CC BY
99
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
УДК 004.9
Володин К.И., Калинкин П.В., Куликов О.О.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНОГО ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ФИТНЕС-ТРЕКЕРА С ЭЛЕМЕНТАМИ ГЕЙМИФИКАЦИИ
Сейчас появляется множество электронных помощников, которые в буквальном смысле разместились на нашем теле. Если раньше это были записные книжки на ЖК экранах и часы-калькулятор, то теперь это смарт-очки дополнительной реальности, смарт-часы позволяющие управлять смартфоном, фитнесс-браслеты записывающие ряд физических параметров человека.
Последние получили наибольшее распространение - сейчас на рынке существует не один десяток подобных устройств, Fitbit Flex[1], Garmin Vivoactive[2], Jawbone Up[3]. Рассматривая данное устройство в общем виде можно сказать, что основными его компонентами являются микропро-цесссор/микроконтроллер и акселерометр, отвечающий за съем физических данных, а так же беспроводной модуль (однако есть и необорудованные им модели, например Finbit Zip). Различные модели фитнес-трекеров комплектуются дополнительными датчиками для мониторинга пульса и т.п.
При анализе существующих на рынке фитнес-трекеров была выявлена проблема закрытых протоколов обмена данными фитнес-трекера с мобильными телефонами. Поскольку реверс-инженеринг протокола представляет собой сложную задачу, было решено создать свой прототип фитнес-трекера.
Нами был разработан и реализован простой прототип. Он построен на базе 3х-осевого акселерометра ADLX345[4], микроконтроллера Atmel Atmega168[5] и модуля беспроводной связи HC-06. На рисунке 1 представлена фотография прототипа разработанного фитнес-трекера.
Задачей микропрограммного обеспечения (МО) фитнес-трекера является преобразование физиче-
ских данных в данные об активности. Для определения определенной активности - например) бега
"I bj ffillfe'i ООО .....гад- □ а ,
К'! Ii : Я; *
Рисунок 1 - Прототип фитнес-трекер
или езды на велосипеде, используется сопоставление с шаблонами изменения величин по трём осям, которые измеряются акселерометром. Например, ходьба или бег определяются по пульсации оси Z. Микропрограммное обеспечение устройства может определить частоту данных пульсаций и определить разницу между бегом (высокая частота) и ходьбой (низкая частота). Аналогично, езда на велосипеде будет создавать большие изменения по оси X (движение вперед) и меньшие изменения по оси Z. [6]. Микропрограммное обеспечение устройства, с ростом его сложности, будет разрабатываться в рамках модельно-ориентированного подхода с использованием Mathworks МаЦаЬ&31ш11и1пк [13-16].
Пример данных, получаемых с акселерометра при ходьбе, представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 - Данные с акселерометра
Приложение для смартфонов должно связываться с данным устройством посредством беспроводного протокола и собирать с него уже обработанные данные. Таким образом можно вести статистику занятий, отслеживать изменения результатов. На рисунке 3 представлены скриншоты разработанного приложения[7].
Важной частью в данной работе является гей-мификация[8], которая сейчас применяется повсеместно.
Геймификация - это применение игровых механик вне игрового контекста, с целью привлечения, удерживания или повышения лояльности пользователей. Наиболее простым примером в рамках данной темы можно назвать статику пользователей и глобальные таблицы лидеров. Однако существуют и более сложные примеры использования геймифи-кации. Примером можно назвать приложение Zombies, Run![9], воспроизводящее ситуацию побега пользователя от толпы зомби, и поощряющее пользователя за увеличения дистанции бега раз-
личными внутриигровыми бонусами. Пример данного приложения представлен на рисунке 4.
Дальнейшей работой по созданию данной системы является создание своего сервера, отвечающего за геймификацию. Причиной, побудившей к его написанию, является отсутствие открытых систем геймификации, которые можно было бы использовать совместно с разработанной системой. После выполнения этого можно будет утверждать, что была создана законченная экосистема нашего фит-нес-трекера.
Однако, несмотря на очевидные плюсы данного вида устройств вроде мотивации современного человека, проводящего большую часть дня сидя, к физической активности, где методы геймификации не только поддерживают уровень мотивации, но и позволяют привлечь новых пользователей путем, многие настроенные весьма скептично и считают, что основной нишей для носимых устройств, в том числе и фитнес-трекеров, должна стать медици-на[10].
12:45
MY APPLICATION
MY APPLICATION
Best jrrent Current
1. 18.04.2015 - 3,4 км
2. 19.04.2015 - 3.2 км
3. 20.04.2015 - 2.9 км |4. 21.04.2015 - 2.8 км
5.---------------------
Всего пройдено: 12.3 км
Достижения
К Ходок
'V пройти 10 км
Test traker
21.04.2015
За сегодня:
0.3 км За последний час:
0.0 км Средняя скорость: 1.2 км\ч
Рисунок 3 - Тестовое приложение
JOUYALfHAFIVÉNINÍH
5.63 12:24 7.56
TIME RACE(KM>
HOSPITAL Lereí 1
i
(t) sîid
Г^ Coliected Item
Tinned Food
ГТ| Coliected Item
Tiwjers
ГЛ Collected Item
Щ Mobile Phone
Collected Item
l^fl BjiEVj.iqe:.
Э Coliected Item
First Aid Kit
jy. Incoming Transmission
Vi íscipiníj 1lw Cr«h S¡|,> 01:M
® О О
Рисунок 4 - Приложение Zombies, Run
В разработанном устройстве уже заложена возможность расширения и подключения других датчиков, в том числе и медицинских, т.к. на трекере есть доступный для подключения интерфейс i2с, соответственно добавление медицинских или же иных возможностей решается простым обновлением прошивки.
Таким образом при разработке мобильного приложения для фитнес-трекера, мы разработали про-
стой прототип самого трекера. Его отличительной особенностью является простой протокол передачи данных и возможность подключения дополнительных датчиков за счет интерфейса i2c. Данная разработка позволит нам в полной мере реализовать потенциал от внедрения геймификации в приложение.
Fitbit
ЛИТЕРАТУРА
[Электронный ресурс].
- Режим доступа: https://www.fitbit.com/
ресурс]. свободный - Режим доступа:
1. Официальный с; flex/, свободный
2. Официальный сайт Garmin [Электронный http://www.garmin.ru/fitness-cat/vivoactive-white.html,
3. Официальный сайт Jawbone [Электронный ресурс]. свободный
4. Официальный сайт Analog Devices [Электронный ресурс]. http://www.analog.com/ru/products/mems/mems-accelerometers/adxl3 4 5.html,
5. Официальный сайт Atmel [Электронный ресурс]. -http://www.atmel.com/ru/ru/devices/ATMEGA168.aspx, свободный
6. The Method Behind the Magic: How Trackers Work[Электронный ресурс]. http://www.wellocracy.com/2 013/10/method-behind-magic-trackers-work/, свободный
Режим
доступа:
https://jawbone.com/up,
- Режим свободный - Режим
доступа:
доступа:
- Режим доступа:
7. Патрик Гецманн, Симон Хакфорт, разработка приложений для Windows Phone. Архитектура, фрейм-ворки, API - СПБ. БХВ-Петербург, 2014 - 880 с.
8. Трусов В.А. Проектирование одновибратора без перезапуска на программируемой логической интегральной схеме / Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В. // Молодой ученый. 2015. № 4 (84). С. 276-278.
9. Werbach K. , Hunter D. For the Win: How Game Thinking Can Revolutionize Your Business -Wharton Digital Press, 2012 - 148с.
10. Официальный сайт Zombies, Run! [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.zombiesrungame.com/, свободный
11. Фиаско носимой электроники [Электронный ресурс] . - Режим доступа: http://geektimes.ru/company/madrobots/blog/241272//, свободный
12. Михеев М.Ю., Юрманов В.А., Юрков Н.К., Гудков К.В. Способ автоматической поверки кориоли-совых расходомеров на месте их эксплуатации // Измерительная техника.- № 2. - 2012. - С. 29-32
13. Михеев М.Ю., Гудкова Е.А., Гудков К.В. Реализация модельно-ориентированного подхода при проектировании системы сбора данных // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6.
14. Интеллектуальная геоинформационная система мониторинга и контроля состояний пространственно распределенных технически сложных объектов. / А.М. Михеев, И.Ю. Семочкина // Надежность и качество сложных систем. - 2013. - №3. - С. 48-51.
15. Белов А.Г. Обеспечение влагозащитного покрытия печатных узлов датчика протечки / Белов А.Г., Баннов В.Я., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Лысенко А.В., Горячев Н.В., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 151-154.
16. Объектно-ориентированное моделирование информационной системы сбора, обработки и хранения данных / К.В.Гудков, Е.А. Гудкова // Надежность и качество: Труды международного симпозиума. -Пенза, 2014, Т.1. - С.199-203.
17. Дедков, В.К. Компьютерное моделирование характеристик надежности нестареющих восстанавливаемых объектов / В.К. Дедков, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 368-370.
18. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
19. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
20. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
21. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
22. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
23. Кочегаров И.И. Обзор методик получения нанопорошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 426-428.
24. Кочегаров И.И. Методы контроля дисперсности порошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 475-477.
УДК 378.147
Шуваев П.В., Затылкин С.А.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
РАЗРАБОТКА БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ТРАНСПОРТЕРА
Сегодня уже невозможно представить более или менее крупное производство, не оборудованное конвейером. Это несложное, но функциональное устройство существенно облегчает труд. Так что, Генри Форда, изобретшего его, можно по праву считать революционером в сфере оптимизации массового производства.
Ленточный транспортер можно использовать как в закрытых, так и в открытых помещениях, поэтому нельзя исключать воздействия на него климатических факторов, которые весомо влияют на электрические параметры устройства, приводит к изменению режима работы элементов, что в свою очередь сказывается на выходных характеристиках [1-3]. Поэтому каждое новое устройство должно проходить испытание на специализированных стендах на предмет соответствия ТЗ. Для этого разработан ряд гостовских методик по испытанию аппаратуры на воздействие внешних факторов [ГОСТ 11478-88] [4].
На Российском рынке представлен широкий ассортимент устройств выполняющих эту задачу, но все они в своём большинстве рассчитаны на массовое использование внутри предприятия. Поэтому было принято решение изготовить аналогичное устройство и внедрить его в рамках учебной дисциплины «Информационные технологии проектирования радиоэлектронных средств»[5].
Для нужд учебного процесса в лаборатории «Пензенского Государственного Университета» было разработано устройство, получившее название «Ленточный транспортер». Изделие выполнено на современной элементной базе с применением инновационных технологий. Это устройство по-
зволило студентам оценить работу транспортера на промышленных предприятиях, а так же получить практические навыки и умения согласно гостов-ским методикам проведения испытаний на практике, а также наглядно демонстрировать работу устройства в широкой сфере деятельности [3].
Разработку устройства мы начали с создания схемы электрической принципиальной в программе для моделирования цифровых схем «Proteus 7 Professional». В роли управляющего устройства мы использовали микроконтроллер семейства «Atmel» ATMEGA16A. Использование микроконтроллеров в схеме существенно снижает её стоимость и повышает надёжность [6].
В качестве устройства ввода вывода информации мы применили двух строчный восемнадцати символьный LCD дисплей LM016L, на который в процессе работы выводятся необходимые для проведения эксперимента данные. Для ввода параметров в установку предусмотрена трех кнопочная матричная клавиатура, с помощью которой оператор задаёт режим работы и направление ленточного транспортера. Для сигнализации режимов работы устройства выведены два служебных светодиода L-934ID, по состоянию которых оператор определяет, в каком режиме работает транспортер и есть ли ошибка в его действии. Для движения шаговых двигателей применена специализированная микросхема ULN2 0 03A.
Для того, что бы ленточный транспортер при поломке одного из двух шаговых двигателей не прекратил работу, было целесообразно поставить еще два, как запасные. Основные узлы конструкции изображены на Рисунке 1.
