CC BY
168
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
УДК 629.7: 002.534
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ МАТЕРИАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ В ЗАДАЧАХ МОНИТОРИНГА ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Ю.И. БУРЯК, И.Г. КИРПИЧЕВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Шапкиным В.С.
Рассмотрены основные методы идентификации компонентов ВС. Проведен их сопоставительный анализ в соответствии с предложенными критериями. Рассматривается возможность использования радиочастотных меток для идентификации компонентов ВС и сопровождающих документов как основы построения современной системы мониторинга жизненного цикла компонентов ВС. Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 06 - 08 -00082 а.
Введение
Решение проблемных вопросов производства конкурентоспособной авиационной техники (АТ), обеспечения ее безопасной эксплуатации во многом связано с информационным обеспечением производства и технической эксплуатации АТ, где одним их ключевых вопросов является использование полной, достоверной и актуальной информации о техническом состоянии воздушных судов (ВС).
Получение такой информации, ее последовательная актуализация на различных этапах жизненного цикла компонентов ВС, организация прямой и перекрестной проверки, ее полноты и объективности могут быть основаны только на использовании современных методов и средств идентификации технического состояния агрегатов и комплектующих ВС.
Существующая в настоящее время практика идентификации предполагает нанесение ограниченного перечня статической информации (производитель и дата изготовления, наименование, заводской номер и пр.) на изделие и формирование сопровождающей изделие документации (формуляр, паспорт, этикетка), в которую вносится необходимая динамическая составляющая эксплуатационной информации о его текущем состоянии (ресурс, наработка, дата и основание продления ресурса и пр.).
Комплексное решение проблемы совершенствования системы идентификации компонентов ВС может быть основано на увеличении глубины информационного описания, прослеживания ею жизненного цикла и организации перекрестного контроля параметров состояния. Реализация таких мероприятий предполагает создание информационной системы мониторинга жизненного цикла компонентов ВС, в которой задачи идентификации технического состояния играют ведущую роль.
Формирование критериальной базы для сопоставительного анализа методов идентификации авиационных компонентов
Информационная система мониторинга жизненного цикла компонентов ВС представляет собой многоуровневую территориально-распределенную систему, построенную по иерархическому принципу. С целью обеспечения текущей хозяйственной деятельности территориально-распределенных субъектов системы (производители, поставщики, эксплуатанты и др.) на первом уровне реализуются процедуры проверки текущего технического состояния компонентов ВС на основе оперативной (поступающей с агрегатом) информации. Результаты проверки передаются на вышестоящий (федеральный) уровень, где на основе ретроспективных (исторических) сведений проводятся операции перекрестной проверки достоверности сведений о техни-
ческом состоянии агрегата, проводимых с ним действиях и соответствующих субъектах деятельности.
Концептуальной основой построения такой системы являются положения единого информационного пространства (ЕИП) для всех пользователей системы, а именно: вся информация представляется в электронном виде и характеризуется стандартизированным представлением хранимых данных, стандартизированными форматами обмена данными, стандартизированными форматами обмена документацией, регламентированным, селективным доступом к данным, организованным сопровождением данных, организованным управлением электронным документооборотом.
Логический анализ информационного фонда системы позволяет выделить следующие информационные блоки:
• данные о компонентах ВС (заводской номер, чертежный номер, дата изготовления, дата начала отсчета сроков службы, ресурсы на момент документирования, наработки на момент документирования, дата последнего продления ресурса и пр.);
• данные о субъекте деятельности (наличие в реестре участников деятельности, наличие действующих сертификатов: на ремонт, на ТО, на производство);
• данные, удостоверяющие подлинность предоставляемой информации: справки о налетах, накладные о поставках, основания и технологические карты выполнения работ, результаты фотодокументирования и пр.
Представляется очевидным, что контрольные операции на уровне субъекта деятельности ограничиваются данными первого и второго блоков, причем полнота реализации функции контроля должна определяться на основании заложенных возможностей по проверке нормативов, представленных выше, которые могут быть формализованы в виде системы простейших логических уравнений типа:
ЕСЛИ <посылка1>,..,<посылкаК> ТО <исход i>, где Посылка 1,.. .посылкаК - проверка легальности (регистрации) отдельных параметров(К) типа
ЕСЛИ <Nd n1,n2....n \ > ТО<1гие>ИНАЧЕ < false >.
Исход - заключение о прохождении данного положения функции контроля, которое принимает значения true или false.
Идентификатор авиационного компонента предназначен для передачи/обновления сведений о компоненте в процессе его перемещения между субъектами деятельности, что предопределяет его значение как ключевого элемента системы идентификации.
Учитывая изложенные выше принципы функционирования современной автоматизированной информационной системы, можно сформулировать следующие основные требования к идентификации компонентов ВС:
1) требования по назначению:
• информационная емкость;
• способность к удалению/изменению информации;
• оперативность чтения/записи;
• машиночитаемость;
• стойкость к внешним воздействиям;
2) технологические требования:
• простота нанесения/ фиксации идентификатора;
• наличие инструментальных средств чтения/записи данных;
• информационно-технологическая совместимость;
• возможность использования стандартных средств вычислительной техники;
3) экономические требования:
• стоимостные показатели;
• наличие отечественной производственной базы;
• срок службы.
Большинство представленных требований не представляется возможным формализовать, поэтому для оценки методов идентификации будем пользоваться экспертной оценочной шкалой.
Краткий обзор современных методов для идентификации авиационных компонентов
Метод штрихового кодирования [1]. В последнее время в системах защиты продукции от фальсификации нашли широкое применение идентификационные знаки (ИЗ) с использованием машиночитаемого штрихового кода. Штрих-код (ТТТК) - это графическая метка, в которой по определенным правилам закодирована информация, как правило, это алфавитно-цифровой код. Типовой ИЗ представляет информационный носитель, содержащий визуальную и машиночитаемую информацию. ИЗ фиксируется на изделии (документации) и предназначен для его последующей идентификации (удостоверения легальности) путем сличения содержащейся на ИЗ и опорной информации.
С целью защиты от подделок ИЗ включает ряд элементов типографской защиты, таких как:
• знак, напечатанный краской со специальными добавками (термо, магнитные, метамер-ные);
• голографический знак;
• различный цветовой фон, выполненный в виде гильошей;
• метки напечатанные невидимой краской, флуоресцирующей под ультрафиолетовым облучением;
• микротекст и др.
Для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик: влагостойкость, стойкость к истиранию и возможность последующей автоматизированной обработки с использованием специализированных сканеров на всем пути следования изделий (документов) в течение гарантийного срока эксплуатации изделия (документа) ТТТК, в основном, наносится методом прямой термотрансферной печати.
Линейный ШК обладает определенными экономическими преимуществами - невысокой стоимостью (0.3 - 1.0 руб.) изготовления и дешевизной используемого оборудования; к его недостаткам следует отнести низкую информационную емкость (до 100 - 200 символов) при значительных геометрических размерах, что обуславливает его использование в качестве ключа к информации, хранящейся в специализированных и зачастую удаленных базах данных.
Двумерный ШК является самоидентифицирующим информационным носителем и содержит более расширенный (до 1000 - 2000 символов) перечень сведений об объекте идентификации, позволяющий проводить процедуры идентификации в месте контроля без обращения в специализированные базы данных.
Низкая разрешающая способность при печати и считывании типовых символик ШК (200300 ёр1), сложность изменения внесенной информации существенно ограничивают применение ШК идентификации для технических применений.
Основными элементами системы идентификации, построенной на основе ШК, являются:
- программное обеспечение (генератор кодов);
- оборудование по печати (принтеры ШК);
- считывающее оборудование (сканеры ШК).
Используемое оборудование является типовым, обладает невысокой стоимостью и изготавливается на отечественных предприятиях.
Прямая лазерная печать. Данная технология (разработка ФИАН РАН) [2] основана на создании специальной маркировки с помощью нанесения оригинальных веществ непосредственно на поверхность идентифицируемого изделия посредством технологии “прямого лазерно-
го письма”, где лазерное излучение невысокой мощности (до 10 вт.) фокусируют через специальную подложку на границу “подложка - вещество”. Применение лазера позволяет концен-
2 3 3 9 3
трировать энергию (10 - 10 дж/см ) в микрообъеме (10- см ) у поверхности вещества за короткое время (не более 10-8 с), в течение которого практически не происходит диффузии тепла в окружающую среду, и обеспечить высокие скорость (до 105 точек/с) и разрешающую способность (до 625 dpi) печати.
Маркировка наносится передвижной системой (на базе промышленного лазера) с выносной головкой путем приложения выносной головки к плоскости маркируемого изделия непосредственно на детали. Технология нанесения должна обеспечивать нанесение любого кода, в том числе и штрих кода с помощью УФ краски, люминофоров, полимерных соединений, вязких красок специального состава. Переналадка оборудования с одного типа краски на другой осуществляется путём смены картриджа на выносной головке.
Необходимость использования для считывания кода серийно производимых сканеров (например, Metrologic MS-1690 Focus, MS-9544 Voyager, 2D Opticon, LS-4008i Symbol) требует уменьшения разрешения (до 0,025 мм) и тем самым резко ограничивает возможности метода. Основными элементами системы являются:
- оригинальное маркирующее вещество;
- оборудование нанесения вещества (лазер);
- считывающее оборудование (оптический сканер).
Элементы используемого оборудования являются типовыми, обладают невысокой стоимостью и изготавливаются на отечественных предприятиях, однако на текущий момент не решены вопросы управления печатью и отсутствуют сведения о промышленном применении.
DataTraceDNA (ДатаТрейс-ДНА) - специальный (химический) способ маркировки, разработанный австралийской компанией "DataDot Technology".
Основными элементами системы являются:
- специальный маркирующий состав;
- устройство нанесения;
- считывающее устройство.
Микроточка, представляющая полиэстерный диск диаметром до 1 мм толщиной 0,1 мм, с нанесенной производственной информацией внедряется непосредственно в металлическую поверхность, без участия каких-либо носителей методом прямого высокоскоростного "впрыскивания" наночастиц в любой металл или сплав на основе технологического ноу-хау. Деталь, промаркированная с помощью частиц ДатаТрейс-ДНА методом холодного внедрения, может быть идентифицирована на предмет ее подлинности. Считывание информации с промаркированной продукции производится специальным устройством - Сканером (микроскопом). Сканер может читать код как при прямом контакте с поверхностью, на которой есть следы маркирующего вещества, так и через любые прозрачные материалы, в частности через полиэтиленовую пленку.
К недостаткам технологии следует отнести: отсутствие отечественной сырьевой и производственной базы, недостаточная стойкость вещества к эксплуатационным жидкостям плохая совместимость с компьютерной информационной системой, сложность изменении внесенной информации.
Метод радиочастотной идентификации (RFID) [3] использует радиочастотное электромагнитное излучение для чтения и записи информации на небольшое устройство, называемое радиометка. Процесс записи/считывания данных продолжается в течение 0,2 с. Содержащаяся на датчиках - метках информация (до 60 кбт) автоматически в соответствии с протоколом обмена на заданной частоте поступает в средства регистрации/анализа данных, идентифицируется и загружается для последующего анализа в базу данных. Применяемые в авиации датчики-метки являются ПАССИВНЫМИ, в их составе отсутствует передатчик и принцип их работы основан на резонировании колебательного контура, находящегося в электромагнитном поле.
Рабочая частота (например, 13.56 МГц) 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 технологического комплекса 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. Единый технологический процесс работы комплекса обеспечивается применением разработанного специального программного обеспечения.
К недостаткам технологии следует отнести временное отсутствие отечественной сырьевой и производственной базы, а к преимуществам: скрытое размещение, работоспособность 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.
Результаты анализа современных методов для идентификации авиационных компонентов
Итоговые результаты анализа рассмотренных методов сведены в таблицу; причем в качестве экспертной шкалы использовались оценки: высокая, средняя, низкая
Таблица
Метод идентификации Критерий оценки Штриховое кодирования Прямая лазерная печать DataTraceDNA Радиочастотная идентификации
Информационная емкость Средняя Высокая Средняя Высокая
Способность к удалению/изменению информации Низкая Низкая Низкая Высокая
Оперативность чтения/записи Средняя Средняя Средняя Высокая
Машиночитаемость Высокая Высокая Низкая Высокая
Стойкость к внешним воздействиям Средняя Высокая Средняя Высокая
Простота нанесения/ фиксации идентификатора Средняя Высокая Высокая Средняя
Наличие инструментальных средств чтения/записи данных Высокая Средняя Средняя Высокая
Информационно-технологическая совместимость с системами обработки Высокая Высокая Низкая Высокая
Возможность использования стандартных средств вычислительной техники Высокая Высокая Низкая Высокая
Продолжение таблицы
Метод идентификации Критерий оценки Штриховое кодирования Прямая лазерная печать DataTraceDNA Радиочастотная идентификация
Стоимостные показатели Высокая Средняя Средняя Средняя
Наличие отечественной производственной базы Высокая Высокая Низкая Средняя
Срок службы Высокая Высокая Высокая Высокая
Выводы
Решение сложной задачи идентификации технического состояния авиационных компонентов требует учета многочисленных и зачастую противоречивых требований, обуславливающих неоднозначность оценок результатов разными исследователями. По результатам приведенного анализа авторами предлагается использование технологий радиочастотной идентификации при построении системы мониторинга жизненного цикла компонентов ВС в силу присущих преимуществ:
• автоматизация идентификации изделий и документации на основе применения машиночитаемых идентификационных знаков, причем состав идентификатора компонента может быть переменным, отражая динамику состояния агрегата на жизненном цикле и конструктивный состав самого агрегата;
• согласованное кодирование компонентов ВС и сопровождающей документации;
• организация оперативной и 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 в соответствии с заданным регламентом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белов Г.В. Штриховое кодирование (Технологии XXI века). - М. : Металлургия, 1998.
2. Насибов А.С., Баграмов В.Г., Бережной К.В. Прямая лазерная печать вязкими красками // Квантовая электроника, 36, №2(2006). С. 159-162.
3. Шурыгина В. Радиочастотная идентификация. Новые возможности известной технологии // Электроника: Наука, Технология, Бизнес, №2 , 2006. С. 10-23.
MODERN METHODS OF IDENTIFICATION OF MATERIAL OBJECTS IN MONITORING TASKS
OF FLIGHT THE VALIDITY OF AIR ENGINEERING
Burjak G.I., Kirpichev I.G.
There was reviewed the basic methods of aviation components technical state identification. It is done the comparable analysis in correspondence with generated criteria. It is recommended the usage of RF tags for airplane components and covering documentation identification as the basis for development of modern system for life cycle of airplane components monitoring.
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 30 научных работ, область научных интересов - информационные системы, организация и сервисное сопровождение эксплуатации воздушных судов.
