ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ УСТРОЙСТВ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ Легкий, Николай Михайлович

Введение к работе

Актуальность исследования.

Интенсивность транспортных и логистических потоков непрерывно возрастает. Для организации новых форм транспортного обслуживания процессов грузовых и пассажирских перевозок в настоящее время уже недостаточно сведений, получаемых от традиционных систем сбора информации, поскольку существующие методы идентификации и регистрации транспортных процессов практически исчерпали свои технические возможности, допускают значительное отставание от реального процесса и недостаточно достоверны.

В некоторых транспортных и логистических приложениях объем информационного потока существенно превышает критический объем, который способен обработать человек для принятия эффективного решения. Поэтому исследования в области новых технологий, способных существенно уменьшить влияние человечного фактора при вводе информации в системы принятия решения путем автоматизации процессов распознавания различных объектов необходимы и своевременны.

В связи с все возрастающими потребностями производственных и транспортных отраслей российской промышленности, во внедрении новейших IT разработок, решение комплекса сложных научно-технических проблем, связанных с созданием высокопроизводительных и надежных методов идентификации и ввода информации в автоматизированные системы не только сохраняет, но и усиливает с каждым свою актуальность. Актуальна данная проблема и для антитеррористических задач.

Основой необходимой достоверности систем идентификации является полнота и качество информации, поступающей от систем идентификации в автоматизированные системы управления. От полноты и качества полученной информации зависит эффективность принятия управленческих решений.

В последнее десятилетие интенсивно внедряются устройства идентификации на основе технологии радиочастотной идентификации (РЧИ). Технология радиочастотной идентификации относится к относительно новым радиотехническим информационным технологиям. В зарубежных странах она развивается под брендом «RFID» (Radio Frequency IDentification). Появившейся на стыке радиолокации и цифровой передачи сигналов, системы радиочастотной идентификации нашли широкое применение в различных отраслях промышленности и сфере оказания услуг, причем потребность в таких системах ежегодно увеличивается. В настоящее время технология радиочастотной идентификации является на Западе одной из самых бурно развивающихся технологий. Только в патентной базе США ежемесячно появляется сотни патентов, имеющих отношения к технологии радиочастотной идентификации. Наиболее востребованы в реальном секторе экономики (до 95% всего рынка RFID) устройства РЧИ на основе необслуживаемых пассивных радиочастотных идентификаторов, к особенностям которых можно отнести отсутствие собственного излучения.

Идентификация различных объектов с высокой степенью достоверности напрямую зависит от качества проектирования и производства считывателей и идентификаторов, ориентированных на решение конкретной задачи. В зависимости от типа объектов идентификации, условий и методов идентификации к устройствам идентификации предъявляют разные требования к конструктивному и схемотехническому исполнению, но общим остается высокая надежность и достоверность идентификации, которые закладываются на стадиях проектирования и производства.

Анализ известных методов и средств исследования устройств радиочастотной идентификации показал, что уровень стандартизации устройств идентификации, а особенно пассивных радиочастотных идентификаторов, недостаточен и требует новой единой универсальной методологии испытания. В связи с отсутствием единых требований к устройствам радиочастотной идентификации, разработка единой методологической базы проектирование пассивных устройств идентификации и методов их контроля характеристик и диагностики неисправностей в процессе производства является актуальной задачей.

Решение комплексной проблемы повышения качества идентификации связано с необходимостью разработки новых общих методов и средств получения и обработки информации, базирующихся на единых принципах классификации и описания принципов построения устройств и разработке на их основе программно-аппаратного обеспечения проектирования и методов испытания. В связи с этим, разработка научной концепции по созданию методов, алгоритмов и средств, обеспечивающих контроль и диагностику устройств радиочастотной идентификации, является актуальной и важной задачей

На сегодняшний день транспорт и логистика являются основными потребителями систем радиочастотной идентификации.

Целью диссертационной работы является решение важной научно- технической проблемы обеспечения высокого технического уровня и про- мышленно-технологической эффективности разработок и производства пассивных радиочастотных идентификаторов на всех основных этапах жизненного цикла на основе научно обоснованных методов, алгоритмов и программно-аппаратных комплексов мониторинга их параметров.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ и систематизацию методов и устройств радиочастотной идентификации. Определить приоритетные направления, перспективы и тенденции развития устройств радиочастотной идентификации.

2. Определить основные факторы и требования к техническому уровню пассивных радиочастотных идентификаторов.

3. Исследовать функционально-параметрическое согласование пассивного радиочастотного идентификатора и радиочастотного считывающего устройства, в том числе в условиях ограниченного времени взаимодействия.

4. Разработать базовое проектное решение пассивных радиочастотных идентификаторов и по результатам его оптимизации развить схемотехнические и конструкторско-технологические решения.

5. Разработать методики, алгоритмы и программно-аппаратные средства контроля радиочастотных идентификаторов на этапе их промышленного производства.

6. Разработать методы и принципы построения автоматизированных методов диагностики и контроля пассивных радиочастотных идентификации на этапе эксплуатации и, на основании полученной информации, повысить эффективность производственно-технологического процесса.

7. Провести экспериментальные исследования разработанных пассивных радиочастотных идентификаторов, а так же предложенных и внедренных методов, алгоритмов и программно-аппаратных средств диагностики и контроля.

Объектом диссертационного исследования является пассивная радиочастотная идентификация.

Предметом исследования является совокупность теоретических, методологических и практических аспектов по обеспечению необходимого технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов на основных этапах жизненного цикла.

Методы исследования, используемые в работе: теория систем радиолокации, теория передачи и обработки цифровых сигналов, математическое моделирование, теория надежности и статистические методы, экспериментальные исследования, компьютерная обработка результатов экспериментов.

Научная новизна:

7. 1. На основе системного анализа проанализированы, классифицированы и систематизированы методы и устройства радиочастотной идентификации и определены основные факторы и требования к их техническому уровню.

   2. На основе системных исследований проведена оптимизация схемы радиочастотного идентификатора по критерию увеличения дальности считывания.

   3. Обоснован новый методологический подход к испытаниям пассивных радиочастотных идентификаторов системы идентификации на всех этапах жизненного цикла.

   4. Предложены методы и алгоритмы автоматизированного контроля технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов в процессе их разработки и серийного производства.

   5. Предложены методы повышения эффективности, как технологии производства, так и самой технологии пассивной радиочастотной идентификации как таковой.

   6. Разработаны принципы и методы построения пассивных радиочастотных идентификаторов для систем управления подвижными объектами.

   7. На основе предложенных принципов разработаны новые конструкции устройств и систем, защищенные патентами РФ на изобретения, позволяющие повысить эффективность производства и применения радиочастотной идентификации в транспортно-логистических приложениях.

   Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

   Решение важной научно-технической проблемы создания базовых основ формирования номенклатуры отечественных пассивных радиочастотных идентификаторов, соответствующих мировому уровню обеспечено исследованными и разработанными:

   3. научно обоснованными особенностями построения пассивных радиочастотных идентификаторов, влияющих на его технический уровень;

   4. результатами исследования пассивных радиочастотных идентификаторов, положенными в основу рационализации систем управления подвижными транспортными средствами;

   5. результатами исследований взаимодействия пассивных радиочастотных идентификаторов и радиочастотных считывающих устройств, характеризующих эксплуатационные свойства идентификаторов;

   6. теоретически и экспериментально обоснованными методами контроля технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов в процессе производства;

   7. теоретическими и экспериментальными обоснованиями и реализацией концепции поддержания технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов по информации из сферы эксплуатации;

   8. разработанным и организованным производством пассивных радиочастотных идентификаторов «КБД-2» для эксплуатации на подвижных средствах ОАО «РЖД» с объемом выпуска 500 000 идентификаторов в год.

   Практическая значимость. В диссертационной работе решена комплексная научно-практическая проблема обеспечения высокого технического уровня и промышленно-технологической эффективности разработок и производства пассивных радиочастотных идентификаторов на всех основных этапах жизненного цикла на основе научно обоснованных методов, алгоритмов и программно-аппаратных комплексов мониторинга их параметров

   Внедрение в промышленную и эксплуатационную практику полученных в диссертационной работе научных результатов позволили:

   9. разработать базовые схемотехнические и конструктивно- технологические решения пассивных радиочастотных идентификаторов;

   10. разработать оптимальную модель пассивного радиочастотного идентификатора для транспортно-логистических приложений и на его ос- нове разработать и внедрить радиочастотный идентификатор КБД для системы мониторинга подвижных железнодорожных средств и перевозимых ими грузов;

   11. разработать и внедрить методику и система контроля технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов для задач их исследования в процессе разработки;

   12. разработать и внедрить концепцию, конструкторско- технологическую документацию, технологический маршрут и автоматизированная система контроля технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов;

   13. разработать и внедрить принципы мониторинга технического уровня пассивных радиочастотных идентификаторов в сфере эксплуатации.

   Получены патенты на изобретения на основные конструкторско- технологические решения, позволяющие повысить эффективность производства и использования пассивных радиочастотных идентификаторов.

   Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждены апробациями и результатами практических внедрений

   Реализация полученных результатов. Все полученные научно- практические результаты, реализованные при разработке и производстве пассивных радиочастотных идентификаторов, нашли практическое применение, в том числе на сети железных дорог ОАО «РЖД».

   Полученные результаты были использованы в научно- исследовательской работе «Поисковые исследования путей создания высокоэффективных средств идентификации и контроля состояния техники и вооружения с использованием микроминиатюрных высокостабильных акустоэлектронных импедансных устройств и многофункциональных пьезоэлектрических датчиков нового поколения» (Шифр «Шагистика»), выполненной в МИРЭА в 2006-2009 гг.

   Материалы диссертации были использованы при подготовке стандартов серии «Идентификация компонентов изделий АТ [авиационной техники] с применением технологий RFID»: «Часть 2. Состав и формат представления данных в радиочастотных метках» и «Часть 3. Термины и определения».

   Новизна предложенных технических решений подтверждена 15 патентами на изобретения.

   Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных, российских конференциях и научных сессиях:

   Международные конференции:

   14. «Современные информационные и электронные технологии», Одесса, 2008;

   15. «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах», Новочеркасск, 2007;

   16. «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании», Пенза, 2003;

   17. «Инновационные процессы в управлении предприятиями и организациями», Пенза, 2002;

   18. «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта», Москва, 2002.

   Всероссийские конференции:

   19. «Транспорт-2008», Ростов на Дону, 2008;

   20. «Современные технологии в машиностроении», Пенза, 2003;

   21. «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике», Пенза, 2002;

   22. «Нейрокомпьютеры и их применение», Москва, 2001 [67];

   Научная сессия РНОРЭС им. А.С.Попова, посвященная дню радио:

   23. Москва, 2010, 2009, 2006, 2005.

   Научно-технические конференции МИРЭА.

   За практические работы в области радиочастотной идентификации автором получены:

   24. серебряная медаль XII международного салона промышленной собственности «Архимед - 2009», 2009;

   25. медаль 10-го юбилейного международного форума «Высокие технологии XXI века», 2009 год.

   Публикации. Список из 71 основных работ приведен в конце автореферата, в том числе 2 монографии, 15 публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК, 15 патентов на изобретения, 13 докладов международных и всероссийских конференций и научных сессий.

   Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Диссертация содержит 303 страниц текста, 15 таблиц, 75 иллюстраций. Список использованной литературы содержит 178 наименований.

   Похожие диссертации на ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ УСТРОЙСТВ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ

   Организационно-методическое обеспечение повышения эффективности экологического менеджмента предприятий льняного кластераМудрая, Анна Викторовна

   

   Пути повышения эффективности работы предприятий в целях обеспечения их конкурентоспособностиХочоян Хачатур Гамлетович

   

   Повышение эффективности работы крупных строительных компаний на основе совокупного обеспечения объектов нерудным минеральным сырьемНагин, Алексей Сергеевич

   

   Системотехническая методология организационного проектирования управленческого потенциала наукоемкого производства : На примере Москвы и Московской областиБазадзе Наталья Григорьевна

   

   Развитие теоретических основ и практических приложений систем автоматизированного проектирования организации основного и вспомогательного производстваШарафеев, Ильгизар Шайхеевич

   

   Разработка моделей организации опытного производства приборных комплексов на основе технико-экономического проектированияДжафаров Ариф Мехди оглы

   Организация производства деталей опорно-поворотных устройств из титановых сплавов на предприятиях радиоэлектронной промышленностиМалышев Андрей Валентинович

   

   Метод обеспечения электротепловых характеристик радиотехнических устройств на основе идентификации параметров фрагмента печатного узлаБесшейнов Александр Владимирович

   Методы и способы обеспечения эффективности процедур оптимального проектирования ИС на схемотехническом этапеКазимира, Ирина Ярославовна

   Методы повышения эффективности виртуальных ЭВМ в системах автоматизации проектирования программного обеспечения АСУ реального времениМартынов, Виктор Лукьянович