• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»Исследовательские проектыРазработка методологии автоматизированного надежностного проектирования электронных средств дистанционного мониторинга распределенных систем

Разработка методологии автоматизированного надежностного проектирования электронных средств дистанционного мониторинга распределенных систем

2013

В данной НИР разрабатывается методология проектирования электронных средств мониторинга распределённых систем.

Поскольку электронные средства распределённых систем сгруппированы и находятся в автономных корпусах с защитой от несанкционированного доступа, то большую роль в обеспечении надёжности их функционирования играют как наводимые извне электромагнитные поля, так и внутренние паразитные электромагнитные связи.  Поэтому в НИР проведена разработка методики и алгоритма автоматизированного синтеза моделей для решения задач электродинамики и расчета эффективности экранирования.

Анализ моделей прогнозирования и расчета надежности электронных средств связан с определением состояний комплектующих элементов, рекомендованных в отечественных и зарубежных стандартах. Данный анализ сопровождается разработкой математических моделей интенсивностей отказов элементов, обусловленных деградационными процессами, а также созданием метода расчета интенсивности отказов элементов по конструктивно-технологическим параметрам.

Для распределённых систем характерно распределение функций, ресурсов между множеством электронных узлов, поэтому выход из строя одного из узлов не приводит к полной остановке всей системы. Типичной распределённой системой является магистральный трубопровод. Его исследованию посвящена заключительная часть отчёта.

Цель работы

Целью работы является повышение эффективности процесса автоматизированного проектирования электронных средств, систем диагностирования и мониторинга технического состояния распределенных систем, сокращение сроков и стоимости их создания за счет применения средств компьютерного моделирования физических, в т.ч.  электромагнитных процессов в конструкциях электронной аппаратуры и оценки эффективности экранирования при безусловном обеспечении требуемого уровня надежности.

Эмпирическая база исследований

Для проверки адекватности расчёта эффективности экранирования электронных средств были сконструированы 4 апертурных панели. Одна из сплошных панелей использовалась как задняя стенка в случаях, когда требовалась только одна апертура. Вторая сплошная панель использовалась вместе с первой для проверки точности экрана. Проволочный датчик (монополь) диаметром 0.021 дюйма (0.5334 мм) был смонтирован на дне для измерения электрического поля внутри ящика.

Техническое обеспечение для обработки данных лазерных наземных и мобильных измерений включает в себя следующее. Оптимальный состав технических средств, необходимых для функционирования ПО «Сбора и обработки»: процессор Pentium с частотой 2 Гц или более; не менее 1 Гб оперативной памяти; жесткий диск 80 Гб или больше; дисковод для DVD-дисков; клавиатура; мышь Microsoft Mouse или совместимое указывающее устройство; видеокарта и монитор, поддерживающие разрешение не менее чем 1920x1080 точек; звуковая плата; динамики или наушники; фотоаппарат марки Canon EOS 550D; GPS приемник GlobalSat BU-353. Для запуска программы необходимо, чтобы объем файла подкачки был не менее 2048 Мб.

Результаты работы

Главным результатом работы является создание методологии автоматизированного надёжностного проектирования электронных средств (ЭС) дистанционного мониторинга распределённых систем. Основные научные теоретические и практические результаты работы состоят в следующем:

  • разработана методика и алгоритм автоматизированного синтеза моделей для расчета влияния электромагнитных воздействий на ЭС;
  • выполнена практическая реализация разработанных методик и алгоритмов в виде автоматизированной подсистемы обеспечения эффективности экранирования ЭС на основе численного моделирования электромагнитных процессов, в том числе:
  • разработана справочная база данных по электромагнитным параметрам различных конструкционных материалов ЭС;
  • разработана методика обеспечения эффективности экранирования конструкций ЭС на основе численного моделирования электродинамических процессов;
  • разработанное программное и методическое обеспечение внедрено в практику проектирования на промышленных предприятиях и в учебный процесс вузов.

Для повышения точности автоматизированных надёжностных расчётов в настоящей НИР выполнены следующие работы:

  • разработаны математические модели интенсивностей отказов элементов ЭС, обусловленных деградационными процессами;
  • создано программное средство расчета интенсивности отказов элементов;
  • разработана методика расчетной оценки интенсивности отказов элементов при проектировании ЭА.

В итоге в НИР рассмотрено состояние проблемы безопасного функционирования магистральных трубопроводов. Для повышения безопасности их функционирования разработаны:

  • методика мониторинга трубопроводов с использованием комплексных лазерных наземных и мобильных ЭС измерений с применением малой авиации;
  • унифицированная методология (алгоритмы и программное обеспечение) дистанционного с борта летательного аппарата и наземных измерений беспроводными сенсорными сетями и их совместной обработки;
  • методики формирования геоинформационной системы для мобильного мониторинга трубопроводов, в том числе с использованием ГЛОНАСС.
Степень внедрения, рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР

Основные результаты работы внедрены на ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева» (г. Королев) и в учебный процесс МИЭМ НИУ ВШЭ по направлениям 211000 «Конструирование и технология электронных средств», 210700 «Информационно-коммуникационные технологии и системы связи», 230100 « Информатика и вычислительная техника» в рамках  междисциплинарного курсового и дипломного проектирования следующих дисциплин:

  • автоматизация конструкторского и технологического проектирования;
  • надёжность, эргономика и качество АСОИУ;
  • автоматизированные системы обеспечения надежности и качества радиоэлектронных средств космических аппаратов;
  • надежность электронных средств;
  • основы конструирования электронных средств;
  • элементы и узлы электронных средств;
  • конструкторские методы обеспечения ЭМС.

Совокупный технико-экономический и социальный эффекты в практике проектирования конструкций ЭА выражен:

  • скоростью оперативно проводить анализ напряженности электромагнитного поля внутри корпуса ЭА для внешнего поля, и возможностью определения эффективности экранирования;
  • повышением надежности разрабатываемой аппаратуры от уменьшения влияния человеческого фактора на точность результатов моделирования из-за использования дружелюбных специализированных интерфейсов входных данных и наглядности результатов анализа;
  • уменьшения количества промежуточных вариантов опытных образцов и снижения трудоемкости конструкторских работ.
Область применения

Актуальным, является развитие комплексных систем мониторинга магистральных газопроводов, а именно - лазерных, наземных и мобильных (средствами малой авиации) измерений. Это должно способствовать развитию и внедрению наземных средств мониторинга и постепенным сокращением, по мере их развития, дистанционных, в т.ч. и спутниковых систем мониторинга.

В дальнейшем предполагается проведение исследований, направленных на создание системы мониторинга, базирующейся на сенсорных беспроводных сетях, и ее комплексирование с мобильной авиационной лазерной системой мониторинга.

Публикации по проекту:


Аминев Д. А., Абрамешин А. Е., Лисицын И. Ю., Увайсов С. У. Испытания бортовой спутниковой навигационной системы на виброклиматические воздействия // В кн.: Инновационные информационные технологии: Материалы международной научно-практической конференции / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 18-23.
Тихменев А. Н. Повышение точности проектной оценки безотказности структурно-сложной радиоэлектронной аппаратуры // В кн.: Инновационные информационные технологии: Материалы международной научно-практической конференции / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 385-390.
Аминев Д. А., Азизов Р. Ф., Увайсов С. У. Программная интеграция элементов узла децентрализованной сети // В кн.: Инновационные информационные технологии: Материалы международной научно-практической конференции / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 23-26.
Артюхова М. А., Полесский С. Н. Влияние размещения элементов на функциональных узлах на радиационную стойкость // В кн.: Инновационные информационные технологии: Материалы международной научно-практической конференции / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 26-29.
Полесский С. Н., Карапузов М. А. Анализ современных моделей прогнозирования безотказности ИМС сверхбольшой степени интеграции // В кн.: Инновационные информационные технологии: Материалы международной научно-практической конференции / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 484-488.
Кечиев Л. Н., Журавлев И. Н., Крючков Н. М., Савин Ю. В., Демский Д. В. Специализированный измеритель напряженности электрического поля для измерения эффективности экранирования // Технологии электромагнитной совместимости. 2013. № 1(44). С. 23-28.
Жаднов В. В. Сравнительный анализ методов оценки надежности полупроводниковых интегральных микросхем // В кн.: Новые информационные технологии в автоматизированных системах: материалы шестнадцатого научно-технического семинара. М. : Московский государственный институт электроники и математики, 2013. С. 132-137.
Shalumov A. S., Malov A. V., Uryupin I. S., Tikhomirov M. V. Analysis and resistance ensuring to mechanical influence of electronics structures mounted on vibration isolators (ASONIKA-V) // European journal of natural history. 2012. No. 5. P. 30-31.
Shalumov A. S., Tikhomirov M. V., Shalumov M. A. An automated system for ensuring the reliability and the quality of the equipment (ASONIKA) // European journal of natural history. 2012. No. 5. P. 31-34.
Shalumov A. S., Shalumov M. A., Semenenko A. N., Tikhomirov M. V. Analysis and stability ensuring of electronic structures to thermal influences (ASONIKA-T) // European journal of natural history. 2013. No. 3. P. 46-48.
Попов П. О., Шалумов А. С., Чан С. Т., Нгуен К. Х., Буй Т. Н. Разработка виртуального конструкторского бюро для моделирования физических процессов радиоэлектронных средств // Динамика сложных систем. 2013. № 1. С. 42-45.
Сборник научных статей Военной академии Республики Беларусь Вып. 24. Мн. : Издательство Военной академии Республики Беларусь, 2013.
Кечиев Л. Н. Внутрисистемная ЭМС: состояние проблемы и тенденции С. 8-9.
Zhadnov V. V. Applying the methodology 217PlusTM in predicting the reliability of on-board equipment, in: Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий: Материалы международной научно-практической конференции (2013) / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов; науч. ред.: А. Н. Тихонов. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. P. 487-489.
Жаднов В. В. Анализ моделей прогнозирования и расчета надежности комплектующих элементов бортовой электронной аппаратуры // В кн.: Надежность и качество-2013: труды Международного симпозиума: в 2-х т. Т. 1. Пенза : Издательство ПГУ, 2013. С. 28-31.
Жаднов В. В. Модели прогнозирования безотказности фильтров для жидкостных систем охлаждения электронной аппаратуры // В кн.: Инновационные информационные технологии: Материалы международной научно-практической конференции / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 123-129.
Иванов И. А., Кошелев Н. А., Лышов С. М., Увайсов С. У. Инженерная методика формирования диагностических тестов для электронных схем // В кн.: Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий: Материалы международной научно-практической конференции (2013) / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов; науч. ред.: А. Н. Тихонов. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 495-498.
Акбашев Б. Б., Балюк Н. В., Кечиев Л. Н. Защита объектов информатизации от мощных электромагнитных воздействий: проблемы и решения // В кн.: Инновационные информационные технологии: Материалы международной научно-практической конференции / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 172-179.
Кечиев Л. Н. Внутрисистемная ЭМС: состояние проблемы и тенденции // В кн.: Всероссийская научно-техническая конференция "Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости" ТехноЭМС 2013. Труды конференции. Москва, 19-20 ноября 2013 г. / Науч. ред.: А. С. Кривов, А. П. Смирнов, Л. Н. Кечиев. М. : АО "НПФ "Диполь", 2013. Гл. 2. С. 8-9.
Aminev D., Сучков Д., Свиридов А. С., Uvaysov S. U., Vetrov V. A. Embodiment of the input path receiver of satellite navigation system, in: Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий: Материалы международной научно-практической конференции (2013) / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов; науч. ред.: А. Н. Тихонов. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. P. 333-335.
Иванов И. А., Кошелев Н. А. Система автоматизации проектирования контролепригодных ЭС. модуль 1: диагностируемые ЭРЭ // В кн.: Инновационные информационные технологии. Материалы международной научно-практической конференции. Часть 3// Innovative information technologies: Materials of The International Scientific-Practical Conference. Part 3 / Отв. ред.: И. А. Иванов; науч. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3: Innovative information technologies in industry. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 518-526.
Монахов М. А., Жаднов В. В. Разработка базы данных для системы АСОНИКА-К-СЧ по характеристикам надежности механических элементов класса "Фильтры" // В кн.: Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2013. С. 366-369.
Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий: Материалы международной научно-практической конференции (2013) / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов; науч. ред.: А. Н. Тихонов. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013.