CC BY
67
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности
УДК 629.017.1
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КОМПЛЕКСОВ СРЕДСТВ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧАМ ИНФОРМАЦИОННОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
И.Г. КИРПИЧЕВ, П.Е.ЧЕРНИКОВ
Статья посвящена анализу свойств и функциональности средств радиочастотной идентификации высокочастотного (ВЧ/ЫЕ) и сверхвысокочастотного (СВЧ/иИР) диапазонов. В статье отражены преимущества и недостатки обоих комплексов с точки зрения возможности применения в процессах информационного сопровождения технической эксплуатации авиационной техники (АТ), а так же как средств защиты изделий АТ от фальсификации.
Ключевые слова: радиочастотная идентификация, техническая эксплуатация авиационной техники, информационная система, жизненный цикл компонентов ВС, информационные технологии.
1. Введение
Анализ современных тенденций развития системы сопровождения технической эксплуатации (ТЭ) АТ определяет необходимость скорейшего внедрения цифровых информационных технологий. Автоматизация процессов накопления обработки и анализа информации о жизненном цикле воздушного судна (ВС) и его компонентов позволит минимизировать влияние человеческого фактора и оптимизировать процессы информационного сопровождения АТ в системе ТЭ АТ. Совершенно очевидно, что информационные технологии призваны перевести на качественно новый уровень процессы технической и летной эксплуатации авиационной техники, основанные на автоматизации обработки информации о жизненном цикле ВС и его компонентов.
Для решения проблемы перехода на цифровые технологии необходимо решить несколько фундаментальных задач, одной из которых является выбор технологии и метода цифровой идентификации компонентов ВС, а также разработка комплекса средств автоматизированной обработки информации о ВС и его компонентах с применением выбранной технологии. В настоящее время рассматриваются несколько технологий цифровой идентификации, а именно:
1. Штрих кодирование - широко применяемый в различных отраслях метод, основанный на использовании при маркировке штрих-кода, который хранит идентифицирующую объект информацию.
2. Ва1аТгаееВКЛ (ДатаТрейс-ДНА) - метод идентификации, основанный на применении специального идентифицирующего вещества наносимого непосредственно на поверхность объекта.
3. Прямая лазерная печать - технология, находящаяся на данный момент в стадии разработки и основанная на создании маркировки непосредственно на поверхности объекта с помощью специализированных веществ и оборудования и предусматривающая возможность обновления и добавления информации посредством изменения ранее нанесенной маркировки.
4. Технология радиочастотной идентификации (РЧИ) - широко применяемая технология, основанная на использовании в качестве маркировки радиочастотной метки, в память которой может быть записана идентифицирующая информация, а при необходимости добавлена или перезаписана информация о текущем состоянии жизненного цикла маркируемого объекта.
Анализируя существующие технологии идентификации [1], можно с уверенностью утверждать, что на данный момент наиболее перспективной и адаптированной для авиационной индустрии является технология радиочастотной идентификации.
2. Краткое описание комплекса средств автоматизированной обработки информации о ВС и их компонентах с применением технологии РЧИ
Следует сразу сказать о том, что, независимо от применяемой технологии идентификации, основным элементом описываемого комплекса является единое информационное пространство (ЕИП) системы сопровождения ТЭ АТ. Такое пространство обеспечивает всем участникам системы наличие актуальной информации о ВС и его компонентах в любой момент времени, а также защиту этих данных от искажения, вследствие того, что информация об одном и том же объекте на разных стадиях жизненного цикла поступает в систему от различных ее участников. Таким образом построение ЕИП есть ничто иное как построение сети распределенных баз данных с информацией о жизненном цикле ВС и их компонентов. Основой или механизмом построения единого информационного пространства системы сопровождения ТЭАТ в задачах контроля за жизненным циклом и летной годностью ВС и их компонентов служит информационно-аналитическая система мониторинга летной годности ВС (ИАС МЛГ ВС).
ИАС МЛГ ВС - это совокупность средств и алгоритмов обработки информационных потоков, связанных с ЖЦ ВС и их компонентов, и нормативно-справочной информации (НСИ), обеспечивающих непрерывный контроль и анализ летной годности (ЛГ) ВС в рамках ЕИП, объединяющего процессы разработки, производства и ТЭ АТ.
Программно-аппаратными составляющими комплекса средств автоматизированной обработки информации о ВС и его компонентах с применением технологии РЧИ являются (рис.1):
- радиочастотные метки (РМ) - информационный носитель, содержащий определенный набор сведений о маркируемом изделии. Носителем информации является электронный чип памяти [2];
- устройства записи/считывания
радиометок (ридер) - устройство,
позволяющее осуществлять запись и считывание информации с радиочастотных меток [2];
- автоматизированная система -
программное обеспечение, которое накапливает и анализирует полученную с меток информацию и связывает все элементы в систему. Применительно к задачам сопровождения ТЭ АТ такой системой является автоматизированная система управления технологическими производственными процессами (АСУ ТПП) авиа- зированной обработки информации о ВС и их компонен-предприятия. тах с применением технологии РЧИ
Преимущества применения технологии РЧИ в комплексе средств автоматизированной обработки информации о ВС и их компонентах, по сравнению с существующей технологией идентификации [1], можно классифицировать следующим образом:
1. Оптимизация процессов получения, хранения и обработки данных о ВС и их компонентах:
- устройства считывания могут работать в автоматическом режиме в рамках единого технологического процесса;
- гибкость настройки функциональных возможностей считывателя под конкретного пользователя (учет прав доступа пользователя к функционалу считывателя);
Рис. 1. Типовая модель комплекса средств автомати-
- автоматизация процессов информационного взаимодействия между идентификатором объекта (РМ) и автоматизированной системой;
- многократность использования за счет перепрограммирования (возможность поддержки информации, записанной в РМ в актуальном состоянии);
- функциональная завершенность и способность к развитию.
2. Защита информации о ВС и их компонентах:
- радиочастотные метки могут быть скрыты;
- защищенность информации, записанной в РМ;
- сложность подделки РМ;
- возможность реализации логического контроля информации считанного с РМ.
Использование средств РЧИ подразумевает крепление радиочастотных меток на компоненты ВС. Таким образом, после крепления метки на компонент ВС и записи на нее первичной информации о текущем состоянии жизненного цикла изделия информация о данном изделии становится защищенной от фальсификации на физическом уровне, т.к. является неотчуждаемой частью самого изделия.
3. Постановка задачи
Исходя из особенностей технологических процессов авиапредприятий и предприятий авиационной промышленности в части контроля жизненного цикла компонентов ВС в задачах технической эксплуатации АТ, определен следующий перечень информационных полей для записи в память РМ (табл. 1).
Таблица 1
Перечень информационных полей, предназначенных для записи в память радиочастотной метки маркируемого изделия АТ
№п/п Наименование Формат Кол-во знаков
СТАТИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ
1 Чертежный (сборочный) номер ****************************** 30
2 Заводской номер *************** 15
3 З авод-изготовитель **** 4
4 Дата выпуска ддммгг 6
ДИНАМИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ
Ресурсы
5 Межремонтный (ч/циклы) ******/***** 12
6 Г арантийный (ч/циклы) ******/***** 12
7 До первого ремонта (ч/циклы) ******/***** 12
8 Назначенный ресурс(ч/ циклы) ******/***** 12
Сроки календарного учета
9 Консервации ггмм 4
10 Службы ггмм 4
11 Дата последнего ремонта ддммгг 6
12 Ремонтный завод **** 4
Наработки
13 Наработка СНЭ (ч/ циклы) ******/***** 12
14 Наработка ППР (ч/ циклы) ******/***** 12
Таким образом, приведенная система контроля жизненного цикла компонентов ВС в задачах технической эксплуатации АТ позволяет полностью исключить из технологического процесса предприятия работы, связанные с сопровождением "бумажной" эксплуатационной документации изделий АТ (паспорта, этикетки, формуляры) и произвести переход к цифровому автоматизированному процессу, который, в свою очередь, является основой создания современной и информационно защищенной системы сопровождения технической эксплуатации АТ.
4. Сравнительный анализ
Исходя из требований к функциональному и технологическому обеспечению, активно развиваются и используются на практике два типа комплексов РЧИ: высокочастотные (ВЧ/ИБ) и сверхвысокочастотные (СВЧ/иИБ)
4.1. Радиочастотная метка
Радиочастотные метки - это портативные устройства, состоящие из микроантенны приемника и микроконтроллера. Основная задача радиочастотных меток - хранение и передача запрограммированного в микроконтроллере кода идентификатора (табл. 1).
РМ можно классифицировать следующим образом.
1) активные и пассивные:
- активные метки оснащаются миниатюрной батареей, что позволяет метке передавать информацию на большие расстояния;
- пассивные метки работают только при наличии несущей частоты от антенны, вызывающей индукцию на микроантенне в метке.
2) радиочастотный диапазон.
Существует несколько диапазонов работы РМ. В настоящее время наиболее применяемыми являются радиочастотные метки высокочастотного (ВЧ/ИБ) и сверхвысокочастотного (СВЧ/иИБ) диапазонов.
3) конструктивное исполнение.
РМ могут быть выполнены в виде:
- жестких вставок;
- бумажных этикеток.
4) механическая надежность.
Надежность меток определяется конструктивным исполнением. Основными параметрами являются: защищенность от пыли и влажности, устойчивость к температурным и механическим воздействиям.
С точки зрения условий эксплуатации АТ и в целях обеспечения безопасности эксплуатации применимыми к использованию на ВС и его компонентах можно считать только пассивные РМ, т. к. такие метки переходят в рабочее состояние только при наведении индукции в антенне электромагнитным сигналом определенной частоты от считывателя. Основные характеристики двух видов пассивных радиочастотных меток ВЧ и СВЧ диапазонов представлены в табл. 2.
Таблица 2
Характеристики меток
Наименов ание характеристики ВЧ Метка СВЧ Метка
Т ехнология и стандарт RFID system iID®2000 closed coupling, 13.56 MHz, based on ISO 15693 or ISO 14443 RFID system UHF
Т ип памяти EEPROM, endurance >100.000 cycles, data retention >10 years ID-No and user OTP possible EEPROM, endurance >100.000 cycles, data retention >10 years ID-No and user OTP possible
Продолжение табл. 2
Несущая частота 13.56 MHz 866 MHz
Стандарт системы ISO 15693 ISO18000B
Т ип чипа памяти iID-M iID-M
Скорость чтения/записи 26.4 kbps 115.2 kbps
Объем памяти 2,000 bit 1728bit
Ресурс метки >10 лет >10 лет
4.2. Устройства считывания (Ридеры)
Устройство считывания в комплексе РЧИ может быть выполнено как в стационарном исполнении, так и в мобильном. Несмотря на тип исполнения, основной характеристикой считывателей, с точки зрения рабочего частотного диапазона, является дальность записи/считывания информации с радиометки.
При использовании ВЧ считывателя запись/чтение содержимого чипа памяти радиометки производится контактным способом (необходимо поднести считыватель на расстояние не более 5 мм от метки), использование СВЧ считывателя и СВЧ меток гарантирует пользователю (в зависимости от размеров метки и мощности считывателя) возможность считывания/записи информации на расстоянии от 20 см до нескольких метров (при использовании пассивных меток).
Важной характеристикой считывателя можно назвать его функциональную оснащенность: считыватель может быть выполнен на базе интеллектуального устройства, позволяющего производить не только чтение/запись информации с меток, но и ее анализ, а может представлять собой электронный модуль, позволяющий производить только 3 операции:
- запись информации на радиометку;
- считывание информации с радиометки;
- перенос информации в информационно-управляющую систему (в нашем случае АСУ ТПП авиапредприятия).
Исходя из физических свойств используемых считывателями частотных диапазонов, можно построить следующую сравнительную таблицу (табл. 3).
Таблица 3
Сравнение технических характеристик считывателей ВЧ и СВЧ диапазонов
Характеристика Диапазон ИГ Диапазон UHF
Несущая частота 13,56 МГц 860...960 МГц
Дальность действия (с учетом установки радиометки на металл) До 0,5 см До 0,2 - 2 м
Скорость обмена данными с радиометкой 4-30 кб/с 40-640 кб/с
Влияние металлов на радиометку при записи/считывании информации считывателем Высокое Среднее
Помехоустойчивость Средняя Высокая
Применительно к условиям эксплуатации АТ можно сказать, что предпочтительным по своему исполнению и функциональным возможностям является комплекс средств РЧИ, обладающий следующими характеристиками:
- возможность дистанционного считывания/записи информации с радиометок;
- наличие в качестве ридера специализированного устройства отвечающего условиям процессов ТЭ АТ;
- минимальный набор функций, считывающих устройств.
Указанные характеристики определены, исходя из следующих утверждений:
- внедрение технологии РЧИ в процесс технической эксплуатации АТ предполагает запись/считывание информации с меток, установленных на компонентах ВС, при этом необходимо учитывать, что прямой доступ к компонентам ВС, на которые установлены метки, в большинстве случаев будет затруднен или попросту невозможен без демонтажа, окружающего оборудования, что, в свою очередь, исключает применение контактного метода считывания и делает предпочтительным дистанционный метод;
- персонал, занимающийся ремонтом и обслуживанием АТ (техники, инженеры лабораторий НК и т.д.) при внедрении технологии РЧИ в производственный процесс предприятия, должен выполнять с помощью средств РЧИ максимум 3 операции - запись, считывание и перенос информации для анализа в базу данных АСУ ТПП. При этом все необходимые операции по учету характеристик и состояния компонентов ВС в целях безопасности информации и сохранения ее легитимности должны проводиться в соответствующих подразделениях организации (ПДО, лаборатории НК и т.д.) с использованием информационно-управляющей системы [3]. Такой подход обеспечит минимизацию затрат времени на обучение персонала работе с радиочастотным комплексом и позволит обеспечить защиту от умышленного или неумышленного искажения данных;
- порядок работ, проводимых непосредственно на ВС [3], с использованием средств РЧИ предполагает использование считывающей аппаратуры комплекса РЧИ, что накладывает на считыватель дополнительные требования по параметрам условий эксплуатации (температура, воздействие агрессивных жидкостей и т.п.), при этом реализация считывателя на базе неспециализированных устройств делает невозможной установку соответствия требований эксплуатации этих устройств требованиям при проведении работ на ВС, поскольку неспециализированное оборудование изначально нерассчитано на воздействие параметров окружающей среды и факторов технической эксплуатации ВС. Специализированный считыватель предполагает еще на этапе разработки учет влияния всех вышеописанных воздействующих факторов и выполняется исходя из заранее поставленных требований эксплуатации, что, при должном исполнении, гарантирует возможность его применения при проведении работ на ВС.
5. Вывод
Таким образом, предпочтительным для использования в системе информационного сопровождения процессов технической эксплуатации авиационной техники является комплекс РЧИ сверхвысокочастотного диапазона. При этом считывающее оборудование указанного комплекса должно быть специализированным под задачи сопровождения ТЭАТ и разработано, исходя из заранее определенных требований эксплуатации. Внедрение технологии радиочастотной идентификации в процесс сопровождения технической эксплуатации АТ предусматривает развитие существующих АСУ ТПП в части интеграции с комплексом средств радиочастотной идентификации. Интегрированные в единый программно-аппаратный комплекс средства радиочастотной идентификации и АСУ ТПП позволяют произвести перевод работ системы сопровождения ТЭАТ на качественно новый уровень, что, в свою очередь, гарантирует пользователям таких систем минимизацию влияния человеческого фактора в указанных работах, а также защиту изделий АТ от фальсификации.
ЛИТЕРАТУРА
1. ОСТ 1 03542-71 "Знаки заводские. Типы, основные размеры, технические требования".
2. Справочные материалы сайта http://www.rfid-news.ru.
3. НТЭРАТ ГА - 93.
4. ГОСТ 27692-88 "Документация эксплуатационная на авиационную технику. Построение, изложение, оформление и содержание формуляров".
5. ГОСТ 27693-88 "Документация эксплуатационная на авиационную технику. Построение, изложение, оформление и содержание паспортов и этикеток".
THE COMPARATIVE ANALYSIS OF COMPLEXES OF RADIO-FREQUENCY IDENTIFICATION OF THE HIGH-FREQUENCY AND ULTRAHIGH-FREQUENCY RANGE WITH REFERENCE TO PROBLEMS OF INFORMATION SUPPORT OF PROCESS OF TECHNICAL OPERATION
OF AVIATION TECHNICS
Kirpichev I.G., Chernikov P.E.
Given article is devoted the analysis of properties and characteristics of complexes of radio-frequency identification high-frequency (HF) and ultrahigh-frequency (UHF) ranges. In article advantages and lacks of both complexes from the point of view of application possibility in processes of information support of technical operation of aviation technics (AT), and just as protection frames of products AT from falsification are presented.
Сведения об авторах
Кирпичев Игорь Геннадьевич, 1960 г.р., окончил МИИГА (1986), доктор технических наук, заместитель генерального директора, директор Информационно-аналитического центра ГосНИИ ГА, эксперт Федеральной службы по надзору в сфере транспорта Минтранса России и Межгосударственного авиационного комитета, автор более 30 научных работ, область научных интересов - информационные системы, послепродажное сопровождение технической эксплуатации авиационной техники.
Черников Павел Евгеньевич, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2004), заместитель начальника отдела разработки и сопровождения информационно-аналитической системы мониторинга летной годности ВС ИАЦ ГосНИИ ГА, автор 5 научных работ, область научных интересов - информационные системы, автоматизация процессов производства, разработка прикладных программ.
