Мы тут начали некоторые изыскания в этой области. Рассматриваем три технологии: 1) штрих-коды (линейные и 2-х мерные), 2) радиочастотные метки и 3) микросхемы перезаписываемой памяти ButtonMemory.
Ниже можно почитать больше. Вот только в размещении файлов я не силен, поэтому вульгарно скопировал через память со всеми присущими издержками, пардон за качаство.
================================
1. АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ АВИАТЕХНИКИ НА БАЗЕ ШТРИХОВОГО КОДИРОВАНИЯ
В настоящее время штрихкоды применяются во многих областях промышленности (автомобильная, фармацевтическая и т.п.). Общий вид штрихкода представлен на рис. 1.1. Преимущества от их применения очевидны: штрихкоды позволяют быстро и точно идентифицировать изделие, обеспечивают необходимой информацией о происхождении, свойствах и цене продукта. Эта информация закодирована в определенном порядке, который содержит максимум данных на небольшой поверхности и является исключительно машиночитаемой, что исключает ошибки человека при идентификации данных.
Рис. 1.1. Общий вид штрихкода
Основные человеческие ошибки, возникающие при отслеживании истории деталей или СЧ изделий связаны с недостаточной четкостью написанных от руки или плохо отштампованных данных о СЧ (см. пример на рис. 1.2.), потерей значительного количества времени на сбор информации со всех СЧ, с дальнейшим занесением этой информации в компьютерную БД со всеми неизбежными ошибками при работе с компьютером и т. п.
Рис. 1.2. Примеры неразборчивого номера СЧ при штамповке и ручной записи идентифицирующих данных
Кроме того значительные временные и трудовые затраты потребные для такой идентификации, как показывает практика, часто приводят к выдаче некорректной информации, что в свою очередь является основным сдерживающим фактором, препятствующим развитию качественного отслеживания истории СЧ и сказывается на ЛГ ВС.
Использование штрихкода в качестве идентифицирующей информации на оболочке (корпусе) СЧ позволяет фактически безошибочно работать с данными. Стоимость трудовых затрат при автоматизированном вводе данных при этом понижается более, чем на 90% по сравнению с ручной записью и работой с компьютером.
Международным стандартом в области идентификации СЧ для авиационной техники являются требования главы 9 спецификации АТА 2000 [3], которые базируются на следующих принципах:
наделение каждой СЧ уникальным идентификационным кодом на весь срок ее эксплуатации (от выпуска на заводе до списания);
использование линейного штрихкода в основном для нанесения на корпус или идентификационную табличку изделия;
использование двухмерного кода (о нем речь пойдет далее) для непосредственного маркирования на поверхности изделий, где есть ограничения по использованию таких поверхностей (например, лопатки авиационного двигателя и т.п.);
возможность использования системы кодирования, как для новых, так и для бывших в употреблении изделий.
Также, в спецификации АТА 2000 содержатся стандартизованные правила нанесения маркировки на детали, находящиеся в эксплуатации. Таким образом, разработчики деталей сообщают эксплуатирующей организации о возможности маркировки деталей, имеющихся у них в запасе или уже установленных на самолетах парка данного эксплуатанта.
Существуют три следующих основных идентификационных элемента:
1. Код конструктивного исполнения - (MFR).
2. Заводской (серийный) номер - (SER).
3. Номер составной части - (PNR).
Четвертый элемент данных условен и используется исключительно фирмой Airbus - это дата изготовления (DMF).
Фактически уникальный идентификационный код формируется комбинацией кода конструктивного исполнения и заводского номера (MFR + SER).
Ранее в авиационной практике уникальным идентификационным признаком была комбинация номера СЧ и заводского номера (PNR + SER). Однако это не совсем удобно в эксплуатации, поскольку после отдельных модификаций изделия его номер СЧ (PNR) может меняться по требованию авиационных полномочных органов. Вновь введенная пара идентификационных признаков: код конструктивного исполнения и заводской номер (MFR + SER), - позволяет однозначно идентифицировать экземпляр изделия на весь срок его службы.
Пример комбинации основных идентификационных элементов приведен на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Пример комбинации основных идентификационных элементов, нанесенных на новое изделие.
Другой технологией идентификации изделий АТ на базе штрихового кодирования является двухмерный матричный код (2D), общий вид которого представлен на рис. 1.4. Этот код представляет собой одну из новых технологий маркирования, которая включена в спецификацию АТА 2000 в 1999 году. Здесь данные сконденсированы в небольшую матрицу с ячейками в двоичном коде, что позволяет на той же поверхности кодировать информацию большего объема, и гарантирует удобочитаемость даже при повреждениях (например, при появлении царапин на матричной поверхности).
Рис. 1.4. Общий вид двухмерного матричного кода.
Преимущества двухмерного матричного кода сводятся к следующему.
1. В таком коде можно представить информацию, превышающую аналогичную в технологии применения штрихкода более чем в 100 раз.
2. Электронное считывание может происходить под любым углом.
3. Сохраняется возможность считывания при 20 %-ой чистоте поверхности (для линейного штрихкода требуется не менее 80 % поверхности).
4. Представляется в форме масштабируемого квадрата или прямоугольника.
5. Маркировку можно наносить печатающим прибором любого типа (струйная маркировка, тепловое воздействие, химическое травление, и т.д.).
6. Возможна прямая маркировка деталей в жестких атмосферных условиях точечным бойком или лазерной обработкой (например, на рис. 1.5. показан фрагмент лопатки турбины с нанесенной на ее торце двухмерной матрицей, выполненной в виде квадрата со стороной 6 мм).
Рис. 1.5. Фрагмент лопатки турбины с нанесенной на ее торце двухмерной матрицей, выполненной в виде квадрата высотой 6 мм.
В целом идентификационные технологии на базе штрихового кодирования имеют ряд преимуществ для различных пользователей.
Преимущества для авиатранспортных компаний и служб ТО. Точные данные и их своевременная доступность позволяют улучшить качество функционирования процессов ТО, таких как:
отслеживание компонентов;
управление их конфигурацией;
контроль над характеристиками надежности;
определение и устранение отказов;
заказ запасных частей.
Кроме того, улучшенная отслеживаемость ЖЦ понижает количество СЧ, изъятых из эксплуатации (подозрительные или неоригинальные СЧ).
Для получения эффекта от применения штрихкода должны быть проведены определенные мероприятия: в процесс ТО должен быть включен систематический анализ данных, ПО должно быть приспособлено к их контролю и управлению в режиме реального времени. Кроме того, согласно спецификации АТА 2000, на СЧ планера и двигателя должны использоваться две различные маркировочные технологии – линейного и двухмерного штрихкода, т.к. считыватели для линейных штрихкодов не могут считывать с двухмерного матричного кода, в то время как считыватели двухмерного матричного кода пригодны к считыванию информации с линейного штрихкода. Этот основной фактор должен быть учтен при закупке нового оборудования.
Преимущества при эксплуатации. Постоянный штрихкод на СЧ необходимо рассматривать только как один элемент в концепции применения штрихового кодирования. Некоторые авиатранспортные компании в рамках данной концепции рассматривают такие процессы, как замена быстросменных блоков ВС, идентификация пропусков обслуживающего персонала, расходных материалов, комплекта инструментов, технических руководств, рабочих карт и т.п. Собранные данные передаются через локальную вычислительную сеть и оперативно загружаются в БД. Далее на компьютерном экране дисплея программируется хронологическая последовательность действий, выполненных на определенном ВС, что позволяет управлять процессом ТО и автоматизировано отслеживать инвентарные запасы.
Преимущества для поставщиков и производителей. Преимущества от применения штрихкода выражаются не только в области ТОиР, но и на производстве, где улучшается качество процессов. При автоматизированной маркировке СЧ происходит мгновенная идентификация ее специальным ПО, которое также безошибочно генерирует документацию на продукцию. Таким образом, существенно понижается число не согласованной с конечной продукцией документации. Стоимость процесса собственно автоматизированной маркировки намного ниже по сравнению с ручной маркировкой [4].
2. АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ АВИАТЕХНИКИ НА БАЗЕ РАДИОЧАСТОТНОГО КОДИРОВАНИЯ
В последние годы в мировой авиационной отрасли значительное внимание уделяется технологиям определения идентификационных признаков, присущих СЧ ВС на основе радиочастотной идентификации – RFID. Это технология, позволяющая передавать и получать информацию от идентифицируемых объектов по радиоканалу, не требующая наличия прямой видимости или физического контакта между считывателем и идентификатором.
Благодаря наличию этих двух преимуществ перед другими технологиями, RFID постепенно вытесняет такие "отмирающие" технологии идентификации, как штрих-кодирование и магнитные карты.
RFID-идентификаторы не только более удобны в применении, но и могут хранить в себе больше информации, позволяют использовать различные системы кодирования данных для защиты от копирования и фальсификации.
Технологии RFID достаточно широко применяются в логистике, в системах контроля и управления доступом, а также в электронном документообороте. Особенностями применения этой технологии в авиационной промышленности являются: повышение качества управления ЖЦ СЧ ВС; предотвращение использования не аутентичных запасных частей.
Технология RFID содержит три компонента – идентификатор (карта, метка, брелок), считыватель и антенну. При этом основными считаются первые два компонента. Для проведения электронной разметки продукции и беспроволочной идентификации, в отличие от штрихкодов, в которых используются световые волны для обеспечения идентификации продукции, в основе RFID используются радиоволны. Метки RFID содержат данные по идентификации продукции, плюс данные по сроку годности, гарантии и истории ТО СЧ [5].
Общий принцип работы технологии RFID состоит в том, что считыватель излучает в окружающее пространство электромагнитную энергию. Идентификатор принимает сигнал от считывателя и формирует ответный сигнал, который принимается антенной считывателя и обрабатывается его электронным блоком (см. рис. 2.1).
Рис. 2.1. Иллюстрация принципа работы технологии RFID.
По принципу действия технологии RFID можно разделить на интерактивные (активные) и пассивные. Интерактивные системы имеют бортовой источник питания и характеризуются памятью большой емкости, что позволяет их многократно использовать. Пассивные системы не содержат источник питания (так как они получают мощность от антенны), ограничивают возможности чтения/записи и не предназначены для многократного использования.
В более простой пассивной системе излучение считывателя постоянно во времени (не модулировано) и служит только источником питания для идентификатора. Получив требуемый уровень энергии, идентификатор включается и модулирует излучение считывателя своим кодом, который принимается считывателем. По такому принципу работает большинство систем управления доступом, где требуется только получить серийный номер идентификатора. Системы, используемые, например, в логистике, работают в интерактивном режиме. Считыватель в такой системе излучает модулированные колебания, то есть формирует запрос. Идентификатор дешифрует запрос и формирует соответствующий ответ.
Необходимость в интерактивных системах появилась в связи с потребностью одновременно работать более, чем с одним идентификатором. Например, если на складе необходимо прочитать все метки в упаковке с товаром. В подобных ситуациях не обойтись без специальных алгоритмов, которые обеспечивают выборочную поочередную работу с несколькими идентификаторами, одновременно находящимися в поле считывателя. Без такого алгоритма сигналы идентификаторов накладывались бы друг на друга. В процессе работы по такому алгоритму считыватель определяет все идентификаторы по их уникальным серийным номерам, а затем поочередно обрабатывает информацию.
Основной принцип устройства идентификатора представлен на рис. 2.2, из которого видно, что он состоит из основных элементов: микросхемы (микрочипа) и антенны, для приема запроса считывателя.
Рис. 2.2. Составные части идентификатора RFID.
Для подсчета количества коробок на грузовом поддоне достаточно, чтобы каждый идентификатор имел свой уникальный номер. Однако есть большой класс задач, когда в метку необходимо помещать дополнительную информацию, отражающую ход технологического процесса. В этом случае используют перезаписываемые идентификаторы с дополнительной энергонезависимой памятью, в которой информация сохраняется и при отсутствии питания. Объем такой памяти может колебаться от нескольких десятков бит до десятков килобайт, в зависимости от решаемых задач.
В технологии RFID по расстоянию считывания различают следующие основные виды идентификаторов:
1) до 10 см - proximity cards (ISO/IEC 14443 [6]). Идентификаторы малой дальности. Используются в системах доступа, транспортных приложениях;
2) более 10 см - vicinity cards (ISO/IEC 15693 [7]). Идентификаторы средней дальности. Используются для идентификации товаров и продукции в основном в логистических приложениях.
По рабочим частотам основными являются низкочастотный диапазон (125 или 134 кГц), среднечастотный (13,56 МГц) и высокочастотный (800 МГц … 2,45 ГГц).
Низкочастотный диапазон наиболее применим в системах доступа, а также при идентификации животных и металлических предметов.
В настоящее время наиболее распространенным является среднечастотный диапазон. Он используется в транспортных и других аналогичных приложениях, где требуется работа с перезаписываемыми картами с достаточно широкой функциональностью, так называемыми "интеллектуальными метками".
Высокочастотный диапазон (800 МГц…2,45 ГГц) начал осваиваться сравнительно недавно, но представляет большой интерес ввиду того, что при существующих нормах на уровень мощности излучения в данном диапазоне на пассивных идентификаторах достигаются дальности до 4…8 метров, что очень важно, например, для складских приложений. В этом диапазоне доминирует стандарт ISO 18000 [8], а также используется специальная система нумерации EPC.
Далее дается более подробное описание указанных выше стандартов.
ISO 14443 - стандарт, регламентирующий работу proximity-идентификаторов на частоте 13,56 МГц. Описывает характеристики физического интерфейса (часть ISO 14443-1), сигнального (часть ISO 14443-2), процедуры инициализации и разрешения коллизий (часть ISO 14443-3), а также уровень передачи данных (часть ISO 14443-4). Скорости передачи данных 106 кБит/сек.
ISO 15693 - стандарт на vicinity-идентификаторы. Выбранные методы модуляции несущей частоты 13,56 МГц позволяют передавать данные между считывателем и идентификатором на расстоянии до 1,5 метров. Скорость передачи данных может составлять 6 кБит/сек. или 26 кБит/сек. При этом возможно использование одной или двух поднесущих частот.
Стандарт описывает несколько команд, необходимых для выполнения процедуры разрешения коллизий и обязательных для понимания всеми типами идентификаторов, и оставляет свободу для создания производителем своего набора команд.
EPC™ (Electronic Product Code™) - это система нумерации, разработанная для однозначной идентификации любых объектов, т.е. для определения электронного кода продукции, который имеет более простую структуру и является электронным аналогом штриховых кодов. Необходимость появления EPC вызвана тем, что, перезаписываемые метки по ISO 15693 нерентабельны в тех случаях, когда требуется только пометить изделие. EPC аналогична штриховому коду (по формату данных), а функция деактивации метки позволяет разрушать ее в момент, когда надобность в ней отпадает.
Основной организацией, которая разрабатывает эту систему нумерации для технологии радиочастотной идентификации является EPCglobal, образованная в 2003 году. На данный момент существуют стандарты для двух классов меток, разработанные ЕРСglobal. Метки 0 класса (доступные только для чтения) и метки 1 класса (для одноразовой записи и многократного считывания), которые работают на частоте 915 МГц с небольшим объемом памяти (около 128 бит). Метки 1 класса содержат уникальный идентификатор, обеспечивают возможность обнаружения и исправления ошибок, а также короткий пароль для доступа.
На сегодняшний день можно утверждать, что EPC для среднечастотного и высокочастотного диапазонов является очень перспективной системой, в особенности для логистических приложений.
ISO/IEC 18000 – основная цель при написании этого стандарта состояла в наведении порядка, особенно в низкочастотном диапазоне радиочастотной идентификации.
Существуют несколько направлений применения технологии радиочастотной идентификации: на транспорте, в системах контроля и управления доступом, в логистике и электронном документообороте.
В транспортных приложениях основное место (около 80%) занимают карты Mifare® производства Philips Semiconductors. В частности, они используются в метрополитене, в пригородных поездах, а также в сетях автозаправочных станций, в клубных системах и во множестве других приложений, где незаменима бесконтактная технология и требуется защита от несанкционированного использования. Карты соответствуют третьему уровню ISO 14443 и дополнены собственным механизмом криптозащиты, который исключает подделку транспортных карт (пример на рис. 2.3).
Рис. 2.3. Считыватели для транспортных карт
Системы контроля и управления доступом являются исторически самым старым применением технологии RFID. Сейчас доступ в офис или на предприятие по бесконтактной пластиковой карте стал обыденным делом. Первые решения на этой основе были относительно дорогими (если сравнивать с наиболее популярными тогда магнитными картами), однако удобство и надежность, обеспечиваемые RFID, позволили за несколько лет практически вытеснить с рынка профессиональных систем доступа все конкурирующие технологии. Основная масса карт и считывателей для систем доступа работают в пассивном режиме в частотном диапазоне 125 кГц. Реально устоявшихся стандартов нет, но наиболее популярны и распространены форматы компаний EM Marin, HID и Motorola (Indala). На рис. 2.4 представлены примеры считывателей для систем контроля и управления доступом.
Рис. 2.4. Считыватели для систем контроля и управления доступом.
В логистике работают идентификаторы, основанные на стандарте среднечастотного диапазона - ISO 15693 и EPC, а также идентификаторы высокочастотного диапазона по стандарту ISO 18000. Метки высокочастотного диапазона (800 МГц … 2,45 ГГц) обеспечивают максимальную дальность записи и чтения (до 8 … 10 метров), что незаменимо при внедрении технологии RFID в процессы управления складскими запасами.
Электронный документооборот - сравнительно новое, но очень перспективное направление использования технологии RFID. Быстрота считывания и надежность, высокая защищенность от несанкционированного доступа позволили начать внедрение электронных меток в паспорта, водительские удостоверения и другие документы. В настоящее время во многих странах в работе находятся проекты по переводу внутренних паспортов на электронную основу. При этом в памяти имплантированной в паспорт метки будут заноситься не только обычные данные владельца (Ф.И.О., год рождения и так далее), но и биометрические признаки, а также цветная цифровая фотография.
Для приложений, связанных с идентификацией товаров, багажа, корреспонденции и различной продукции производятся считыватели с различными параметрами, адаптированные под конкретное применение. В этой категории присутствуют:
настольные считыватели;
встраиваемые бескорпусные считыватели;
считыватели средней и большой дальности с выносными антеннами;
ручные считыватели с клавиатурой и жидкокристаллическими дисплеями (пример на рис. 2.5).
Рис. 2.5. Ручной считыватель с клавиатурой и жидкокристаллическим дисплеем.
Считыватели поддерживают ISO 15693 и систему нумерации - EPC. В табл. 2.1 представлено общее описание и изображение соответствующих считывателей для RFID-меток.
Таблица 2.1
Общее описание считывателей для RFID-меток, предназначенных для идентификации товаров, багажа, корреспонденции и различной продукции.
Тип считывателя Общее описание
Тип GR-08 Считыватели в настольном исполнении для подключения к ПК через порт USB. Наиболее удобный вариант при необходимости работы с картами "на столе". Считыватель имеет встроенный зуммер и двухцветный светодиод.
Тип GR-02 Бескорпусная версия считывателя малой (до 120 мм) дальности для встраивания в оборудование заказчика.
Тип GR-01 Ручной считыватель с автономным питанием. Используется как мобильное устройство с беспроводной связью с ПК. Для подключения к ПК комплектуется USB разъемом.
Тип GR-07-x Считыватели средней и большой дальности для применений в складских, торговых и других приложениях. Состоит из двух блоков: блока электроники и рамочной антенны. Имеется несколько модификаций рамочных антенн, позволяющих оптимально адаптировать систему для конкретных условий применения.
Также существует разработка фирмы LXE - универсальный переносной компьютер MX3-RFID, способный считывать как штрихкод, так и RFID-метку системы ЕРС. Это мобильное устройство разработано с целью уменьшения эксплуатационных затрат и сложностей, возникающих у компаний, использующих обе информационные технологии.
Необходимо отметить простоту общения оператора с MX3-RFID. Для изменения режима чтения между штрихкодом и RFID-меткой достаточно одного нажатия на одну из двух кнопок, расположенных по краям устройства (левой – для работы со штрихкодом и правой – для RFID-метки).
Считывающая часть этого устройства является износоустойчивой, а антенна расположена в специальном защитном "кожухе", что позволяет пользователям устройства не опасаться повреждений хрупких компонентов MX3-RFID.
Основной операционной системой MX3-RFID является Windows. Аккумуляторы позволяют работать в автономном режиме до 8 часов без подзарядки [9].
Необходимо также отметить стоимостные характеристики меток радиочастотной идентификации. Цена, например, "интеллектуальных меток" составляет от 40 центов до 1 $ при покупке оптом, тогда как стоимость штриховых обозначений является меньшей величиной – не более 5 центов. К тому же эта цена за последнее время была существенно снижена, поскольку раньше она составляла несколько долларов за каждый экземпляр.
Помимо указанных областей применения RFID-технологии, использование ее в авиационной промышленности позволит качественно повысить управление ЖЦ СЧ и ВС, а также улучшить контроль над качеством запасных частей. Так, например фирмы Airbus и Boeing пытаются применить технологии радиочастотной идентификации при маркировке отдельных (единичных) СЧ, а также при накоплении данных по истории обслуживания компонентов (или СЧ). В частности на Boeing проводились детальные исследования по установке и использованию "интеллектуальных меток" СЧ на самолетах компании FedEx.
В целом RFID технологии обладают следующими преимуществами:
RFID меткам не нужен контакт или прямая видимость;
RFID метки читаются быстро и точно (приближаясь к 100%-ной идентификации);
RFID может использоваться даже в агрессивных средах, а RFID метки могут читаться через грязь, краску, пар, воду, пластмассу, древесину;
пассивные RFID метки имеют фактически неограниченный срок эксплуатации;
RFID метки несут большое количество информации, что позволяет отследить всю историю изделия, детали, СЧ и т. п.;
RFID метки могут быть интеллектуальными;
"интеллектуальные метки" обеспечивают, находящуюся в них, информацию более высокой надежностью и позволяют ее менять с помощью функции "запись-чтение";
лежащие в основе RFID радиоволны могут сгенерировать (произвести) полную операционную запись по получению, приему, закрытию, оплате и регулированию материально-производственных запасов;
RFID метки могут быть не только для чтения, но и для записи достаточно большого объема информации;
Отрицательные свойства RFID-технологии заключаются в следующем.
1. Несмотря на то, что затраты на метки RFID постоянно снижаются, их стоимость все ещё является более высокой, чем при производстве штрихкодов.
2. Наблюдается дефицит радиометок по RFID технологии. Крупнейшие поставщики американской торговой сети Wal-Mart Stores планировали еще до наступления 2005 года снабдить RFID-метками часть продуктов, поставляемых на склады этой сети. Такой же срок установило и министерство обороны США для начала поставок некоторого оборудования с RFID-метками. Однако, многие компании, занятые в разработке и поставке RFID-меток различных классов, такие как Alien Technology Corp., Zebra Technologies, Symbol Technologies объявили, что у них либо закончились запасы радиометок, либо попросили клиентов делать заказы, как минимум, за три месяца. Представители этих фирм предложили клиентам продолжать делать заказы, но быть готовыми к трехмесячной задержке их выполнения. Пока потребность в RFID-чипах не превышает 50 млн. в год, но по прогнозам компании Incucomm уже к 2008 году она может вырасти в 400 раз – до 20 миллиардов.
Тем не менее, большинство экспертов сходятся во мнении, что колоссальный спрос на RFID-метки приведет к выходу на рынок их производства крупных компаний и проблема дефицита в ближайшее время будет решена.
3. Относительно длительный процесс производства меток по RFID-технологии: кристалл кремния выращивается почти 3 месяца, после чего к нему еще надо прикрепить небольшую антенну, что удлиняет процесс изготовления еще на месяц.
4. До конца не решена проблема стандартизации RFID-меток и выработки их спецификаций. Крупные производители, такие как EM Microelectronic, Philips Semiconductor и Texas Instruments ожидают окончательного разрешения этой ситуации.
5. Cистема RFID остается уязвимой для компьютерного взлома хакерами. В частности, уже создана компьютерная программа RFDump, которая выводит все данные, записанные в метке, и даже позволяет редактировать их в текстовом редакторе. Программа написана для того, чтобы показать покупателям, как они могут защитить себя от слежки после покупки товаров с RFID-метками. Правда, без должных мер защиты использовать эту программу и не по назначению (например, злоумышленник с помощью этой программы специально занижает цену на дорогое изделие перед тем как оплатить его на автоматической кассе, либо можно вообще изменить данные обо всех товарах в магазине, просто походив по залам).
Ожидается, что система радиочастотной идентификации позволит улучшить организацию складских работ, станут меньшими затраты и можно будет увеличить материальные запасы, а также повысится безопасность, сократиться время простоя во время проведения ремонта и станет более четким управление поставками запасных частей.
Многие специалисты считают, что в мире будут повсеместно использоваться как штрихкоды, так и во все большем объеме технологии RFID. Существуют оценки (Frost & Sullivan), что продажи меток RFID могут достигнуть 7 миллиардов долларов к 2008 г.
3. АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ АВИАТЕХНИКИ НА БАЗЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ МИКРОСХЕМ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ
Началом использования программируемых микросхем энергонезависимой памяти является конец 90-х годов. Новую технологию автоматизированной идентификации под названием CMB предложила фирма MacSema Inc. В настоящее время, технология CMB на рынке автоматизированных идентификаторов представлена двумя устройствами – ButtonMemory и MiniButton, которые в основном различаются физическими и емкостными размерами (подробные характеристики будут представлены ниже).
Название устройств определяет их общий вид: Button (пуговица, кнопка); и назначение: Memory (память). Данная технология автоматизированной идентификации в своей основе содержит СППЗУ и считыватель, производящий сканирование самого устройства (ButtonMemory или MiniButton). Общий вид устройства, используемого в технологии СМВ представлен на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Общий вид устройства, используемого в технологии СМВ, фирмы MacSema Inc.
В памяти устройства (ButtonMemory или MiniButton) может содержаться номер СЧ, ее серийный номер, а также код конструктивного исполнения.
Технология СМВ обеспечивает возможность добавления в память даты, часов наработки и других данных, характеризующих историю применения и ТО СЧ.
Применение технологии СМВ позволит улучшить отслеживаемость серийных номеров СЧ, а также при условии разработки электронных бортовых журналов на ВС - качественно автоматизировать их ведение [10].
Устройства ButtonMemory и MiniButton в основном различаются физическими и емкостными размерами. Общий вид устройств ButtonMemory и MiniButton в натуральную величину представлен соответственно на рис. 3.2 и 3.3.
Рис. 3.2. Общий вид устройства ButtonMemory технологии СМВ в натуральную величину.
Рис. 3.3. Общий вид устройства MiniButton технологии СМВ в натуральную величину.
Далее в табл. 3.1 представлена спецификация двух устройств СППЗУ ButtonMemory и MiniButton технологии СМВ с характеристиками и условиями эксплуатации.
Таблица 3.1
Спецификация устройств ButtonMemory и MiniButton
Характеристика Название устройства
ButtonMemory MiniButton
Конструктивное исполнение Корпус выполнен из меди. Контактная поверхность является позолоченной для лучшей коррозионной стойкости. Внутренние компоненты герметизированы, они являются непроницаемыми по отношению к большинству эксплуатационных сред, включая: воду, нефть, пыль, смазочный материал, соль, электромагнитные поля.
Запоминающее устройство Долговременное СППЗУ, не содержащее группу устройств (аккумуляторов), требующих сохранения данных
Емкость памяти 128, 256, 512 байт, 2, 4, 8 и 32К байт 128, 256, 512 байт, 2, 4, 8К байт
Физические размеры Диаметр 16,2 мм; высота 6 мм Диаметр 10,7 мм; высота 3 мм
Вес 4,0 грамма 0,77 грамм
Срок службы 1000000 циклов чтения - записи. Срок хранения данных – 100 лет.
Рабочая температура От - 60ºC до + 125ºC
Температура хранения От - 60ºC до + 150ºC
Время считывания От 13 до 165 миллисекунд
Электростатический разряд 15 кВ, 20 импульсов в секунду
Защита В системном ПО устройств разработана защита с использованием пароля и кодированием информации
Устройство СППЗУ специально разработано для крепления на оборудование, находящееся в тяжелых условиях эксплуатации, т.е. там, где требуется повышенная живучесть и возможность быстрой обработки данных (например, авиационные системы вооружения, средства наземного обеспечения и т. д.). Технология СМВ представляет собой уникальную комбинацию высокой живучести, повышенной/пониженной вариации плотности записи данных и низкой стоимости. Стоимость устройства в партиях до 10 000 штук составляет от 5$ до 6$ [11].
СППЗУ по некоторым характеристикам аналогично небольшому износоустойчивому компьютерному диску. Оно способно хранить в своей памяти цифровые данные любого типа, включая текст, графику, схемы, звуки и цветные изображения (фотографии).
Более подробно следует обратить внимание на качество записываемой на СППЗУ информации и ее объем (устройство ButtonMemory способно вместить в память информацию до 32 Кбайт, а MiniButton – до 8 Кбайт). В качестве примера, остановимся на памяти емкостью в 2 Кбайта.
Количество информации, которая может быть помещена в память СППЗУ размером в 2 Кбайта, зависит от индивидуального применения: это может быть как полстраницы, так и 100 страниц текста. Большую роль при этом играет коэффициент сжатия. С помощью этого коэффициента, возможно помещение информации с первоисточника во много раз превышающего по емкости СППЗУ. Предельный коэффициент, позволяющий записывать информацию фактически без потери качества, соответствует примерно 77 к 1, что позволяет записывать информацию на микросхему указанной емкости, превышающую 100 Кбайт. Но обычно коэффициенты сжатия на практике меньше.
При извлечении информации из СППЗУ, существуют некоторые особенности:
для выбора полей данных, которые необходимо включить в текстовый файл, предусмотрены специальные области идентификаторов;
в файле памяти СППЗУ может содержаться более одной таблицы данных, которые извлекаются вместе или по отдельности, например одна таблица может содержать основную информацию по изделию, вторая – инспекционные отчеты, а третья – записи об исправлениях.
Технология крепления устройства ButtonMemory или MiniButton на компоненты или СЧ основана на применении эпоксидной смолы, которая в течение нескольких минут (около пяти минут) затвердевает и позволяет крепко удерживать микросхему. Для чтобы сдвинуть или оторвать её от поверхности может потребоваться приложить усилия до 1241 кг.
Дополнительные характеристики СППЗУ:
работает в течение всего срока службы оборудования или компонента, на котором оно установлено;
взаимозаменяемость со штрихкодом и фактически любой другой формой технологии автоматизированной идентификации;
устройства емкостью в 256 и 8 Кбайт специально сконструированы в виде отдельной секционной блокировки памяти и сегментов, например, только для чтения. Так, в СППЗУ емкостью 256 байт, первые 128 байт могут быть заблокированы от возможного изменения данных, другая часть емкости – обладает фактически неограниченной возможностью "чтения-записи";
легки для доступа, редактирования или добавления информации;
структура файла подобна той, что применяется в персональном компьютере;
сбор данных может производиться в тяжелых эксплуатационных условиях, с помощью устройства "чтения-записи" или различных переносных терминалов, типа ноутбуков;
максимальная пригодность для заказчика – легко программируется для любых целей самыми распространенными типами ПО (Microsoft/Borland и др.).
Испытания нового устройства СППЗУ проводились ВМФ США в основном на лопастях несущего винта вертолетов H-3, H-46, и H-53, а также на других частях оборудования ВС, к которым они были приклеены. Испытания на несущем винте указанных моделей вертолетов продолжались более 400 часов, что не выявило никаких повреждений устройств.
Устройства ButtonMemory и MiniButton во время проводимых испытаний были проверены по следующим критериям, согласно специальным военным стандартам, специально разработанные военными для оценки пригодности оборудования к работе в любых климатических условиях, которые могут сопутствовать в течение всего ЖЦ.
Термонагрузка.
Специальный перепад температур в холодной и горячей зонах камеры был в пределах от - 54ºC до +160ºC. Были отработаны 4 цикла перепада температур. Клеевое вещество (эпоксидная смола), используемое для крепления устройства на оборудовании, не показало каких-нибудь ухудшений характеристик.
Термовибрация.
Вибрация при температурном перепаде от -65ºC до +135ºC применялась в течение 15 минут в области фюзеляжа реактивного самолета при низких и высоких температурах. Было отработано 10 таких циклов. Испытания не выявили очевидных несоответствий.
Влажность.
Испытания, проводимые в течение 10 дней, показали, что конфигурация ButtonMemory и MiniButton была ухудшена - на 5 % поверхности устройств образовался конденсат.
Соляной туман.
Определение стойкости к действию соляного тумана в камере Вильсона не выявило каких-либо нарушений в работе устройств.
Повышенная температура.
Устройства были подвержены термическому воздействию в 177ºС, 205ºС и 233ºС в течение 15 минут и оперативно проверены на каждой указанной отметке температур. На температурной отметке в 177ºС и 205ºС все устройства показали свою функциональность, т.е. прошли испытание. На отметке в 233ºС устройство ButtonMemory не прошло испытание, а MiniButton наоборот показало устойчивость к повышенным температурным нагрузкам.
Электромагнитный импульс.
Определение стойкости к действию электромагнитного импульса мощностью 5,8; 26,7 и 55,0 кВ/М не выявило каких-либо нарушений в работе устройств.
Электромагнитные помехи.
Во время действия напряженности электрического поля в 200 Вольт/метр по диапазонам частот от 2 МГц до 4 МГц и от 18,5 ГГц до 19,5ГГц не замечено ухудшений.
Также были проведены дополнительные испытания помимо требований военного стандарта. Они включали влияние излучения, кислотной среды и последствия снятия окраски. Результаты этих дополнительных испытаний не выявили значительных несоответствий с ранее заявленными характеристиками работы устройств ButtonMemory и MiniButton.
Испытания по указанным критериям показали следующее: оба устройства типа СППЗУ обладают фактически идентичными эксплуатационными характеристиками. Различия обусловлены в основном разницей в физических размерах, что отразилось на емкости памяти. По поводу влияния или не влияния эксплуатационных сред следует отметить, что устройства к подавляющему их большинству невосприимчивы, за исключением повышенной температуры (233ºС на ButtonMemory) и повышенной влажности (5 % поверхности обоих устройств оказались в конденсате).
Далее указаны области применения СППЗУ в настоящее время.
1. Использование функции устройства "чтения-записи", которое способствует отслеживанию за выполнением ТО.
2. Так как каждое действие технического состава сопровождается технической информацией о времени и дате в памяти СППЗУ, то в ней происходит создание контрольного следа для инспекции/осмотра.
3. Применяется в качестве электронного бортового журнала.
4. Отслеживание быстросменных компонентов по номеру СЧ, серийному номеру и коду конструктивного исполнения.
5. Отслеживание гарантийной информации, характеристик продавца и данных по организации системы ремонта.
6. Отслеживание ядерного/опасного материала.
7. Интерфейсное соединение с компьютерами путем применения программируемых логических контролеров.
Преимущества от применения микросхем энергонезависимой памяти.
1. Возможно многократное применение в тяжелых эксплуатационных условиях с маркировкой всего ЖЦ компонента.
2. Неограниченные возможности чтения, записи или изменения данных.
3. Высокая плотность записи данных по отношению к физическому размеру (несжатые данные значительно превышают максимально возможную емкость памяти устройства в 32 Кбайт).
4. Низкая стоимость ТО оборудования.
5. Взаимозаменяемость с любым другим элементом технологии автоматизированной идентификации.
6. Безопасность от взлома. Предусмотрена возможность кодирования информации и предохранения паролем.
7. Устройство экологически чистое – отсутствие всякого рода батареек и электрических зарядов, а также связанных с ними опасных отходов.
Как видно из указанных характеристик, разработка фирмы MacSema Inc. представляет собой прочное высокотехнологичное средство идентификации, предлагающее фирмам-изготовителям компонентов постоянную идентификацию и хранение информации для оценки объемов и номенклатуры запасных частей. Способное к выживанию в сложных условиях, СППЗУ позволяет техническому составу мгновенно подтвердить подлинность оригинала или запасной части.
Функция СППЗУ защищать хранящиеся данные от фальсификации, а также фактически неограниченная возможность "чтения-записи" данных позволяет это устройство использовать в качестве электронного формуляра, который способен совершенствовать управление конфигурацией, сохранять записи по ТО, и другие логистические функции в течение всего ЖЦ изделия.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Разработка предложений по совершенствованию порядка, форм и процедур оформления эксплуатационной документации, удостоверяющей летную годность изделий авиатехники с учетом международных стандартов, НТО № 259-04-IV, ЛИИ, 2004.
2. Руководство ИКАО по летной годности – Doc. 9760. Том 2, часть В, глава 9, ИКАО, 2001.
3. ATA SPEC 2000/ASC X12 Implementation Guide for Electronic Data Interchange (Issue 2001.1, 9th Revision), ATA, 2001.
4. A. Krapp. Bar Coding on Airbus aircraft parts. – FAST, № 29, p.p. 14-19.
5. L. Ann Tegtmeier. RFID. Knowledge enabled logistics. – OVERHAUL & MAINTENANCE, June 2004, p.p. 25-32.
6. ISO 14443 Identification cards — contactless integrated circuit(s) cards — Proximity cards:
Part 1: Physical characteristics, April 15, 2000.
Part 2: Radio frequency power and signal interface, July 1, 2001.
Part 3: Initialization and anticollision, February 1, 2001.
Part 4: Transmission protocols, February 1, 2001.
7. ISO/IEC 15693 Identification cards - Contactless integrated circuit(s) cards - Vicinity cards:
Part 1: Physical characteristics, 2000.
Part 2: Air interface and initialization, 2000.
Part 3: Anticollision and transmission protocol, 2001.
8. ISO 18000 Information technology - Radio frequency identification for item management:
Part 1: Reference architecture and definition of parameters to be standardized, 2004.
Part 2: Parameters for air interface communications below 135 kHz, 2004.
Part 3: Parameters for air interface communications at 13,56 MHz, 2004.
Part 4: Parameters for air interface communications at 2,45 GHz, 2004.
Part 6: Parameters for air interface communications at 860 MHz to 960 MHz, 2004.
Part 7: Parameters for active air interface communications at 433 MHz, 2004.
9. RFID-enabled rugged handheld computer. – OVERHAUL & MAINTENANCE, January/February 2005, p. 93.
10. D. Steber. CMB tested at rotary wing. –MECH, Fall, 2001.
11. D. Mulholland. Paper out, memory in. – NAVY TIMES, № 35, June 8, 1998.