CC BY
82
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
AMP - Одиночный opwwHÄ р*р«од
ПопиоытмиТ-'иг"
Станция: Самара
Парк: 4
Стрелка: 1А/1Б
I hw
bWHHHkl bourn ЛЩрШСОМ* Л pi «иди
Лодки шсн
'i'UjJivU УУСЩа ii djj diviy'l'jJUy 'i'UjJivU фПкС сЩПП
неисправностей Рисунок 5 - Некоторые экранные формы системы
Справка («Reference»): тип шаблона и соответствующие этому шаблону минимальные и максимальные значения каждого промера;
Журнал промеров («Survey»): номер записи в журнале, номер стрелки, на которой производится замер, дата и время промера, значения всех промеров;
Журнал неисправностей («Defect»): номер неисправности, номер стрелки, на которой обнаружен дефект, координаты расположения (ширина, долгота), которые можно установить по номеру стрелки или с помощью датчика GPS, если неисправность обнаружена вне шаблона стрелки;
Запретительные мероприятия («Embargo»): номер запретительного мероприятия, тип мероприятия, дата и время начала действия ограничения, дата и время окончания действия ограничения;
Тип запретительных мероприятий(«Type»): номер типа и название (запрет движения, ограничение скорости и т.д.)
По логической модели данных построена физическая модель данных. База данных реализована на СУБД SQLite, поддерживаемой мобильными устройствами на базе Android.
Алгоритм функционирования системы представлен в виде диаграммы состояний системы (рисунок 4).
На рисунке 5 представлены некоторые экранные формы системы.
Заключение. В работе было спроектировано и реализовано на базе мобильной платформы Android автоматизированное рабочее место дорожного мастера, позволяющее вводить и накапливать в БД актуальные данные, необходимые для контроля качества содержания стрелочного хозяйства. Разработанное мобильное приложение обеспечивает АИС КМ данными для анализа текущего состояния СП и рельсов, исследования нарастания критических значений параметров и прогноза дат наступления запретительных мер, а также исследования причин, вызвавших отклонение показателей от их плановых значений. Пользователю предоставлены функции ввода данных текущего состояния и неисправностей, установления времени и места неисправности, передачи изображения неисправности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Горелик А.В., Журавлев И.А., Веселова А.С. Модели и методы анализа надежности и эффективности функционирования объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта [Текст] - Труды международного симпозиума "Надежность и качество-2 014", том 1, Пенза, ПГУ, 2014, с. 174-176
2. Проектирование железнодорожных станций и узлов. Справочное и методическое руководство [Текст]. Под ред. А.М. Козлова, К. Г. Гусевой. М.: Транспорт, 1981. - 232 с.: ил.
3. Шибанов С.В. Обзор современных методов интеграции данных в информационных системах / Шибанов С.В., Яровая М.В., Шашков Б.Д., Кочегаров И.И., Трусов В.А., Гришко А.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 292-295.
4. Материалы по бизнес-аналитике [Электронный ресурс]. -http://idcrussia.com/ru.
5. Дейтел П., Дейтел Х., Дейтел Э., Моргано М.. Android для программистов: создаем приложения [Текст] - СПб.: Питер, 2013. - 580 с.: ил.
6. Харди Б., Филлипс Б. Программирование под Android. Для профессионалов [Текст]. - СПб.: Питер, 2014. - 592 с.: ил.
7. Гришко А.К. Методология управления качеством сложных систем / Гришко А.К., Юрков Н.К., Кочегаров И.И. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 377-379.
8. Буч, Г. Язык UML. Руководство пользователя [Текст] / Г. Буч, Д. Рамбо, А. Джекобсон. - М., 2003. - 432 с.
УДК 528.837; 629.735.7
Кумисбек1 Г.М. , Касимов1 У.Т., Ергалиев1 Д.С., Мадиярова2 З.С.
Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан 2Гимназия №32, Астана, Казахстан
КВАДРОКОПТЕРЫ КАК ДОСТУПНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ОПЕРАТОРОВ БЕСПИЛОТНИКОВ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
Квадрокоптеры отлично подходит для дистанционного зондирования земли. Имея мощный оптический приемник, квадрокоптер способен летать над полями, озерами, реками и снимать эти места. Квадрокоптеры также применяются в военной промышленности как средство для слежения и разведки.
Эти устройства отлично подходит для доставки малых грузов и почтовых бандеролей. Так, например, недавно компания Amazon представила новый способ доставлять посылки -квадрокоптеру задается команда отправки груза по точно установленному месту, и долетев до места доставки
квадрокоптер оставляет посылку и улетает обратно на базу.
Также на сайте производителя есть среда программирования со всеми необходимыми библиотеками программ. Можно запрограммировать квадрокоп-тер на выполнения специальных задании используя данные GPS навигации. Можно также задать траекторию полета квадрокоптера.
Министерство по ЧС нуждается в подобных беспилотных летательных аппаратах (БЛА) для того, чтобы осуществлять мониторинг лесных массивов на предмет возникновения пожаров. При этом на борту БЛА должна быть установлена видеокамера,
которая автоматически будет транслировать изображение на пульт оператора. Кроме того, вертолет должен автоматически пролетать заранее заданный маршрут [1].
Военные нуждаются в таких вертолетах для разведки в лесных массивах, где использование вертолетов на бензиновом двигателе невозможно.
ГАИ нуждается в таких вертолетах для мониторинга заторов на дорогах. Вылеты вертолета на электрической тяге не затраты по сравнению с бензиновыми двигателями.
Существуют и коммерческие применения вертолетов: мониторинг состояния зданий, профессиональная видеосъемка.
Для решения всех означенных проблем необходим вертолет, который отвечал бы ряду требований, в том числе: ГЛОНАСС-позиционирование, устойчивость к порывам ветра, быстрая ориентация в пространстве. Подобный механизм требует построения сложных математических моделей и создание сложных механизмов координации в пространстве [2].
В качестве конфигурации для БЛА был выбран квадроторный коптер. Выбор обусловлен снижением количества механических деталей в конструкции, что позволяет существенно повысить ресурс летательного аппарата, поскольку все маневры, а также компенсация внешних условий выполняется посредством изменения тяги двигателей.
Стабилизация летательного аппарата выполняется с помощью трехосевого гироскопа и трехосе-вого акселерометра, что в сумме дает шесть степеней свободы летательного аппарата. Используемые алгоритмы компенсации основаны на статистическом анализе поведения летательного аппарата и являются априорными по отношению к внешним условиям, что отличает их от других систем управления аналогичными БЛА и позволяет достичь более высокого уровня стабильности [3].
В 2010 году произошел настоящий бум радиоуправляемых летающих моделей - компания Parrot представила AR.Drone. На CES 2011 устройство было признано одним из лучших моделей. На достигнутом разработчики из Parrot не остановились. На международной выставке потребительской электроники CES 2012 история повторилась уже с AR.Drone 2.0 - новая модель очень понравилась посетителям. Такую модель приобрела группа студентов и преподавателей нашей кафедры. Рассмотрим подробнее ее свойства и возможности.
В квадрокоптере применяются легкий, но очень крепкий карбон, хотя из него выполнены лишь некоторые детали, на которые приходится повышенная нагрузка. Сам же пластик (PA66, используется при создании автомобильных бамперов) армирован углеродным волокном, что также повышает прочность конструкции в целом.
Комплект поставки не изменился: квадрокоп-тер, съемный аккумулятор на 1500 мАч, зарядное устройство.
Защитный кожух для полетов внутри помещений обладает теми же особенностями: чуть более плоская кабина и несколько угловатая форма, но в целом все то же самое. В качестве основного материала используется нечто похожее на пенопласт, только покрепче, чем упаковочный, но при этом и несколько мягче. По крайней мере, это относится к защищающим лопасти дугам. Они достаточно жесткие, чтобы сильно не прогнулись при ударе о стену или любое другое препятствие и не повредив лопасти, но при этом хорошо демпфируют такого рода воздействие.
Ничто не мешает теперь использовать этот корпус вне помещения, поскольку AR.Drone 2.0 стал намного более устойчиво держаться в воздухе и способен легко противостоять порывам ветра и другим природным явлениям, за что ответственна электронная начинка модели.
На момент своего релиза в 2011 году оригинальный AR.Drone казался пределом мечтаний в сравнении с традиционными радиоуправляемыми моделями: две камеры (VGA-сенсор и 17 6х14 4 точки), трехосный акселерометр, пара гироскопов,
4 68-мегагерцовый процессор ARM9, 128 МБ RAM (DDR 400 МГц), модуль Wi-Fi и даже операционная система на базе Linux, а также ПО с открытым исходным кодом, которое можно обновлять и модифицировать. Логичным было бы оснастить HD камерой новую модель квадрокоптера, что и было сделано в AR.Drone 2.0.
Аппарат способен снимать видео в разрешении 720p и с частотой 30 кадров в секунду, эта модернизация принесла за собой и другие обновления, а именно, более мощный процессор ARM Cortex-A8 с частотой 1 ГГц (такой же используется в SoC Apple A4, а она установлена в iPhone 4 и в iPad первого поколения), отдельный 800-мегагерцовый DSP-процессор для обработки видеопотока (TMS320DMC64x), 128 МБ оперативной памяти DDR2 (вдвое более производительна, чем в предшественнике), порт USB 2.0 для подключения периферии и флэш-драйвов (USB 1.1 в AR.Drone), плюс еще ряд компонентов.
Конечно, далеко не все упомянутые нововведения нужны для реализации HD-видеозаписи. Кстати, контент транслируется прямо в смартфон или же сохраняется на подключенный флэш-драйв, для экономии дискового пространства на iPhone. В первом случае видео при желании можно сразу отправить на YouTube прямо из управляющего квадрокоптером ПО, оно тоже серьезно обновилось.
Что касается качества записываемого через широкоугольный объектив (92°) видео, то хоть разрешение и HD, но степень сжатия очень высока, теряется детализация в цветах, да и баланс белого определяется не очень точно, у картинки часто бывает розовый оттенок. Тем не менее, снимет AR.Drone 2.0 лучше предшественника.
А вот что у новинки действительно сильно изменилось в положительную сторону, так это управляемость и, как результат, маневренность. Использовать модель стало намного проще, теперь с этим легко справляется ученик третьего класса, который под моим руководством выполняет школьный научный проект, связанный с управлением квадрокоптерами. Это объясняется значительно увеличенным количеством и повышенным качеством датчиков, для которых и потребовался более мощный процессор, все-таки данных теперь обрабатывать ему приходится намного больше.
В частности, к трехосному акселерометру добавился полноценный трехосный гироскоп (угол вращения - до 2000 градусов/сек), плюс еще трехосный магнетометр (точность - до 6°) и даже барометрический датчик. Пара ультразвуковых сенсоров очень точно вычисляют высоту полета квадрокоптера (до шести метров). Вторая камера, расположенная на днище (QVGA, 60fps), определяет скорость полета устройства. Пара зеленых светодиодов показывает, где у машины передняя часть, пара красных - задняя.
Отвечающая за движение модели начинка тоже изменилась. В AR.Drone 2.0 установлены четыре бесщеточных мотора мощностью 14,5 Ватт и со скоростью вращения 28500 оборотов в минуту (15 Ватт и 35 тыс. об/мин у предшественника). Несколько снизилась мощность и скорость вращения пропеллеров, но зато увеличилось время автономной работы от стандартного аккумулятора с 12 до 16 минут. Да и на полетных качествах такое изменение не отразились. А еще благодаря шестерням Nylatron значительно снизился шум при полете.
Конструкция квадрокоптера такова, что вся электронная начинка максимально защищена от ударов и других казусов, например, от воды. Помимо того, что чувствительные к ударам части помещены в специальную пену, гасящую вибрацию и толчки, электронные компоненты покрыты водоотталкивающим составом. AR.Drone 2.0 без проблем летает под дождем (речь, конечно, не о ливне), причем без негативных для себя последствий. А при столкновении любого пропеллера с препятствием автоматически отключаются все четыре во избежание их повреждения [4].
Масса устройства осталась неизменной: 380 г с кожухом для уличных полетов, 420 г с корпусом для использования внутри помещений.
Новому квадрокоптеру - новый софт, причем речь идет не просто о плановом обновлении стандартной утилиты FreeFlight, а о полноценной модификации программы. По сути, в версии 2.х это совершенно новый продукт, по максимуму использующий возможности AR.Drone 2.0. Сообщество вокруг AR.Drone существует уже давно, но во FreeFlight 2 оно фактически было легализировано в разделе «AR.Drone Academy». Но это лишь одно нововведение из многих, включая сетевые.
Например, отснятый медиаконтент можно загрузить в Сеть прямо из приложения, а именно, фотографии закачиваются в веб-альбом Picasa, а видео - в YouTube. Кроме того, тут же, в меню программы, доступны сторонние приложения для квадрокоптера, позволяющие объединить мир реальный и виртуальный в играх на основе дополненной реальности и даже устроить совместные развлечения.
Появились и новые настройки пилотирования, хотя сам интерфейс виртуального пульта ДУ не особо изменился. Что же касается настроек пилотирования, то благодаря дополнительным сенсорам можно задать лимит высоты полета, максимальную скорость вращения и подъема, максимальный угол наклона.
Компания Parrot смогла создать одну из самых продвинутых и легко управляемых летающих моделей. Благодаря встроенному в квадрокоптер магнитометру, можно очень точно управлять устройством, буквально направляя его камеру в нужную сторону. Внезапный ветер или дождь - не беда, электроника компенсирует помехи, и аппарат будет слушаться пользователя так же четко, как и в ясный безветренный день.
В устройстве есть режим аварийной посадки, но иногда при его активации моторы квадрокопте-ра могут просто отключилиться и он может рухнуть с высоты нескольких метров на землю, повреждая винты. Поэтому ПО модернизируется и дорабатывается, найденные ошибки компанией устраняются.
Как показал опыт эксплуатации, аппарат легко и без последствий переносит небольшие удары и падение с высоты человеческого роста, особенно если используется защитный кожух. Но лучше, конечно, таких моментов избегать.
Управление квадрокоптером настолько просто, что можно обучить ребенка управлять им. К примеру, я научил ученика 3 класса уверенно управлять квадрокоптером уже через 2 занятия длившихся по часу. Управлять квадрокоптером можно двумя режимами: режим «Absolute control», где квадрокоптером полностью на себя берет управление и движется относительно управляющего устройства при наклоне планшета, режим «Joypad mode», где управление проводиться с помощью джойстика. Можно даже делать разные трюки, например, сделать «бочку» при полете. А также даже играть в разные игры. Например, можно устроить гонку квадрокоптеров или осуществит точную посадку его на какую-нибудь поверхность и так далее.
Обслуживание квадрокоптера тоже несложное, в комплекте с квадрокоптером шли 3 пары вентилей. В случаи если вентили будут повреждены их можно сразу заменит. К тому же на сайте производителя имеются все необходимые запасные части и инструменты для выполнения ремонта устройства разной сложности: от элементарной замены лопастей до демонтажа бортового компьютера квадрокопте-ра.
ЛИТЕРАТУРА
1. Джулио Дуэ. Господство в воздухе. Вероятные формы будущей войны. - СПб.: Terra Fantastica, 2003.
2. Громаков Ю.А., Северин А.В., Шевцов В.А. Технологии определения местоположения в GSM и UMTS. - М.: "Эко-Трендз", 2005. 140 стр.
3. Гришко А.К. Методология управления качеством сложных систем / Гришко А.К., Юрков Н.К., Кочегаров И.И. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 377-379.
4. Коненев В.Н. Беспилотный летательный аппарат - квадрокоптер «Майский жук» с автоматической системой ГЛОНАСС навигации. - Москва: НИЯУ МИФИ, 2 013.
5. Трусов В.А. Однопозиционный модуль управления шаговым двигателем / Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В., Юрков Н.К. // Теоретические и прикладные аспекты современной науки. 2015. № 7-3. С. 131-133.
6. Кумисбек Г.М. Квадрокоптер - беспилотный летательный аппарат: возможности и технические свойства. Материалы научного семинара. - Астана, ДШ. 2013.
УДК 004.043 Жоао А.Ж.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ЧАСТОТНЫЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДАТЧИКОВ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДНЫМ СИГНАЛОМ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Интегрирующее развертывающее преобразование (ИРП) позволяет простыми средствами решать задачи повышения точности и помехоустойчивости цифровых средств измерения сигналов малого уровня.
Эффективность любых новых применений методов ИРП обусловлена их технической простотой. По этому показателю, а также по точности и помехоустойчивости методы ИР-преобразования находятся вне конкуренции среди других методов построения средств измерения [1].
Вода входит в состав окружающего воздуха и является необходимым компонентом для всех живых существ. Комфортность окружающих условий определяется, в основном, двумя факторами: относительной влажностью и температурой. Работа многих устройств также сильно зависит от уровня влажности. Как правило, все характеристики приборов определяются при относительной влажности 50% и температуре 20-25 оС [2].
В настоящее время на рынке контрольно-измерительных устройств представлены разнообразные датчики влажности зарубежных и отечест-
венных производителей. Это и быстродействующие детекторы, обеспечивающие высокую линейность преобразования относительной влажности в унифицированный выходной электрический сигнал, и недорогие преобразователи с большой погрешностью. На практике для измерения относительной влажности наибольшее применение получили датчики емкостного, резистивного и индуктивного типа, физические параметры которых изменяют свои физические параметры в зависимости от степени насыщения водяным паром. Из этих представленных трех основных типов, для измерения влажности самым оптимальным по совокупности параметров является емкостной, обеспечивающий широкий диапазон измерения, малое время отклика, высокую линейность характеристики преобразования влажность-емкость (за счет линейности значения изменения величины диэлектрической проницаемости от накопленной в диэлектрике влаги) высокую надежность, а также сравнительно простую схему включения в измерительную цепь (ИЦ) [3].
Резистивные датчики являются самыми дешёвыми, но менее точными, чем емкостные. Принцип их
