин формации с РСУ на сервере системы управления. Для этого использует ся следующий алгоритм:

- проанализировать информацию, приходящую с РСУ Ci при счи тывании нескольких радиочастотных идентификаторов;

- проанализировать информацию, приходящую с РИ Ij при считы вании несколькими радиочастотными считывающими устройствами.

На рис. 18 показаны разработанные методы мониторинга пассив ных радиочастотных идентификаторов в процессе эксплуатации в сис темах управления движущимися объектами.

Таким образом, эксплуатационный контроль, учитывающий нали чие двух типов устройств в системах управления - пассивных радиочас тотных идентификаторов и радиочастотных считывающих устройств – и работающих по принципу «каждый РИ с каждым РСУ», позволил разра ботать и внедрить методы и мероприятия по управлению техническим уровнем пассивных радиочастотных идентификаторов, в том числе чет ко отслеживать состояния РИ или РСУ, работающих в условиях, не пре дусмотренных ТУ.

Мониторинг РИ РСУ Взаимодействие Встроенный Взаимодействие с РИ контроль с РСУ Рисунок В шестой главе приведены материалы организации и использова ния результатов мониторинга пассивных радиочастотных идентифика торов из сферы эксплуатации для совершенствования производственно технологического цикла их производства.

Разработанные методы и программно-аппаратное обеспечение для обработки поступающей информации из автоматизированной системы управления железнодорожными транспортными средствами послужили научно-технологической основой воздействия на технический уровень производства пассивных радиочастотных идентификаторов.

Организация сбора информации о пассивных радиочастотных идентификаторах из сферы эксплуатации и совершенствование на ее основе конструкторско-схемотехнического и производственно технологического процессов при разработке и производства РИ является одной из задач раздела работы.

В данной главе рассматриваются проведенные практические реа лизации методов контроля, рассмотренных в предыдущей главе при экс плуатационных испытаниях системы радиочастотной идентификации железнодорожных транспортных средств.

Для анализа влияния условий эксплуатации на движущихся объек тах – железнодорожных транспортных средствах: локомотивах и вагонах – были проведены натурные испытания пассивных идентификаторов.

На рис. 19 показаны примеры считывания информации с использо ванием специального программного обеспечения, установленного на РСУ: а) характеристики РИ соответствуют ТУ, б) характеристики не со ответствуют ТУ, в) плавающий дефект.

0,04 0, 0,02 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 0 -0, 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 -0,02 -0, -0,04 -0, -0,06 -0, -0,08 -0, 40882112555629F100000000000000D 40882112555637D500000000000000D № № Размер зоны считывания 3,9 м Размер зоны считывания 3,2 м а) 0,07 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 0, -0, 0, 0,04 -0, 0, -0, 0, 0, -0, -0, 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 -0, D37FF0FA7EBEFFEFFDFF1FA11F03C0CC 40892024385700F000000000000402C № № Размер зоны считывания 3,9 м Размер зоны считывания 2,4 м Незакодированный РИ Пониженная частота генератора РИ б) D37FF0FA7EBEFFEFFDFF1FA11F03C0CC D37FF0FA7EBEFFEFFDFF1F00000402C 40892061948808D000000000000402C 0, 0, 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 -0, -0, -0, -0, Код D37FF0FA7EBEFFEFFDFF1FA11F03C0CC Код 40892061948808D000000000000402C (Левый фрагмент) (Правый фрагмент) Код D37FF0FA7EBEFFEFFDFF1F00000402C (Однократное считывание) в) Рисунок Показано, что только при эксплуатации и натурных испытаниях можно снять характеристики пассивных радиочастотных идентификато ров, которые не возможно исследовать в условиях производства и вы явить закономерности, необходимые для повышения технического уровня РИ.

В результате информация, поступающая из сферы эксплуатации о состоянии пассивных радиочастотных идентификаторов, явилась основой для обеспечения требуемого технического уровня РИ в процессе произ водства.

В заключении приведены основные результаты работы.

В результате проведенных исследований, разработок, промышлен ного внедрения и мониторинга в сфере эксплуатации, решена важная на учно-техническая проблема по созданию базовых основ формирования номенклатуры отечественных пассивных радиочастотных идентификато ров, соответствующих мировому техническому уровню.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований, ма тематического и имитационного моделирования, разработанных методов и алгоритмов, совершенствования на этой основе промышленно технологических процессов, натурных испытаний пассивных радиочас тотных идентификаторов, получены следующие основные результаты и выводы:

1. Внедрение систем управления с распознаванием подвижных объ ектов на основе технологии радиочастотной идентификации дает воз можность решить проблему автоматизации процессов информационного обеспечения грузовых и пассажирских перевозок на транспорте, не тре бует изменения существующей системы управления перевозками и по зволяет уменьшить влияние человеческого фактора на принятие решений.

Анализ существующих методов и средств радиочастотной иденти фикации показал, что для идентификации подвижных объектов методами пассивной радиочастотной идентификации наиболее удовлетворяют со отношению цена/качество.

2. Рассмотрены и определены основные факторы и требования к техническому уровню пассивных радиочастотных идентификаторов, что является определяющим для их функционально-параметрического согла сования с радиочастотными считывающими устройствами - входными устройствами систем управления. Это позволяет формировать конструк торско-технологический процесс разработки и производства пассивных радиочастотных идентификаторов, адаптированных к техническому уровню, соответствующих требованиям эксплуатационной сферы 3. Разработано базовое проектное решение с целью оптимизации схемотехнических и конструкторско-технологических решений по созда нию пассивных радиочастотных идентификаторов для различных прило жений. Выявленные зависимости влияния отдельных элементов пассив ного радиочастотного идентификатора на его основные эксплуатацион ные характеристики позволили разработать и внедрить типовой произ водственно-технологический маршрут производства.

4. Решена задача получения достоверных данных о работоспособ ности пассивных радиочастотных идентификаторов, установленных на железнодорожном подвижном составе, без нарушений технологического процесса перевозок.

5. Разработаны и внедрены методы и программно-аппаратное обес печение для обработки поступающей информации из автоматизированной системы управления железнодорожными транспортными средствами по служили научно-технологической основой воздействия на производст венно-технический уровень производства пассивных радиочастотных идентификаторов.

6. Разработанные и внедренные методы управления технологиче ским процессом производства пассивных радиочастотных идентификато ров, включая разработанные и внедренные стандарты предприятия, яв ляющихся практической основой предложенных методов, позволили обеспечить технический уровень изделий, улучшить эффективность и управляемости процессов производства и выявить основные контрольные точки технологического маршрута. Повышение результативности про цесса производства составило более 10%.

7. Разработан и внедрен пассивный радиочастотный идентификатор «КБД-2» для установки на подвижной состав ОАО «РЖД». Объем выпус ка КБД-2 составил 600 000 штук.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монографии 1. Легкий Н.М. Радиочастотная идентификация в интегрированной логистической поддержке жизненного цикла авиационных комплектую щих: монография [электронный ресурс] // М.:МИРЭА, 2010. – 1 электрон.

опт. диск (CD-ROM) — ISBN 978-5-7339-0845-8, регистрационный № 0321002563.

2. Легкий Н.М., Охинченко А.П. Радиочастотные технологии в сис темах мониторинга безопасности транспортной инфраструктуры: моно графия [электронный ресурс] // М.: МИРЭА, 2009. – 1 электрон. опт.

диск (CD-ROM) — ISBN 978-5-7339-0842-7, регистрационный № 0321000067.

Статьи, опубликованные в изданиях из списка ВАК 3. Легкий Н.М. Автоматизация контроля характеристик радиочас тотных идентификаторов /Н.М. Легкий, М.А. Рыбин, А.С. Дунаев // Нау коемкие технологии, №2, 2011, с.52-58.

4. Легкий Н.М. Измерение параметров отраженного от RFID идентификатора сигнала // Естественные и технические науки, №5, 2010, с.383-385.

5. Легкий Н.М. Активная радиочастотная идентификация в систе мах позиционирования подвижных объектов // Наука и техника транспор та, 2010, № 2, с.41-45.

6. Легкий Н.М. Стандартизация в области радиочастотной иденти фикации скоростных объектов // Естественные и технические науки, №4, 2010, с.269-270.

7. Легкий Н.М., Линьков В.И., Охинченко А.П. Использование спутниковых радионавигационных технологий для повышения безопас ности движения поездов на скоростных и высокоскоростных магистралях // Наукоемкие технологии, №8, 2010, с.20-24.

8. Легкий Н.М. Управление перевозочным процессом на основе ин формации о местоположении транспортного средства // Наука и техника транспорта, 2009, № 3, с.38-40.

9. Легкий Н. М. Дистанционный контроль параметров объекта на основе технологии радиочастотной идентификации // Датчики и системы 2009, №9, с.52- 10. Легкий Н.М. Моделирование состояний радиочастотных датчи ков системы автоматической идентификации транспортных средств // Наука и техника транспорта, 2009, № 2, с.68- 11. Легкий Н.М. Использование радиотехнических информацион ных технологий для повышения безопасности движения транспорта на железных дорогах / С.Н. Замуруев, Н.М. Легкий, А.П. Охинченко // Нау коемкие технологии. №6, 2008, т.9, с.59-62.

12. Легкий Н.М. Системный подход в проектировании систем ра диочастотной идентификации / С.Н. Замуруев, Н.М. Легкий // Наукоем кие технологии. № 12, 2008, т.9, с.51-54.

13. Легкий Н.М. Внедрение САИ «Пальма» продолжается // Логи стика, 2005, №4, с.26- 14. Легкий Н.М. Исследование сбоев в электронных модулях систем управления, содержащих ПЗУ // Приводная техника, №3, 2004, с.37-39.

15. Легкий Н.М. Программная коррекция данных при вводе непре рывной информации в микропроцессорных системах управления./ Н.М.

Легкий, Л.А. Широков // Приводная техника, №3, 2003, с.52-57..

16. Легкий Н.М. «Пальма» — система автоматической идентифика ции транспортных средств / В. В. Белов, Н.М. Легкий и др. // Железнодо рожный транспорт. 2002, № 8, с. 54-59.

17. Легкий Н.М. Подсистемы управления контактирующим устрой ством в автоматизированных системах контроля // Приводная техника, №6, 2002, с.37-38.

Изобретения 18. Патент РФ 2410716 Радиочастотное устройство идентификации на поверхностных акустических волнах / Н.М. Легкий, опубл. 27.01.2011.

19. Патент РФ 2397094 Способ и система прицельной остановки же лезнодорожных транспортных средств / Н.М. Легкий, опубл. 20.08.2010.

20. Патент РФ 2379209 Устройство фиксации прохождения колес ной пары / Н.М. Легкий, опубл. 20.01.2010.

21. Патент РФ 2350979 Система автоматической радиочастотной идентификации / Н.М. Легкий, опубл. 27.03.2009.

22. Патент РФ 2320510 Автоматизированная система считывания идентификационной информации с подвижных объектов/ Н.М. Легкий, опубл. 27.03.08.

23. Патент РФ 2314957 Способ считывания информации с радиочас тотной метки колесной пары и система, реализующая данный способ / Н.М. Легкий, опубл. 20.01.08.

24. Патент РФ 2314955 Система автоматической идентификации для двухпутных участков железных дорог / В.В. Белов, Н.М.. Легкий, опубл.

20.01.08.

25. Патент РФ 2314956 Способ автоматической идентификации под вижного состава на многопутных участках железной дороги и система для его реализации / Н.М. Легкий, В.В. Белов, опубл. 20.01.08.

26. Патент РФ 2338344 Защитный кожух для радиоэлектронных уст ройств / Н.М. Легкий, опубл. 10.11.08.

27. Патент РФ 2342679 Пассивная радиометка системы автоматиче ской идентификации с возможностью передачи характеристик объекта / Легкий Н.М. Кл.G01S13/75, опубл. 27.12.2008.

28. Патент РФ 2254585 Способ контроля антенных систем / Н.М.

Легкий, Б.Г. Горшков, А.В. Криштопов, опубл. 20.06.05.

29. Патент РФ 2241309 Устройство аналогово-цифрового преобразо вания / Н.М. Легкий, К.Ю. Капцов, опубл. 27.11.2004.

30. Патент РФ 2233568 Способ герметизации корпуса электронного прибора / И.Е. Березина, Н.М. Легкий и др., опубл. 27.07.2004г.

31. Патент РФ 2233567 Герметичный корпус для радиоэлектронных плат / И.Е. Березина, Н.М. Легкий и др. опубл. 27.07.2004г.

32. Патент РФ 2222030 Система идентификации объектов / В.В. Бе лов, Н.М. Легкий и др., опубл. 20.01.2004г.

Публикации в сборниках научных трудов и центральных журналах 33. Легкий Н.М. Контроль качества радиочастотных идентификато ров в процессе эксплуатации // Современные проблемы совершенствова ния работы железнодорожного транспорта. Межвузовский сборник науч ных трудов / Под ред. д.т.н. В.А.Бугреева. – М.: МИИТ, 2010. с.12-17.

34. Легкий Н.М., Охинченко А.П. Качество излучения радиопере датчиков радионавигационных систем // Наука и технология №4, 2010, с.15-18.

35. Легкий Н.М. Универсальный радиопередающий модуль для сис тем активной радиочастотной идентификации // Наука и технология, №3, 2010, с.19-21.

36. Легкий Н.М. Программно управляемые радиопередающие уст ройства для систем радиочастотной идентификации // Наука и технология, №3, 2010, с.15-18.

37. Легкий Н.М. Влияние металлической подложки на работу RFID меток / Н.М. Легкий, А.С. Дунаев // Современные проблемы совершенст вования работы железнодорожного транспорта. Межвузовский сборник научных трудов / Под ред. д.т.н. В.А.Бугреева. – М.: РОАТ, 2009. с.47-50.

38. Легкий Н.М. Критерии конструирования пассивных кодовых бортовых меток для системы радиочастотной идентификации железнодо рожных транспортных средств // Современные проблемы совершенствова ния работы железнодорожного транспорта. Межвузовский сборник науч ных трудов / Под ред. д.т.н. В.А.Бугреева. – М.: РОАТ, 2009. с.15-19.

39. Легкий Н.М. Повышение достоверности распознавания колесных пар в системе радиочастотной автоматической идентификации железнодо рожных транспортных средств // Современные проблемы работы железно дорожного транспорта. Межвузовский сборник научных трудов. М.:РГОТУПС, 2008, Т.1,с.24-27.

40. Легкий Н.М. Методы определения местоположения транспорт ных средств // Современные проблемы работы железнодорожного транс порта. Межвузовский сборник научных трудов. - М.:РГОТУПС, 2008, Т.1,с.21-23.

41. Легкий Н.М. Ультразвуковая сварка корпусов КБД / Н.М. Лег кий, И.Е. Березина, С.В. Кондратенков // Система автоматической иденти фикации «Пальма». Опыт проектирования, внедрения и эксплуатации:

Сборник статей / под ред. Н.М.Легкого, В.И.Денисова. – МИИТ, 2007, с.

121-126.

42. Легкий Н.М. Автоматизация управления качеством КБД САИ / К.Ю. Капцов, Н.М. Легкий // Система автоматической идентификации «Пальма». Опыт проектирования, внедрения и эксплуатации: Сборник ста тей / под ред. Н.М.Легкого, В.И.Денисова. – МИИТ, 2007, с.115-121.

43. Легкий Н.М. Датчик на микроконтроллере, совместимый с САИ «Пальма» / Н.М. Легкий, А.И. Пузанов // Система автоматической иденти фикации «Пальма». Опыт проектирования, внедрения и эксплуатации:

Сборник статей / под ред. Н.М.Легкого, В.И.Денисова. – МИИТ, 2007, с.96-110.

44. Легкий Н.М. Построение пунктов считывания САИ «Пальма» / Н.М. Легкий, В.И. Козлов // Система автоматической идентификации «Пальма». Опыт проектирования, внедрения и эксплуатации: Сборник ста тей / под ред. Н.М.Легкого, В.И.Денисова. – МИИТ, 2007, с.55- 45. Легкий Н.М. Схемотехника кодовых бортовых датчиков сис темы радиочастотной идентификации железнодорожных транспортных средств // Система автоматической идентификации «Пальма». Опыт про ектирования, внедрения и эксплуатации: Сборник статей / под ред.

Н.М.Легкого, В.И.Денисова.–МИИТ, 2007, с.27-45.

46. Легкий Н.М. Радиочастотная идентификация как основа для управления процессами на железнодорожном транспорте // Современные проблемы работы железнодорожного транспорта. Межвузовский сборник научных трудов. - М.:РГОТУПС, 2007, Т.1, с.38-42.

47. Легкий Н.М. Применение ультразвуковой сварки для пластмас совых корпусов датчиков автоматической идентификации транспортных средств / И.Е. Березина, Н.М. Легкий и др. // Техника, технология и пер спективные материалы: Сборник статей / М.:МГИУ, 2002, с.54-57.

48. Легкий Н.М., Широков Л.А. Алгоритм системы поддержки при нятия решения при диагностике модулей АСУ ТП машиностроительного производства. // Техника, технология и перспективные материалы: Сбор ник статей / М.: МГИУ, 2002, с.26-31.

49. Легкий Н.М. Алгоритм диагностики электронных модулей / Тех ника, технология и перспективные материалы: Межвузовский сборник на учных трудов / М.:МГИУ, 2001.с.149-151.

50. Легкий Н.М. Диагностика электронных модулей при информаци онной неполноте // Сборник научных статей молодых ученых Российской Федерации и зарубежья, М.: «Компания Спутник+», 2000, стр.147-152.

51. Легкий Н.М. Восстановление недостающей информации об элек тронных модулях систем управления для обеспечения их диагностируемо сти. / Н.М. Легкий, Л.А. Широков // Надеж. и контроль качества. 1997, № 7, с. 24-30.

52. Особенности и средства автоматизированного контроля микро сборок / А.Т.Бекишев, В.И.Копьев, М.М.Краснов, Н.М.Легкий, В.П.Оркин, Н.И.Филиппов //Судостроительная промышленность, сер.ВТ, 1990, вып.23, стр.29-36.

53. Легкий Н.М. Программное обеспечение управления контакти рующим устройством в автоматизированных системах контроля / Н.М.

Легкий, Я.А. Хетагуров // Судостроительная промышленность, сер.ВТ, 1991, вып.29, стр.55-59.

Материалы конференций и научных сессий 54. Легкий Н.М. Использование технологий расширения спектра в системах радиочастотной идентификации // Труды Российского научно технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова, Серия: Научная сессия, посвященная дню радио, выпуск LXV 19-20 мая 2010г. – М.:РНОРЭС им. А.С.Попова, 2010, с.169-170.

55. Легкий Н.М. Интегрированная логистическая поддержка жиз ненного цикла оборудования и комплектующих на основе радиочастотной идентификации / Н.М. Легкий, А.С. Дунаев // Труды Российского научно технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова, Серия: Научная сессия, посвященная дню радио, Выпуск LXIV, 13-14 мая 2009г. – М.:РНОРЭС им. А.С.Попова, 2009, с.86-88.

56. Легкий Н.М. Идентификация железнодорожных путей и опреде ление местоположения железнодорожных транспортных средств на них // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство: Сборник по материалам научно-практической конференции. М.:

МИИТ, 2009, с.135-141.

57. Легкий Н.М. Построение глобальных транспортных информаци онно-управляющих радиотехнических систем / Н.М. Легкий, Н.М. Замуру ев // Материалы десятой международной научно-практической конферен ции «Современные информационные и электронные технологии», 19- мая 2008г., Одесса.

58. Легкий Н.М. Внедрение технологии радиочастотной идентифи кации в железнодорожной отрасли // Труды всероссийской научно практической конференции «Транспорт-2008», май 2008 г. в 3-х частях, Часть 1, Рост.гос.ун-т путей сообщения. Ростов н/Д, 2008, с.92-93.

59. Легкий Н.М. Автоматизация технологического процесса произ водства с использованием меток радиочастотной идентификации // Труды 8-й Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процес сах» 16 ноября 2007, г.Новочеркасск, 2007.

60. Легкий Н.М. Модель процесса обнаружения радиочастотных идентификационных меток в зоне контроля движущихся объектов // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова, Выпуск LXI, 17-18 мая 2006, М., 2006.

61. Легкий Н.М.Оценка эффективности автоматизации управления инновационным проектом // Материалы XI Международной научно технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании», г.Пенза, 22-23 мая 2003., с. 191-193.

62. Легкий Н.М. Повышение эффективности алгоритмов автоматиче ского контроля радиоэлектронных изделий в процессе серийного произ водства // Труды Российского научно-технического общества радиотехни ки, электроники и связи имени А.С.Попова, Выпуск LX-1, 17-19 мая 2005, Т.1, М:2005, с.202-205.

63. Легкий Н.М. Использование ультразвуковой сварки для соедине ния элементов корпусов из полимерных материалов для автомобильной электроники // Сборник статей VI Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении – 2003», г.Пенза, 26-27 февраля 2003 г, с.113-116.

64. Легкий Н.М. Влияние человеческого фактора в системах под держки принятия решений // Материалы Международной научно практической конференции «Инновационные процессы в управлении предприятиями и организациями», г. Пенза, 27-28 ноября 2002, с. 323-326.

65. Легкий Н.М. Принятие решений в системах диагностики АСУ ТП при информационной неполноте // Материалы II Всероссийской научно технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управ лении, экономике и технике», г.Пенза, 26-27 ноября 2002, с.142-143.

66. Легкий Н.М. Прогнозирование работоспособности электронных модулей систем управления на основе диагностической информации // Ма териалы 2-й международной конференции «Системы проектирования, тех нологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта» 8-12 апреля 2002, г.Москва, стр.317-318.

67. Легкий Н.М. Использование нечетких алгоритмов в системах контроля и диагностики РЭА // Труды VII всероссийской конференции «Нейрокомпьютеры и их применение», 14-16 февраля 2001г., г.Москва, стр.674-676.

Прочие публикации 68. Комплекс для контроля параметров кодовых бортовых датчиков в безэховых камерах: патент на полезную модель 32285 (РФ) / Н.М. Лег кий, Б.Г. Горшков, А.В. Криштопов // Кл. G 01 R 29/00, опубл. 10.09. Бюл.№25.

69. Герметичный корпус для радиоэлектронных плат: свидетельство на полезную модель № 27773 / И.Е. Березина, Н.М. Легкий и др. // Кл. Н К 5/06, опубл.10.02.2003, Бюл. №4.

70. Датчик автоматической системы идентификации: свидетельство на полезную модель № 24551 / И.Е. Березина, С.В. Кондратенков, Н.М.

Легкий // Кл. G 01 D 3/00, опубл. 10.08.2002, Бюл.№22.

71. Легкий Н.М. Поисковые исследования путей создания высоко эффективных средств идентификации и контроля состояния техники и вооружения с использованием микроминиатюрных высокостабильных акустоэлектронных импедансных устройств и многофункциональных пье зоэлектрических датчиков нового поколения: отчет по НИР (Шифр «Ша гистика») [рукописный] / Н.М. Легкий, А.П. Реутов и др.// в 4-х частях, М.:МИРЭА, 2006-2009.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.