CC BY
134
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
УДК 629.7: 002.534
ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ КОМПОНЕНТОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
Ю.И. БУРЯК, И.Г. КИРПИЧЕВ По заказу редакционной коллегии
Статья представлена доктором технических наук, профессором Шапкиным В.С.
Рассмотрена возможность использования радиочастотных меток для идентификации компонентов ВС и по-номерной документации. Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 06 - 08 - 00082 а.
Введение
В современных условиях развития отечественного авиастроения и эксплуатации авиационной техники (АТ) (повышение требований к контролю летной годности (ЛГ), усложнение АТ и международной интеграции) особо актуальными становятся проблемы внедрения информационных технологий в производственные процессы сопровождения технической эксплуатации, где одним из ключевых вопросов является использование полной, достоверной и актуальной информации о техническом состоянии воздушных судов (ВС). Комплексное решение задач ввода необходимой производственной (статическая составляющая) информации о компонентах ВС, ее обновления (динамическая составляющая) в процессе технического обслуживания (ТО) и материально-технического обеспечения (МТО), анализа в процедурах аутентификации компонентов ВС может быть основано только на использовании современных цифровых систем идентификации технического состояния компонентов ВС. Информационная маркировка (нанесение машиночитаемой и смысловой информации) компонентов ВС и пономерной документации является технологическим ключом организации учета и оперативного обмена данными о движении компонентов ВС от изготовителей АТ и поставщиков к организациям по ТОиР и к эксплуатантам авиационной техники, и рассматривается в качестве важного фактора обеспечения системы послепродажного обслуживания ВС.
Современное состояние вопроса
Существующая в настоящее время система идентификации компонентов ВС, опирающаяся на следующие процедуры:
• физическое нанесение идентификационной метки (заводского номера) на компонент ВС и сопровождение его бумажным носителем (формуляр, паспорт, этикетка), в который заносится необходимая производственная и эксплуатационная информация о его техническом состоянии;
• контроль показателей технического состояния, основанный на “ручных” операциях по выявлению и сопоставлению сведений пономерной и технологической документации, анализу их соответствия нормам и правилам, формирование контролером [1] заключений об аутентичности агрегата не позволяет в полной мере решить задачу обеспечения безопасной эксплуатации ВС.
Поскольку в процессе жизненного цикла авиационные агрегаты совершают неоднократные переходы между разными субъектами производственно-эксплуатационной деятельности, каждый из которых влияет на показатели их технического состояния, обобщенную процедуру
идентификации технического состояния агрегата можно свести к следующей логической последовательности:
• определение типа компонента;
• определение субъекта деятельности и его роли в изменении технического состояния компонента;
• определение факта проведения необходимых по РО и МТО мероприятий с компонентом и их фактического состава;
• определение времени проведения мероприятий.
Итак, с учетом динамики изменения сведений об изделии на жизненном цикле (рис. 1) можно сформулировать следующие основные требования к построению современной системы идентификации авиационных компонентов:
• автоматизация идентификации изделий и документации на основе применения машиночитаемых идентификационных знаков, причем состав идентификатора компонента должен быть переменным, отражая динамику состояния агрегата на жизненном цикле и конструктивный состав самого агрегата;
• согласованное кодирование компонентов ВС и сопровождающей документации;
• организация регламентированной передачи данных о движении изделий от поставщика к потребителю;
• полностью электронная модель документооборота;
• организация удаленного доступа к актуальной информации о текущем состоянии идентифицируемого компонента ВС в соответствии с заданным регламентом;
• процедура идентификации имеет территориально-распределенный характер;
• процедура идентификации должна проводиться оперативно, не препятствуя хозяйственной деятельности эксплуатанта агрегата;
• процедура идентификации должна завершаться оценкой аутентичности агрегата, основанной на сопоставлении текущих значений параметров состояния агрегата с заданными (эталонными).
Рис. 1. Типовая схема формирования идентификатора авиационных компонентов
Указанные обстоятельства актуализируют необходимость разработки методов и устройств объективного контроля жизненного цикла компонентов ВС, который определяется, прежде всего, такими позициями, как: идентификация производителя, организация по ТОиР, склада-поставщика в процессе перемещения агрегатов по временной оси, а также учет своевременности и правильности проведения его обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации и пр. Дополнительно следует заметить, что такие решения должны отвечать также международной практике и требованиям к логистическим процедурам при использовании авиационных агрегатов [2].
Сопоставительный анализ разных типов материальных носителей информации, способных работать как в условиях совместного воздействия температурных, влажностных, акустических и др. показателей, так и отвечать требованиям построения современной системы идентификации авиационных компонентов, показывает очевидные преимущества радиочастотных меток, а именно:
• радиочастотные метки допускают скрытое размещение;
• устройства считывания могут работать в автоматическом режиме в рамках единого технологического процесса;
• многократность использования за счет перепрограммирования;
• гибкость настройки под конкретного пользователя;
• информационная совместимость с системами обработки данных;
• большой срок службы (свыше 10 лет) и пр.
Обзор международного опыта использования радиочастотных меток
За рубежом применение пассивных радиочастотных меток рассматривается в качестве перспективного направления комплексного решения задач прослеживания текущего состояния ресурсных агрегатов авиационной техники. Так в рекомендациях совместного решения министерства транспорта США и авиационной администрации от 13 мая 2005г. сделаны выводы, что применение "полностью пассивной" технологии не представляет угрозы для безопасности и допустимо для использования на гражданских ВС при соблюдении следующих основных условий:
• RFID (radio frequency identification) - устройства работают в "полностью пассивном" режиме;
• RFID-устройства не должны излучать (отражать) сигнал с гармониками уровня более -35 dBuv/m;
• частоты, выделенные для пассивных устройств, должны находиться вне применяемых для бортовой авионики диапазонов частот;
• генерация RFID-метками гармонических частот должна быть такой, чтобы частоты гармоник с первой по четвертую не совпадали с каким-либо из диапазонов частот, выделенных для систем коммуникации или навигации;
• использование полностью пассивных устройств ограничено исключительно наземными операциями, то есть воздушное судно должно быть неподвижным, опрос пассивных RFID-устройств не должен проводиться, если воздушное судно находится на активной рулежной дорожке или на взлетной полосе;
• полностью пассивные RFID-устройства должны обладать высокой надежностью.
К настоящему времени интенсивно проводятся летные испытания таких меток (см. отчет компании FedEx от 10 апреля 2005 г. “Passive RFID Smart Label In-service Evaluations”) и рассматриваются возможности их применения на перспективных моделях ВС фирм Боинг (Boeing
- 787) и Аэрбас (рис.2). Известны и другие примеры применения RF меток в авиационной практике [3].
Рис. 2. Примеры использования радиометок для маркировки авиационных агрегатов
Принципы применения радиочастотных меток
Принципы применения радиочастотных меток предполагают их фиксацию на компонентах ВС и сопровождающей документации в рамках типовой схемы технологического процесса движения агрегатов ВС (рис. 3), охватывающей следующие субъекты: заводы производители, организации по ТОиР, склады и эксплуатанты ВС.
Рис. 3. Типовая схема технологического процесса движения компонентов ВС
В радиочастотные метки в автоматизированном режиме вводится закодированная информация о текущем состоянии компонентов ВС, они допускают ее чтение при процедурах контроля аутентичности агрегата и повторную перезапись.
Дальнейшая обработка потоков поступающей информации, их систематизация, хранение в течение заданного времени, аналитическая обработка и формирование отчетов по запросам контролирующих органов обеспечивается применением современных технологий баз данных, средств анализа и телекоммуникаций.
Таким образом, в такой системе можно говорить об организации управления показателями технического состояния в течение жизненного цикла; причем управление является иерархич-ным и направлено на минимизацию отклонений показателей от регламентированных (эталонных) значений.
Здесь целесообразно выделить два контура управления, где на нижнем - оперативном контуре реализуется управление технологическими процессами в рамках этапа и субъекта деятельности посредством контроля соответствующих показателей технического состояния, а на верхнем - стратегическом контуре управление охватывает весь цикл деятельности, формируя управленческие решения в интересах отрасли в целом: планы мероприятий, закупок, списания агрегатов и пр.
При этом каждый контур управления характеризуется своим уровнем интенсивности циркулирующей в нем информации, своим масштабом времени и своим набором функций:
- оперативный (технологический) уровень управления является самым интенсивным по объему информации и самым жестким по времени реакции, которая может составлять часы и дни, и направлена на поддержку бесперебойной эксплуатации ВС. Здесь происходит накопление и обработка большого числа таких параметров, как: значения текущих ресурсов компонентов ВС и их прогнозных значений, проведенных мероприятий, результатов ТОиР и пр., и создается информационная база исходных данных компонентов ВС субъектов деятельности (заводы, поставщики, эксплуатанты);
- стратегический контур управления предполагает формирование управленческих решений в интересах отрасли и опирается на отфильтрованную и обработанную информацию, поступающую от различных субъектов деятельности производства и эксплуатации ВС. Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оптимизации агрегированных показателей (тип ВС - подсистема - КВС) и информационного обслуживания субъектов деятельности, например, по прослеживанию текущего технического состояния выпущенных агрегатов и пр. Типовые времена циклов управления существенно выше и составляют месяц, квартал.
Состав наземного технологического комплекса RFID- технологий
Наземный комплекс RFID- технологий включает собственно радиочастотные датчики или метки (например, Microsensys MINI-TAG spezial и др.), мобильные средства записи/считывания (например, Microsensys iID® PEN bt и др.), а также регистрации/анализа данных полетной информации (например, HP iPAQ, Casio DTX 10 Handheld и др.) в различных вариантах конструктивного исполнения (рис. 4). Единый технологический процесс работы комплекса обеспечивается применением разработанного специального программного обеспечения, оптимизированного под технические характеристики средств вычислительной техники и предустановленного в состав средств записи, регистрации и анализа данных.
Типовые радиочастотные метки для применения на изделиях и документах
Casio DT-X10 Serie HP iPAQ
Рис. 4. Состав технического обеспечения
Процедура работы комплекса включает 2 этапа:
- подготовка и запись первичной информации на радиочастотные датчики-метки на заводах - изготовителях компонентов ВС;
- чтение и актуализация информации в условиях эксплуатации.
Собственно процедуры записи/считывания данных являются однотипными и включают последовательное формирование соответствующей команды на средствах записи/регистрации/анализа данных и взаимодействие считывателя с соответствующим радиочастотным датчиком.
Процесс записи/считывания данных продолжается в течение 0,2 с. Содержащаяся на датчиках - метках информация автоматически в соответствии с протоколом обмена на заданной частоте (например, 13,56 МГц ) поступает в средства регистрации/анализа данных, идентифицируется и загружается для последующего анализа в базу данных. Применяемые датчики-метки являются ПАССИВНЫМИ, в их составе отсутствует передатчик и принцип их работы основан на резонировании колебательного контура, находящегося в электромагнитном поле [4]. Таким образом, попадая в электромагнитное поле считывателя, инициируемого после соответствующей команды, радиочастотная метка поглощает часть энергии поля и несколько искажает его частоту в соответствии с записанной на метке информацией. Считыватель воспринимает искажение частоты, проводит необходимые преобразования и восстанавливает записанную на метке информацию.
Рабочая частота меток находится в диапазоне, разрешенном международными стандартами для промышленного применения; генерируемое считывателем электромагнитное поле в пространство не излучается, а его мощность (менее 2 Вт) является достаточной только для работы соответствующей метки.
Состав данных, считываемых с датчиков - меток, меняется в зависимости от решаемых задач, к которым можно отнести, например:
- управление идентификацией и качеством изделий;
- управление конфигурациями (составом) изделия;
- управление летной годностью ВС и пр.
Частотное распределение в России
Существует ряд различных частотных диапазонов, которые можно (при определенных условиях) использовать в любой стране для применения систем радиочастотной идентификации. В настоящее время во многих странах предпринимаются определенные действия, направленные на гармонизацию правил по частотному регулированию во всех регионах мира, однако в каждой стране сохраняются различия в нормативных актах, регламентирующих технические характеристики радиосистем (например, частотный диапазон, ширина полосы излучения, допустимая максимальная мощность излучения), которые определяют рабочие характеристики системы радиочастотной идентификации в зависимости от места ее применения.
Различие в задачах, решаемых системами радиочастотной идентификации, также приводит к различию их рабочих характеристик. В некоторых случаях, например, требуется обеспечить очень маленькую дальность считывания или записи, в других случаях большую дальность. В некоторых случаях требуется обеспечить работу систем радиочастотной идентификации с большим количеством радиочастотных меток, находящихся в зоне опроса, в других случаях - в зоне опроса возможно наличие лишь нескольких или даже только одной радиочастотной метки.
По используемым ЯБШ-системами частотам все страны мира условно разделены на 3 региона (таблица).
Таблица
Регион 1 Регион 2 Регион 3
Частотный 865,6 - 867,6 902 - 928 950 - 956 910 - 914
диапазон МГц МГц МГц МГц
Страны Европа, Африка Северная и Южная Америка Япония Корея
В Российской Федерации в настоящее время уже имеется опыт разработки, производства и внедрения систем автоматической идентификации (САИ) транспортных средств на основе радиочастотных меток (использовались метки на интегральных микросхемах российского производства) в рамках программы информатизации российских железных дорог (САИ "Пальма") [5]. Особенностью данной системы является возможность работы с установленными на металлическом основании пассивными датчиками при дальности считывания до 15 метров. Использование сетей передачи данных Российских железных дорог позволило создать глобальную общероссийскую систему контроля в режиме реального времени за перемещением подвижного состава РЖД.
По состоянию на сегодняшний день в РФ имеет место следующая практика использования частотного диапазона:
1. Разработка и использование систем РЧИ диапазона 13,56 МГ ц не требует разрешения, так как системы не являются источниками радиоизлучения.
2. В диапазоне 860-960 МГц только для ОАО "РЖД" решением ГКРЧ выделены частоты 865, 867 и 869 МГц для системы автоматической идентификации (САИ) "Пальма" при мощности считывателя до 2 Вт.
3. Решением ГКРЧ выделены частоты 433 и 860 МГц (при мощности до 10 мВт), на которых для работы передатчика не требуется разрешение.
4. Имеется информация (в связи с вступлением России в ВТО) о том, что планируется выделение частотного диапазона в полосе 860-960 МГ ц для использования системами РЧИ.
В авиационной сфере деятельности
К настоящему времени определены основные структурно-технологические решения системы РЧИ, тип ВС (Ту-154М) и завершается разработка специального программного обеспечения для организации опытной эксплуатации в составе действующей информационно - аналитической системы мониторинга летной годности воздушных судов [6].
В то же время следует отметить и ряд проблемных задач, требующих своего решения, к которым относятся:
^ определение возможностей использования радиочастотной технологии на всех стадиях жизненного цикла для вновь разрабатываемой и уже находящейся в эксплуатации техники;
^ проведение опытной эксплуатации, анализ результатов и соответствующая корректировка информационного обеспечения и заложенных алгоритмов обработки данных;
^ формирование рекомендаций по внесению изменений в действующую нормативнотехническую документацию;
^ разработка отечественных стандартов на маркировку авиационных запасных частей и комплектующих;
^ формирование разрешительных документов для использования в системах радиочастотной идентификации авиационных комплектующих частотного диапазона 860-950 МГц.
Выводы
Решение сложной задачи контроля летной годности ВС предполагает обработку большого объема данных и требует комплексного подхода как на стадии сбора и регистрации данных, так и при интерпретации полученных результатов. Создание автоматизированной информационной системы, обеспечивающей полный цикл обработки данных о текущем состоянии компонентов ВС, следует рассматривать в качестве ключевого условия обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации АТ. По результатам приведенного анализа можно сделать следующие выводы.
1. Для решения задач контроля ЛГ ВС необходимо построение многоуровневых схем контроля.
2. В качестве материального носителя информации необходимо использовать радиочастотную метку, которая по сравнению с другими видами идентификации обладает возможностью динамической перезаписи информации и имеет ряд технических и эксплуатационных преимуществ.
3. Наиболее перспективным для построения систем радиочастотной идентификации является частотный диапазон 860-950 МГц. Однако, для его использования в гражданской авиации необходимо получение соответствующих разрешительных документов.
4. Использование ЯБШ-метки должно предусматривать разработку отечественных стандартов на маркировку авиационных запасных частей и комплектующих.
ЛИТЕРАТУРА
1. Буряк Ю.И., Желтов С.Ю. Опыт использования современных средств автоматической идентификации в задачах управления качеством промышленной продукции и обеспечения безопасности ее эксплуатации и потребления / Вестник компьютерных и информационных технологий, № 9, 2006. С. 2-7.
2. Международный стандарт АТА 8рее2000, http://www.spec2000.com.
3. Материалы Интернет- сайтов http://www.rfid-info.ru, http://www.rfid.ru, www.rfidiomal.com.
4. Шурыгина В. Новые возможности известной технологии // Электроника: Наука, Технология, Бизнес, №2.
2006.
5. Белов В. В., Буянов В. А., Рабинович М. Д., Дудкин В. Ф., Мильготин Б. В., Легкий Н. М., Котлецов Д.
С. "Пальма" — система автоматической идентификации транспортных средств // Железнодорожный транспорт, № 8, 2002. С. 54-59.
6. Кирпичев И.Г., Кулешов А.А., Шапкин В.С. Основы стратегии формирования конкурентных преимуществ российской авиационной техники на современном этапе. - М.:2006
PROBLEM QUESTIONS OF USE OF TECHNOLOGIES RADIOFREQUENCY IDENTIFICATION
OF AIR CRAFT COMPONENTS
Burjak G.I., Kirpichev I.G.
There was reviewed possibility of RF T ags usage for airplane components and covering documentation identification.
Сведения об авторах
Буряк Юрий Иванович, 1953 г.р., окончил МВТУ им. Н.Э. Баумана (1976), старший научный сотрудник, начальник лаборатории ФГУП ГосНИИ АС, автор 45 научных работ, область научных интересов - информатика, управление, поддержка принятия решений.
Кирпичев Игорь Геннадьевич, 1960 г.р., окончил МИИГА (1986), кандидат технических наук, начальник отдела Научного центра по поддержанию летной годности воздушных судов ГосНИИ ГА, эксперт Федеральной службы по надзору в сфере транспорта Минтранса России, эксперт Межгосударственного авиационного комитета, автор 20 научных работ, область научных интересов - информационные системы, организация и сервисное сопровождение эксплуатации воздушных судов.
