CC BY
54
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
Проведя визуальный анализ кривой, можно сделать логичный вывод о том, что в ночные часы и рабочее время потребление теплоносителя мало, в то время как утром и вечером оно возрастает. Такой вывод совпадает с представлениями о режиме потребления воды для жилого дома.
Весьма вероятно предположение о том, что в ночные часы потребление теплоносителя отсутствует либо пренебрежимо мало. Тогда можно принять минимальное значение кривой на этом промежутке (-0,4) за уровень нуля и считать, что фактические значения разности расходов занижаются одинаково на 0,4 тонны на всём выбранном интервале, основываясь на форме кривой среднечасовых значений.
Усреднив значения ДМ за весь интервал и повысив его на величину 0,4 можно выяснить, что объект, в среднем, потребляет 0,32 т/ч. С уче-
том этого можно вычислить общее потребление за выбранный временной интервал. Для этого среднечасовое значение необходимо умножить на количество часов на выбранном интервале (неделя). ДМсумм = ДМСр.ч. • 7 • 24 = 53,5 т.
Таким образом, за выбранный временной интервал объектом было потреблено на нужды ГВС 53,5 тонны воды.
Заключение
Применение дополнительного анализа результатов измерений предоставляет возможности повышения точности косвенных измерений массового расхода и получения корректных данных. Использованное в процессе анализа ПО «Скутер», удобное в использовании и обладающее широким функционалом, планируется использовать для дальнейших исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чипулис В.П. Оценка достоверности результатов измерений в теплоэнергетике // Измерительная техника. №5. 2005. С. 53-58.
2. Чипулис В.П. Оценка достоверности результатов измерений в системах теплоснабжения с использованием уравнений баланса расходов теплоносителя // Измерительная техника. 2010. №12. С. 48-52.
3. Кузнецов P.C. К анализу достоверности результатов измерений в задачах учета тепловой энергии // Датчики и системы, 2008. №7. C. 45-47.
4. Кочегаров И.И. Системы удалённого рабочего стола при работе с конструкторскими САПР / Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 2. С. 406-407.
5. Чипулис В.П. Об аудите приборного учета тепловой энергии // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 96-99.
6. Кузнецов Р.С. Анализ достоверности результатов измерений в задачах учета тепла // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2007. Т. 1. С. 345-347.
7. Чипулис В.П., Кузнецов Р.С. О прогнозировании относительного расхождения показаний каналов измерения расхода в задачах учета тепловой энергии // Измерительная техника. 2008. №4. С. 35-39.
8. Кузнецов Р.С. Прогнозирование погрешностей оценки расхода теплоносителей // Изв. вузов. Приборостроение. 2007. Т. 50, № 1. С. 63-67.
9. Кузнецов Р.С. О проблеме диагностирования метрологических дефектов приборов учета тепловой энергии по разности расходов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 200 6. Т. 2. С. 32-34.
10. Воробьев Д.В. Одноканальное управление шаговым двигателем / Воробьев Д.В., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В. // Молодой ученый. 2015. № 3 (83). С. 110-113.
11. Чипулис В.П. Сравнительная оценка двух методов косвенных измерений разности расходов теплоносителя // Измерительная техника. 2012. №9. С. 45-49.
12. Чипулис В.П. Диагностирование метрологических дефектов в задачах учета тепловой энергии // Автоматика и телемеханика. 2005. №11. С. 166-178.
13. Чипулис В.П. Диагностирование технического состояния тепловых систем // Автоматика и телемеханика. 2002. № 6. С. 146-154.
14. Чипулис В.П. Диагностирование закрытых систем теплопотребления // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2010. №7. С. 53-58.
15. Чипулис В.П. Диагностирование кратных дефектов объектов теплоэнергетики // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2007. Т. 1. С. 59-61.
УДК 621.78:621.311:621.317.1:629.7.05 Костин1 А.В., Пиганов2 М.Н.
гАО «Ракетно-космический центр «Прогресс», Самара, Россия
2ФГАОУ ВО «Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет) (СГАУ)», Самара, Россия
ИЗМЕРЕНИЕ И АНАЛИЗ ПОМЕХ В ЦЕПЯХ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, ВЫЗВАННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА
Современный мир отличается стремительным ростом структурной сложности технических систем, ростом их размерности, усложняющимися условиями эксплуатации, что влечет за собой рост требований по безотказности выполняемых функций. Возрастает роль методов и средств контроля и диагностики как технических средств, так программного обеспечения[1]. Для оценки надежности сложных электронных систем используют макромодели. Макромодель представляет собой функцию, аргументами которой являются уровень качества, внешних воздействующих факторов, электрическая нагрузка и температура окружающей среды[2]. Однако, для космической техники разработка таких макромоделей вызывает затруднения.
Космическая техника развивается в сторону увеличения срока активного существования, расширения функциональных возможностей, снижения габаритов и массы. Такая тенденция привела к необходимости применения полупроводниковых приборов с высоким быстродействием. В отличие от электромагнитных реле, программных механизмов и
полупроводниковых приборов с низких быстродействием они более чувствительны к помехам, вызванным различными явлениями (как природными, так и антропогенного характера). Одним из таких явлений природы является электризация космического аппарата (КА). В результате электризации неметаллизированные элементы конструкции заряжаются таким образом, что между ними образуются разности потенциалов [2-6]. Эти разности потенциалов достигают значений 20 кВ [5]. Последнее приводит к возникновению электростатических разрядов (ЭСР). ЭСР порождают импульсное электромагнитное поле (ЭМП), которое воздействует как на бортовую кабельную сеть (БКС), так и на бортовую аппаратуру (БА), вызывая наводки. Наводки могут привести не только к сбоям, но и к необратимым отказам. Необратимый отказ БА может привести к потере КА.
В настоящее время для определения необходимости и достаточности принятых мер по защите бортовой аппаратуры космических аппаратов от факторов электростатического разряда на этапе
её проектирования применяется теоретическая рам электростатического разряда проводятся на-оценка [7]. Для подтверждения устойчивости бор- земные отработочные испытания [8]. товой аппаратуры космических аппаратов к факто-
Оснобание Клемма металлизации Блок Крышка
А О
Верхняя крышка и ее крепежные детали не показаныы
НезадейстбоВанные соединители
Антенныы
Рисунок 1 - Общий вид макета
Исследованию помех, наведённых в БКС, посвящено очень много научных работ. Исследованию помех, наведённых в цепях БА КА, посвящено гораздо меньше научных работ. Но пагубное влияние помех, наведённых в последней, не меньше. Работа, описанная в настоящей статье, посвящена методике экспериментального исследования помех, наведённых в цепях БА КА.
Для проведения эксперимента использовался специально изготовленный макет. Макет представлял собой один типовой блок в виде рамки, закрытый сверху крышкой. Блок был установлен на
Соединитель для подключения осциллографа
основание. Общий вид макета приведён на рис. 1. Посередине рамки находится пластина (см. рис. 1), на которой в реальных приборах располагаются печатные платы, электрорадиоизделия (ЭРИ) и жгуты. Пластина является единым целым с рамкой. В макете на эту пластину были уложены провода, при помощи которых имитировались цепи БА КА. На неё также были установлены имитаторы заполнения прибора, макеты ЭРИ и плат, а также коммутатор (назначение которого указано ниже). Пластина не являлась сплошной, а имела множество отверстий различной формы и размеров. Рамка, крышка и основания были изготовлены из сплава АМг6.
Конфигурации рассматриваемых
антенн
Таблица 1
Конфигурация антенны
ы н
рн ее мт он К га
f \ s к
н р
о
и В
производивший измерения через специальный пульт, который подключался к макету. Через высокочастотный соединитель к антеннам подключался цифровой осциллограф с помощью специального кабеля. Значение волнового сопротивления кабеля 50 Ом. Длина кабеля составляла 1 м. Для осцил-лографирования использовался прибор DPO 41O4 фирмы Tektronix со значением полосы пропускания 1 ГГц. Схема установки для измерения напряжения помех в антеннах представлена на рис. 2.
В макете было двенадцать антенн. Был получен огромный массив данных. Привести его в настоящей статье не представляется возможным. Рассмотрим только пять антенн из двенадцати. Конфигурации рассматриваемых антенн приведены в таблице 1.
Jh о
Рисунок 2 - Схема установки
Поле ЭСР создавалось специальным генератором электростатического разрядов (ГЭР). Форма импульса создаваемого ГЭР представлена на рис. 3. Значение длительности фронта разрядного импульса составляет 13,8 нс. Значение длительности импульса по уровню 0,5 составляет 117,9 нс.
Провода внутри макета представляют собой антенны. Имеются рамочные и вибраторные антенны (приёмники магнитного и электрического поля соответственно). Антенны подключаются к высокочастотному соединителю со значением волнового сопротивления 50 Ом через коммутатор, каждая по отдельности. Коммутатор выполнен на основе электромагнитных реле. Им управлял оператор,
СН150V
M 25.0 ns
СН1\ -19.0V <1 OHz
Значения амплитуд импульсов при воздействии разрядным наконечником
Таблица 2
1
4
5
J>
№ антенны 1 2 3 4 5
Значение амплитуды импульса в антенне без нагрузки, В 17O 300 130 180 130
Значение амплитуды импульса в антенне с нагрузкой, В 12O 120 90 110 95
Значения амплитуд импульсов при воздействии ёмкостной антенны Таблица 3
№ антенны 1 2 3 4 5
Значение амплитуды импульса в антенне без нагрузки, В 80 100 130 96 135
Значение амплитуды импульса в антенне с нагрузкой, В 92 92 96 96 100
На макет воздействовали полем, созданным ёмкостной антенной и разрядным наконечником из комплекта ГЭР. Экспериментально было выявлено, что такие воздействия ЭСР вызывают самые большие помехи. Макет был установлен на пластину из АМг6. Закрепление производилось винтами через виброизоляторы, входящие в состав макета. Такой способ установки применяется достаточно часто для БА КА. Цель его - защита БА от механических воздействий. Макет металлизировался к пластине через клемму металлизации (см. рис. 1) при помощи перемычки. Сопротивление цепи металлизации не превышало 2 мОм (согласно ГОСТ 19005-81). Указанные виброизоляторы изготовлены из металла и являются проводниками. Можно сказать, что макет был дополнительно металлизирован в точках закрепления.
Заземляющий провод ГЭР был подключен к пластине. Пластина была заземлена в двух точках. Антенна располагалась напротив незадействован-ных соединителей. Плоскость антенны располагалась параллельно плоскости панели. Значение расстояния между антенной и верхней крышкой макета 30 мм. При измерении применялось усреднение по 32 периодам. Измерения производились при воздействии импульса ЭСР с амплитудой напряжения 2 0 кВ.
В результате экспериментов были получены осциллограммы напряжения в антенна:': в условия::
(приёмная антенна без нагрузки)
воздействия ЭМП, вызванного ЭСР. Поскольку все осциллограммы даже для рассматриваемых антенн привести в настоящей статье не представляется возможным, то ограничимся лишь типовыми, а для остальных укажем только амплитуды импульсов напряжения. На рис. 4-7 представлены осциллограммы импульсов напряжения, наведённых в приёмной антенне 1. В таблицах 2 и 3 представлены значения амплитуд импульсов напряжения, наведённых в рассматриваемых антеннах. Если сравнивать рисунки и таблицы, то можно увидеть в последних, что амплитуда импульсов в сто раз больше. Это из-за того, что кабель, соединяющий макет и осциллограф, подключался к последнему через делитель, уменьшающий напряжение сигнала в сто раз.
Анализируя результаты можно сделать ряд выводов. Во-первых, под действием ЭМП ЭСР в цепях БА КА могут наводиться импульсы напряжения существенной величины. Такие импульсы могут привести не только к ложному переключению ключей интегральных схем, но и необратимому отказу. Таким образом, существует реальная опасность, вызванная воздействием ЭМП ЭСР на БА КА. Во-вторых, нагрузка, включенная в цепи БА КА, существенно влияет на напряжение помехи и даже его форму.
Рисунок 5 - Осциллограмма импульса напряжения, вызванного воздействием поля ёмкостной антенны
(приёмная антенна с нагрузкой)
Рисунок 6 - осциллограмма импульса напряжения, вызванного воздействием поля, созданного разрядным наконечником (приёмная антенна без нагрузки)
Рисунок 7 - осциллограмма импульса напряжения, вызванного воздействием поля, созданного разрядным наконечником (приёмная антенна с нагрузкой)
Моделью холостого хода может служить цепь, нагруженная на функциональный узел с большим входным сопротивлением, или интегральную схема со входом в высокоимпедансном состоянии. Нагрузка, в основном, снижает амплитуду импульса напряжения помехи. Это связанно с шунтированием выхода приёмной антенны. Вообще, осциллограммы импульсов напряжения представляют собой сложный, затухающий колебательный процесс. Скорее всего, он является результатом свободных колебаний в сложной резонансной системе, состоящей как из емкости, индуктивности и активного сопротивления антенны, коммутатора, кабеля, делителя и осциллографа (измерительного тракта), так и тех же параметров самого корпуса, как сложного объёмного резонатора.
Наконец, сравнивая напряжения в антеннах можно сказать, что не во всех рамочных антеннах с большей площадью амплитуда напряжения больше, хотя ЭДС, наводимая в токовом контуре, пропорциональна магнитному потоку через площадь этой рамки. Но силовые линии магнитного поля, пронизывающие токовый контур, не везде могут быть сонаправленными. В некоторых местах они могут быть направлены противоположно. Магнитный поток через больший контур, охватывающий такие зоны, может быть меньше магнитного потока через меньший контур, охватывающий зоны с более однородным полем. Таким образом, поле внутри БА КА при воздействии ЭСР сильно неоднородно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Юрков Н.К. Риски отказов сложных технических систем //Надежность и качество сложных систем. 2014. - №1(5). - С.18-2 4.
2. Юрков Н.К., Затылкин А.В., Полесский С.Н., Иванов И.А., Лысенко А.В. Особенности разработки макромоделей надежности сложных электронных систем //Надежность и качество: Труды международного симпозиума в 2 т. - Пенза: ПГУ, 2014. - Т.1.- С 101-102.
3. NASA-HDBK-4 0 02A Mitigating in-space charging effects guideline, NASA, 2011.
4. Новиков Л.С. Взаимодействие космических аппаратов с окружающей плазмой: Учебное пособие. -М.: Университетская книга, 2006. - 120 с.
5. Стюхин В.В. САПР в расчёте и оценке показателей надёжности радиотехнических систем / Стюхин
B.В., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 287-289.
6. Соколов А.Б. Обеспечение стойкости бортовой аппаратуры космических аппаратов к воздействию электростатических разрядов. Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва: МИЭМ, 200 9.
7. Костин А.В., Пиганов М.Н. Влияние перегородок внутри электромагнитных экранов на эффективность экранирования бортовой аппаратуры космических аппаратов от электромагнитного поля, вызванного электростатическим разрядом //Сборник научных трудов Sworld. - Одесса: Куприенко С В. 2014. Вып.1. Т.9. - С.66-72.
8. Костин А.В., Пиганов М.Н. Расчет помех в цепях бортовой аппаратуры космических аппаратов, вызванных электростатическими разрядами // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т.14, №4(5). - С.137 6-137 9.
9. Щербакова О.И. Методы изготовления многослойных печатных плат / Щербакова О.И., Граб Ю.А., Белов А.Г., Баннов В.Я., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 154-157.
10. Костин А.В., Пиганов М.Н. Рекомендации по проведению испытаний бортовой аппаратуры космических аппаратов на устойчивость к факторам электростатического разряда // Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте 2012». - Выпуск 2. Том 5. - Одесса: КУПРИЕНКО , 2012. -
C.74-78.
