А.М. Донец, с.А. Донец, а.С. Чуриков новые материалы для влагозащиты радиоэлектронных модулей

Приводятся основные свойства материалов, обеспечивающих надежную влагозащиту современных радиоэлектронных модулей. Излагаются особенности технологии получения влагозащитных покрытий

Проблема влагозащиты радиоэлектронных модулей приобрела особую актуальность в связи с широким применением в радиоэлектронной технике компонентов поверхностного монтажа. Для защиты радиоэлектронных модулей, содержащих такие компоненты, оказались непригодными покровные лаки на основе эпоксидных, уретановых и силиконовых полимеров главным образом по двум причинам: малая проникающая способность в узкие зазоры, образующиеся между корпусами компонентов и печатными платами; существенное влияние на работоспособность компонентов механических напряжений, возникающих в пленочных покрытиях в процессе полимеризации лаков. В связи с этим были проведены работы по созданию новых влагозащитных материалов. Благодаря исследованиям отечественных и зарубежных специалистов разработаны материалы, называемые "Эпилам", "Поливоск" и "Парилен". В настоящее время эти материалы выпускаются в нескольких модификациях.

Эпиламирующие составы - растворы фторсодержащих поверхностно- активных веществ в различных растворителях. Они обладают высокой проникающей и смачивающей способностью, хорошими гидрофобизирующими свойствами, приемлемой химической стойкостью и теплостойкостью при температурных воздействиях до 400⁰С. Характерным для эпиламирующих составов является сравнительно низкая стоимость и возможность нанесения влагозащитных покрытий типовым не дорогостоящим оборудованием.

Материал "Поливоск" представляет собой дисперсию низкомолекулярных полиэтиленовых восков в органическом растворителе с различными добавками. Выпускаются три модификации данного материала: СИМ-01 применяют для влагозащиты радиоэлектронных модулей и других сборочных единиц радиоэлектронной техники; СИМ-02 предназначен для влагозащиты катушек индуктивности, обмоток трансформаторов и других моточных изделий; СИМ-03 выполняет функции влагозащиты и паяльного флюса при низкотемпературной пайке выводов компонентов. СИМ-01 и СИМ-02 удовлетворяют требованиям эксплуатации подавляющего большинства радиоэлектронной техники, так как они сохраняют высокие влагозащитные свойства в интервале температур от – 60 до + 120⁰С. Важное достоинство материалов СИМ-01 и СИМ-02 заключается в том, что они обладают высокими электроизоляционными и антикоррозионными свойствами и не является экологически вредными.

В настоящее время "Парилен" широко используется для влагозащиты радиоэлектронных изделий, применяемой в авиакосмической, военной и промышленной технике. Наиболее часто применяют две модификации "Парилена": полипараксилилен и полидихлорпараксилилен. Эти материалы характеризуются высоким объемным удельным электросопротивлением, малым тангенсом угла диэлектрических потерь, сравнимым c этим параметром у лучших диэлектриков для печатных плат, невысокой диэлектрической проницаемостью, водопоглащением в несколько раз меньшим, чем у традиционных диэлектрических материалов и исключительно большой электрической прочностью в пределах от 145 до 260 кВ/мм, что позволяет их применять для влагозащиты радиоэлектронных модулей, собранных на высокоплотных печатных платах. Покрытия из "Парилена" наносят из паровой фазы в специальных вакуумных установках, причем конденсация паров мономеров происходит при комнатных температурах. Покрытия получаются равнотолщинными независимо от рельефности покрываемой поверхности. В одном технологическом цикле можно получить покрытия толщиной от единиц ангстрем до 60 мкм. Недостатком "Парилена" является более высокая стоимость по сравнению с вышеуказанными влагозащитными материалами. Кроме того, для получения париленовых покрытий требуется достаточно сложное технологическое оборудование.

Литература

1. http://www.compitech.ru

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.3

Е.А. Рогозин, Д.В. Махинов, Р.А. Залогин, О.В. Ланкин,

М.А. Багаев

КЛАССИФИКАЦИЯ УГРОЗ НСД В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Статья описывает классификацию угроз автоматизированным системам критического применения

Для оценки угроз автоматизированных систем управления критического применения (АСК) в условиях информационного противоборства (ИП), их классификацию целесообразно провести по следующим признакам: по характеру воздействия, по способам реализации, по объектам воздействия, по последствиям реализации.

По характеру воздействий ВФ разделяют на непреднамеренные и преднамеренные.

Группу непреднамеренных ВФ образуют ошибки деятельности человека, возникающие на этапах проектирования, изготовления и в процессе эксплуатации системы.

Преднамеренные ВФ обусловлены как реальностью пассивного несанкционированного доступа к информации (за счет физико-технических условий ее выделения), так и функциональными возможностями активных (физических, специальных программно-математических и программно-аппаратных) воздействий на АСК и ее элементы. Эта группа факторов объединяется понятием "информационное оружие" (ИО), определяемым как совокупность средств и методов, позволяющих похищать, искажать или уничтожать информацию, ограничивать или прекращать доступ к ней законных пользователей, нарушать работу или выводить из строя телекоммуникационные сети и компьютерные системы, используемые в обеспечении жизнедеятельности общества и государства. Основными видами ИО для НСД являются:

• программные и аппаратные средства преодоления систем защиты АСК;

• устройства для нарушения работы АСК, извлечения данных и информационных массивов и манипулирования потоками информации;

• специальные вредоносные программы (компьютерные вирусы, логические бомбы, программные закладки и т.п.);

• преднамеренно созданные, скрытые от обычного пользователя интерфейсы для входа в систему (люки);

• нейтрализаторы тестовых программ, обеспечивающие сохранение естественных недостатков программного обеспечения и искусственно созданных вредоносных программ.

Объектами воздействия этих видов ИО являются, информационно-программное обеспечение, аппаратное обеспечение АСК, а также каналы обмена данными между их функционально-структурными элементами.

По характеру последствий воздействий ВФ на информацию различают факторы, приводящие к нарушению целостности, доступности и конфиденциальности информации. В конечном итоге воздействие ВФ приводит к потерям ее качества (полноты, достоверности, оперативности).

Резюмируя изложенное, классификационную схему ВФ, влияющих на качество функционирования АСК, угроз информационной безопасности и последствий их проявления можно представить в виде, показанном на рисунке.

Проведенный с помощью изложенной классификации ВФ анализ возможных последствий их проявления позволяет сделать вывод о целесообразности разделения всего спектра угроз на четыре группы по признаку объекта их воздействия: на человека как звено системы управления, на программное обеспечение АСК, на аппаратное обеспечение АСК, на каналы передачи данных.

С учетом приведенной классификации ВФ связанные с их проявлениями потери информации целесообразно оценивать, предварительно сгруппировав по следующим типам:

• эргатические потери, являющиеся следствием ошибок операторов АСК;

• программные потери, являющиеся следствием несовершенства программного обеспечения (в т.ч. его незащищенности от различного рода вредоносных программ);

• аппаратные потери, являющиеся следствием ограниченной надежности вычислительных средств, несогласованности временных характеристик их элементов (процессоров, памяти, интерфейсных устройств и так далее);

• потери, возникающие при передаче (приеме) информации функционально-структурными элементами АСК вследствие подверженности каналов обмена данными естественным и преднамеренным помехам.

Классификация угроз НСД в автоматизированных системах

управления критического применения

Воронежское военно-техническое училище ФСО России

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.3

С.В. Чухлебов

РЕГУЛЯТОР АМПЛИТУДЫ НАПРЯЖЕНИЯ

ПИТАНИЯ ВИБРАТОРА

Рассмотрен вопрос точной регулировки и стабилизации амплитуды напряжения вибратора для автоматизированного весодозирующего комплекса

В системах дозирования упаковочных агрегатов наряду с высокоскоростным объемным дозированием широко используется весовое дозирование. В качестве устройств подачи фасуемых продуктов используются вибраторы оснащенные электромагнитами. Конструкция электромагнитов вибратора выполняется таким образом, чтобы имелась близкая к пропорциональной зависимость подаваемого на электромагнит вибратора напряжения питания и скорости насыпки продукта в ковш накопителя.

Такая зависимость чаще бывает нелинейной, поскольку развиваемая электромагнитом усилие зависит от магнитного зазора нелинейно. Использование микроконтроллера позволяет обойти такую нелинейность и осуществить линейную или с нужным законом изменения скорость насыпки продукта в ковш накопителя. Например, можно насыпать в начале дозирования быстро, а в конце с меньшей скоростью, чтобы получить необходимую дискретность насыпанной дозы. Используя на конечном этапе дозирования прямое взвешивание при не большой скорости дозирования и зная закон изменения насыпаемого веса от вида продукта и характеристик управления можно существенно повысить производительность насыпки при сохранении или улучшении её точности. Это в свою очередь позволяет минимизировать число загрузочных модулей в многомодульных загрузочных устройствах.

Амплитуда сигнала переменного напряжения промышленной питающей сети в течение коротких промежутков времени может существенно отличается от номинального значения – возможны снижение или увеличение амплитуды одной или нескольких полуволн и так далее. Причины возникновения таких отклонений связаны обычно с быстрым изменением сетевой нагрузки, например при включении мощного электродвигателя, печи /1/.

Для обеспечения точных (с минимальным влиянием синфазных помех) измерений веса продукта исполнительные устройства (катушки электромагнитов вибраторов) должны использовать источник питания, синхронизированный по фазе с напряжением сети.

Решение задачи по получению стабильного, регулируемого напряжения синхронизированного с сетью 50 Гц решается путём применения индивидуального генератора или стабилизированного источника питания. Применение индивидуального генератора для системы управления весового дозирования дорого, сложно, не исключаются помехи из-за наличия стабилизатора и из-за рассинхронизации с сетью. Стабилизированные источники питания не исключают необходимости разработки регулятора напряжения питания, точные стабилизированные источники (с погрешностью 0,5 %) достаточно дорогие и являются, как правило, специализированными.

Для обеспечения стабильного регулируемого напряжения питания синхронизированного с сетью 50 Гц разработано и изготовлено устройство регулировки амплитуды напряжения питания вибратора. Устройство работает совместно с весоизмерительным блоком. Для регулировки используется общий (для всего устройства управления весовой головкой) микроконтроллер, регулировка обеспечивается цифровым потенциометром, стабилизация осуществляется прямым регулированием за счёт измерения микроконтроллером амплитуды питания каждые полпериода, источника сетевого напряжения для цифрового потенциометра выполненного в виде делителя на резисторах с малым входным сопротивлением (для обеспечения минимальной задержки фазы сети схемой регулятора) и датчика тока включённого в цепь электромагнита вибратора.

Известные схемы питания переменным напряжением (~220 В, 50 Гц) для электромагнитов, как правило, не имеют регулировки, создают значительные помехи на процесс измерения веса. При тиристрорном управлении осуществляется неточная установка заданной величины амплитуды в связи с тем, что запуск осуществляется не по нулю, а при наличии начального напряжения необходимого для открытия тиристора.

Для возможности записи и воспроизведения технологических режимов подачи продукта по вибролотку разработана схема регулятора амплитуды напряжения подаваемого на электромагнит вибратора, формирующая пакеты импульсов переменного тока частотой 50 Гц заданной амплитуды.

В разработанной схеме микроконтроллер записывает данные в цифровой потенциометр каждый период (или полупериод) и изменение амплитуды в соответствии с новыми данными осуществляется по измеренному в предыдущий период (полупериод) значению напряжения сети и строго по переходу сетевого напряжения через нулевое значение, что совместно с синхронизацией измерения веса продукта с помощью тензодатчика и синхронно запускаемого АЦП с сигма-дельта модуляцией обеспечивает точные измерения веса продукта и его насыпку.

Выходное напряжение схемы подаваемое через контакты 1 и 2 разъёма XP6 на катушку электромагнита вибратора (ДР) формируется полевым МОП транзистором VT1 типа IRFPE50, имеющим защиту от обратного напряжения в виде встроенного диода Шотки. Прохождение сигналов напряжения положительной и отрицательной полярности от шины Е к шине F сети 220 В, 50 Гц показано на рис (схема) тёмными и светлыми треугольниками, где острый конец треугольника показывает направление тока положительной полярности. Для разделения путей прохождения тока с целью подачи на транзистор VT1 в нужной полярности используется диодный мост VD2 на ток не менее 2 А и напряжение не менее 600 В. Самовосстанавливающийся предохранитель ПР2 служит для защиты схемы от перегрузки по току. Дроссель вибратора устанавливается вне электронного блока, а транзистор VT1 вне платы в электронном блоке на отдельном радиаторе, обеспечивающим его охлаждение при величине максимальной рассеиваемой им мощности, равной 80 Вт (когда на транзисторе падает половина сетевого напряжения, а вторая половина приходится на катушку вибратора).

Транзистор VT1 обеспечивает форму тока в катушке, соответствующую имеющемуся в данный момент сетевому напряжению, а амплитуда тока определяется делителем, состоящим у резисторов R11 и R12 и резисторов цифрового потенциометра DD2 (AR8402AR50) /3/. Используется сдвоенный потенциометр, управляемый независимо по каждому каналу с целью расширения диапазона регулировки и обеспечения необходимой величины её дискретности. Напряжение, соответствующее фазе подаваемого сетевого напряжения и отрегулированное по величине цифровым потенциометром подаётся на схему управления током транзистора VT1, которая реализована на операционном усилителе DA1, работающем в качестве усилителя сигнала рассогласования напряжения, подаваемого с цифрового потенциометра и напряжения с датчика тока в истоке VT1. Датчик тока в истоке VT1 выполнен на параллельно соединённых резисторах R15 и R16, номиналы которых измерены после первоначального цикла нагрузки и используются при вычислении кода, подаваемого на вход SDA схемы регулятора от микроконтроллера.

В качестве усилителя рассогласования выбран ОУ типа AD820AR /4/, так как он обеспечивает во первых, необходимую амплитуду напряжения на выходе для управления VT1, близкую к напряжению своего питания и обеспечивает устойчивость схемы при большой ёмкостной нагрузке (до 3000 пФ), которую представляет из себя входная ёмкость транзистора VT1. Поскольку транзистор VT1 имеет большую входную ёмкость (около 3000 пФ) использована схема коррекции на опережение в цепи обратной связи (элементы R13, C5).

Поскольку схема регулятора может создавать значительные помехи (падение напряжения на дросселе нелинейно из-за изменяющегося зазора магнитной цепи его сердечника и нагрузки вибратора продуктом) она развязана от схемы микроконтроллера и аналоговых схем измерения веса оптической развязкой, выполненной на транзисторных оптопарах ИМС DD1 типа TLP521-4. Схема оптической развязки обеспечивает передачу сигналов интерфейса SPI с тактовой частотой 40 кГц (задержки складываются из времен задержки t_rise, t_fall ключа оптопары, которые составляют около 10 и 15 мкс соответственно для выбранных значений сопротивлений нагрузки 470 Ом фототранзисторов). При использовании более быстродействующих ИМС оптронов эти задержки могут быть значительно уменьшены.

Для обеспечения начального сброса цифрового потенциометра используется схема, управляемая двумя сигналами.

Первый сигнал – создаёт цепь питания для сигнала от цепи «+7,5 В» источника питания регулятора амплитуды вибратора через транзистор VT4 (выводы 10 и 9) ИМС DD1, с помощью которого на вход в нормальном режиме работы предаётся сигнал отключения выхода цифрового потенциометра от схемы преобразователя напряжения – ток, что обеспечивает отключение регулирующего транзистора VT1 как при подаче соответствующих сигналов на входы «группа В. Вх», так и при использовании какого-либо из напряжений питания: «+5 В вх» (нестробированное супервизором питание микроконтроллера +5 В, «+220 Пит. регулятора амплитуды вибратора» – выпрямленного напряжения питания +220 В узла регулятора амплитуды вибратора, «+5 В» – питание микроконтроллера), «Vcc» и «-5 В» (от сигналов и начальной установки (сброса) источников питания микроконтроллера и аналоговых схем измерения веса (группа А – Вх. 3), «+7,5 В» схемы питания узла регулятора амплитуды вибратора (группа А, Вх2).

Это обеспечивает блокирование управлением вибратора во всех аварийных ситуациях по питанию – когда исчезает или ещё не включено какое-либо из питаний - +5 ВВх (выход стабилизатора источника питания микроконтроллера), «-5 В» и «Vcc» - питаний аналоговой части схем; выпрямленного питания +220 В, 50 Гц узла регулятора амплитуды вибратора, питания «+7,5 В» узла регулятора.

Управление отключением вибратора (включенное) от микроконтроллера осуществляется снятием сигнала , т.е. переводом его на уровень логической 1 (положительная логика ИМС DD2 регулятора, то есть подачей уровня логического нуля на диод ИМС DD1.4 регулятора (положительная логика) от микроконтроллера (по его выводу PC3 как выходу) инверсным сигналом на оптрон ИМС DD1.4 A5 (выводы 8 и 7). Выход коллектора транзистора вывод 8 DD3 регулятора используется для опроса микроконтроллером с целью прерывания алгоритма при перегрузке вибратора. Подача напряжения питания стробированного супервизором питания микроконтроллера напряжения его питания «+5 В Вх» на транзистор VT5 а не собственно напряжения питания микроконтроллера «+5 В» осуществляется с целью:

1. обеспечить прохождение сигнала аппаратного сброса питания «+5 В» микроконтроллера на вход SHDN ИМС цифрового потенциометра до момента запуска микроконтроллера,

2. для установки схемы регулятора в начальное состояние ранее момента появления питания схемы регулятора VT2, DA2, работающего ориентировочно с задержкой, определяемой R17 и С7 (заряд С7, разряд С7 определяется R18).

Сигнал , если он вдруг возник, блокирует сигнал включения от микроконтроллера PC3 и отключает силовой транзистор VT1 регулятора сбросом (сигналом ) цифрового потенциометра.

Транзистор VT3 служит для защиты схемы DD2 (по выводу 13 (А1)) от подачи сетевого напряжения через R11 до момента появления напряжения питания «+7,5 В» ИМС DD2. Использовать другие способы защиты (например RC цепь из R11 и дополнительного конденсатора в узел соединения R12, R11 – нельзя, так как в этом узле (на входе А1 ИМС DD2) должна точно повторятся форма сетевого напряжения.

Резистор R23 – служит для утечки входного тока и привязки неинвертирующего входа DA1 схемы регулятора к уровню общего при закрытом (сигналом =0) выходе W1 цифрового потенциометра DD2.

Задержка установления выходного напряжения на выводе W1 ориентировочно составляет 3,2 мкс с погрешностью 0,1 % относительно сигнала и 20 мкс относительно сигнала последнего такта записи по последовательному каналу. Следовательно, последний сигнал по установке кода в цифровом потенциометре должен быть подан за 20 мкс до момента подачи разрешающего уровня по выводу (задержки в оптронах примерно одинаковы при одинаковых значениях сопротивлений нагрузки фототранзисторов).

Другие задержки в схеме цифрового потенциометра несущественны (<50 нс), так что при реализации временной диаграммы записи (рис. 1,b стр.5 описания datasheet AD8402AN50.PDF /3/) по последовательному каналу следует (при разработке программы учитывать временные задержки в оптронах, которые могут существенно отличаться (см. рисунок).

Временная диаграмма работы AD8402AN50

ОУ AD820AR использован в схеме потому, что он обеспечивает малый входной ток (не более 1 нА при 70°С) и малое время установления с высокой точностью при очень большой ёмкости нагрузки, что обеспечивает развязку от цифрового потенциометра и точную привязку момента включения транзистора к переходу сетевого напряжения через нулевое значение при использовании соответствующего оптоизолятора типа TLP521-4 /5/. Быстрый возврат транзистора VT1 в закрытое состояние обеспечивается сигналом и быстродействием ОУ DA2.

В приведённом варианте схемы обеспечивается достаточно точная регулировка амплитуды вибратора, необходимая для точной регулировки процесса насыпки различных продуктов с достаточно большим общим весом и высокой стоимостью.

Решения:

Поскольку одновременно измерять вес и напряжение сети не можем, так как измерение сети надо проводить каждый период (полупериод), измерение сети точное проводит АЦП AD7705 выборочно для калибровки АЦП контроллера, а измерение сети каждый полупериод проводим АЦП контроллера. Более радикальное решение – использовать для создания стабильного не отличающегося по фазе от сетевого напряжения для подачи его на вывод А1 цифрового потенциометра.

Разработанная схема имеет задержку относительно момента перехода сетевым напряжением нулевого значения, равного 1¼ периода. Для обеспечения более точной регулировки без измерения сетевого напряжения следует заменить сетевое напряжение, подаваемое на входной резистор делителя R11, R12, DD2 напряжением, пропорциональным сетевому с той же фазой, но разделенное в каждый момент времени на значение амплитуды сетевого напряжения на вывод А1 цифрового потенциометра. Это может быть осуществлено следующей операцией (реализованной в схемном решении):

.

При измерении неизвестного синусоидального напряжения нужно получить для входного напряжения функцию cosωt. Для этого можно применить дифференциатор. На его выходе получаем:

.

При известной частоте можно считать параметр ωRC равным единице. Следовательно, в нашем распоряжении имеется искомый член для дальнейших вычислений по формуле . После возведения в квадрат и сложения без использования фильтров находим амплитудное значение.

При переменной частоте в устройство необходимо вести интегратор для получения члена cos²ωt с частотно-независимой амплитудой. Выходной потенциал интегратора составляет:

Постоянная интегрирования во включенном состоянии приводится к нулю с помощью резистора R_p. Перемножая V₁ и V₂ получаем:

После образования разности V₄ - V₃ и извлечения корня находим выходное напряжение

.

Таким образом, для каждого момента времени оно равно пиковому значению входного напряжения. Резкое изменение амплитуды сигнала приводит к запаздыванию выходного сигнала, определяемому временем, необходимым для того, чтобы интегратор вновь установился в среднее значение (нуль). Следует отметить, что выходное напряжение сразу же изменяется в соответствующем направлении, поэтому подключенная к выходу устройства схема, например управляющий усилителе, получает правильную команду /2/.

Разработанная схема позволяет точно регулировать подачу продукта, устраняя в достаточной степени влияния изменения сетевого напряжения, обеспечивает возможность перенастройки на дозирование различных продуктов без регулировки исполнительных механизмов, а также позволяет автоматизировать процессы настройки дозатора на новые продукты.

Литература

1. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. Справочник. Изд.2, перераб. и доп. 1990. 512 с.

2. Титце У. Шенк К. «Полупроводниковая схемотехника» Пер. с нем. – М.: Мир, 1982. 512 с.

3. www.alldatasheet.com. 1-/2-/4-Channel Digital Potentiometers AD8402AR50. (Описание ИМС AD8402AR50). Автор Analog Devices inc. 1997. 20 с.

4. www.alldatasheet.com. Single Supply, Rail to Rail. Low Power FET-Input OP AMP AD820 (Описание ИМС AD820AN). Автор Analog Devices inc. 1999. 16 с.

5. www.alldatasheet.com. Toshiba Photocoupler Ga As IRED & Photo-transistor TLP 521-1, TLP 521-2, TLP 521-4. (Описание ИМС TLP 521-4). Автор Toshiba, 2000. 8 с.

6. www.alldatasheet.com. Информация по транзистору IRFPE50: International Rectifier IRFPE50 HEXFET Power Mosfet PD-9.573B. Автор International Rectifier inc 2005. 5 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.3

Е.А. Рогозин, Р.А. Залогин, О.В. Ланкин, А.В. Тюхов, С.Ю. Рослов, В.С. Гундарев

МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ УГРОЗ

НСД В АСУ КРИТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Статья описывает метод проектирования СЗИ на основе комплексной оценки угроз автоматизированным системам критического применения

В настоящее время основной особенностью, характеризующей развитие человеческой цивилизации на современном этапе, является информация в АСУ критического применения (АСК), которая по своей ценности приравнивается к стоимости материальных ресурсов. Поэтому проблема защиты информации в АСК выходит на первый план. Для обеспечения информационной безопасности (ИБ) используются специализированные системы защиты информации (СЗИ), обязательно входящие в АСК в качестве проблемно-ориентированных подсистем. При этом как объект проектирования СЗИ представляет собой сложную организационно-техническую систему. Следовательно, повышение эффективности процесса разработки СЗИ требует совершенствования существующего и разработки нового методического обеспечения, охватывающего различные задачи и этапы данного процесса.

В статье предложен метод проектирования СЗИ на основе комплексной оценки угроз, основные этапы и задачи которого представлены на рисунке. Особенностью данного метода является то, что показатель эффективности СЗИ оценивается на основе комплексной оценки угроз по следующему выражению

Есзи=1-Ек.

Для решения данной задачи необходимо разработать соответствующее математическое, алгоритмическое и программное обеспечение, что является направлением дальнейших исследований.

Структурная схема процесса проектирования СЗИ в АСК

на основе комплексной оценки угроз НСД

Воронежское военно-техническое училище ФСО России

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.3

С.В. Чухлебов

ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПЕРЕХОДА НАПРЯЖЕНИЕМ СЕТИ

НУЛЕВОГО ЗНАЧЕНИЯ

В статье рассмотрен способ уменьшения (подавления) сетевых помех путём синхронизации запуска АЦП с моментом перехода сетевым напряжением нулевого значения

В точных системах весового дозирования требуется в схему измерения и управления вводить схему формирователя перехода напряжением сети нулевого значения, формирующую сигнал перехода напряжением сети нулевого значения при обоих направлениях изменения сетевого напряжения 220 В 50 Гц (60 Гц).

Это необходимо для:

- точного запуска исполнительных устройств, работающих от сети 220 В 50 Гц;

- обеспечения точности измерения и аналого-цифрового преобразования, исходя из специфики работы АЦП со встроенными цифровыми фильтрами и низкой чувствительности тензодатчика;

- обеспечения воспроизводимости измерений при нестабильной частоте сети, в частности и при использовании резервных источников сетевого напряжения 220 В, 50 Гц, путём синхронизации измерений с изменяющимся по частоте сетевым напряжением;

- уменьшения влияния наводок и помех применением различных способов интегрирования измеряемых сигналов в интервалах изменения помех;

- повышения точности измерения и уменьшения влияния наводок и помех при использовании методов статистической обработки и автоматизированном планировании измерения при адаптивном управлении системой в условиях промышленных помех.

- компенсации влияния на результаты измерений паразитного детектирования тензодатчиком вибраций, передаваемых от исполнительных устройств к тензодатчику.

Известно применение специализированных интегральных микросхем (ИМС) для включения тиристора, подключающего нагрузку, например электромагнит вибратора для устройств дозирования, которые включают тиристор при переходе сетевым напряжением нулевого значения, например ИМС MOC3062…. MOC3064 фирмы ISOCOM. Однако порог срабатывания такой схемы составляет около 3 В, что не позволяет обеспечить необходимую точность запуска измерения или синхронизации.

Информационный материал фирмы Atmel Corp. AVR182: «Zero Cross Detector» информирует о возможности уменьшения электромагнитных помех, особенно когда имеется переключение нагрузок переменного тока в схеме или вне её достаточно дешёвым способом, используя переключение в момент перехода сетевого напряжения через нулевое значение (термин «Нулевое переключение»), получая необходимую синхронизацию с помощью отсчёта необходимых интервалов времени до следующего момента переключения, с помощью микроконтроллера.

Нарастающий фронт предлагаемой схемы немного запаздывает, а спадающий – опережает истинные моменты перехода напряжением сети нулевого значения, что вызывает соответствующие погрешности и не позволяет получить необходимое уменьшение погрешностей при измерении и уменьшение или компенсацию помех из-за наличия порогов переключения и привязки к сети с подключением общего проводника системы к нулевому проводу сети.

Также применяемый способ не обеспечивает привязку к истинному текущему моменту перехода, а к прогнозируемому, что в условиях изменяющейся частоты сети и высокочувствительных схем значительно сводит на нет достоинства метода.

Привязка к сети должна осуществляться либо созданием искусственного провода нуля из трёх проводов фаз, либо в случае однофазной сети выделением дифференциального сигнала при отсутствии связи с нулевым проводом сети (что выбрано и имеет место в нашем случае с целью дополнительной электромагнитной развязки измерительной схемы и микроконтроллера от исполнительных устройств (используется оптоэлектронная развязка)).

Величина напряжения тензодатчика в рассматриваемом дозаторе может составлять около 1 мВ. а величина младшего разряда – 16 нВ, что находится на уровне помех высокочувствительных схем при грамотной разводке схем и использовании эффективных методов экранирования. Это предъявляет повышенные требования к точности привязки моментов запуска и длительностей как работы исполнительных устройств, так особенно измерительных схем. Последнее становится ясным из рассмотрения метода измерения, используемого АЦП типа AD7705. В рассматриваемой схеме АЦП работает в небуферизованном дифференциальном режиме для обеспечения максимальной чувствительности и подавления синфазных помех и наводок в схеме. За период измерения 20 мс АЦП осуществляет 20мс*(fCLKIN/64)=20мс*(2.4576 MHz/64)=20мс*38.4 kHz=768 выборок, синхронизированных кварцевым генератором АЦП. При измерении необходимо минимизировать влияние помех, расположив интервал измерения так, чтобы каждая из интегрируемых АЦП выборок измеряемого напряжения получила допустимую величину помех в нужной фазе, а также так, чтобы и влияние помех по цепи питания АЦП на встроенный цифровой фильтр за период обработки последним входного сигнала было минимально. Если последнее проще всего достичь, используя фильтры по цепям питания АЦП и конструктивные меры, то первое можно обеспечить, если проводить корреляционный анализ, изменяя момент привязки начала измерения к сетевому напряжению или, в общем случае, периоду помех.

Дополнительно необходимо использование аналоговой фильтрации на входе АЦП с целью обеспечить отсутствие насыщения модулятора АЦП с сигма-дельта преобразованием и возможно применение цифровой фильтрации на выходе АЦП с помощью DSP процессора.

Влияние внутренних схем и контроллера, обслуживающего также и процесс измерения, можно минимизировать, переводя микроконтроллер и эти схемы в спящий или IDLE режим. Таким образом, остаётся влияние внешних электромагнитных полей, наводок по цепям питания и вибрационных помех на датчик с частотой 50 Гц и её гармоник.

АЦП в значительной степени ослабляет влияние помех частотой 50 Гц, при её отклонениях от номинальной в пределах её стабильности по стандарту (смотри характеристику цифрового фильтра АЦП, рис. 1, приведена для частоты обновления данных 60 Гц), но отклонения частоты могут быть и вне стандарта при аварийных ситуациях и применении резервных источников сетевого напряжения 50 Гц.

Рис. 1. Частотная характеристика цифрового фильтра,

встроенного в АЦП для частоты обновления данных 50 Гц

Поскольку сетевая помеха является помехой последовательного вида, эффективным способом её подавления является интегрирование измеряемого напряжения. Поскольку АЦП интегрирует выборки определённой длительности из входного сигнала, для обеспечения точности компенсации помехи общего вида (50 Гц) необходимо обеспечить начало и конец интегрирования строго синхронно с периодом помехи (50 Гц).

Из теории известно, что при данном значении интервала интегрирования Т_1, выбранном для подавления сетевой помехи периодом T, погрешность из-за помехи составит при Т₁ =T+:

= =

= , при =0 и n=1 при синхронизации каждого периода и приточной привязке к моменту перехода сетевым напряжением нулевого значения (=0)

= = пропорционально квадрату отклонению периодов интегрирования и помехи, то есть их рассинхронизации. Для отклонения фазы :

=

то есть дополнительная погрешность из-за неточности привязки (= ) пропорциональна величине неточности привязки  (при малых sin(2 /(T))= 2 /(T)).

Кроме этого, поскольку интегрируется не весь период, а только определенное число выборок конечной длительности из него, что приводит к интегрированию только 1/64 от длительности периода (определяется использованным режимом АЦП: выбранным эквивалентным усилением сигнала в АЦП) ухудшение ослабления гармоник из-за отклонения периодов пропорционально номеру гармоники, поскольку с увеличением номера гармоники увеличивается отклонение амплитуды помехи в частной выборке относительно идеального случая и указанные отклонения накапливаются. Поскольку частота выборок и их длительность стабилизированы в АЦП задающим кварцевым генератором, рассинхронизация частот кварцевого генератора и сети по частоте вызовет две погрешности, как по отклонению частот, так и из-за изменения длительности выборки относительно величины периода сетевого напряжения.

В случае если помеха не стационарна, возникает дополнительная погрешность, связанная с тем, что интегрирование производится только в части периода помехи. Такие нестационарные помехи частично можно перевести в помеху общего вида, если точно синхронизировать с моментом перехода сетевым напряжением нулевого значения моменты запуска АЦП. Такой же перевод в помеху общего вида можно использовать и для уменьшения нестационарных помех за счёт использования синхронного запуска исполнительных устройств и помех, возникающих от воздействия вибраций на датчик.

Р ис. 2. Необходимо дополнительное интегрирование от 2 до 8 преобразований АЦП для нивелирования отмеченных на рисунке выбросов

Рис. 3. Изменение напряжения смещения и коэффициента усиления ОУ OP27 фирмы Analog Devices после импульсного теплового воздействия

При использовании накопительного интегрирования, возникает возможность фильтрации помех на частотах субгармоник. Как показывает практика, для уменьшения влияния нестационарных помех, связанных с воздействием на тензодатчик температурных градиентов в схеме усилителя сигналов тензодатчика и других аналогичных воздействий, а также из-за специфичности способа дискретизации в АЦП, вызывающего наличие импульсных шумов преобразования с близким к нормальному (Гауссову), но не точно нормальному закону распределения (рис. 2), возможно и необходимо использовать накапливающий способ измерения веса с количеством отдельных накапливаемых преобразований АЦП до четырёх для рабочих измерений. В данном случае имеется ввиду дискретный алгоритм экспоненциального усреднения (сглаживания). При калибровочных, диагностических измерениях – число отдельных накапливаемых преобразований АЦП может быть больше.

При запуске исполнительных устройств имеются также не только сетевые помехи общего характера, но и импульсные помехи с частотами реализации, кратными частоте сети из-за нелинейностей исполнительных устройств и импульсного характера процессов включения-выключения (например, при регулировании амплитуды вибрации лотка, из которого производится насыпка в лотки взвешивания). Поскольку при этом возможна перегрузка усилителя сигнала тензодатчика и временный разогрев чувствительных ИМС усилителя из-за перегрузки, имеющий достаточно длительное последействие (ориентировочно до 30...120 секунд, см. рис. 3) при усилении сигналов тензодатчика с малым уровнем, необходимо обеспечить минимальный уровень таких помех.

Таким образом, запуск исполнительных устройств стартует точно в момент перехода сетевым напряжением нулевого значения, что позволяет минимизировать такого рода погрешности измерения.

Литература

1. http://www.isocom.com – информационный сервер ISOCOM INC 2006.

2. http://www.atmel.com.ru – информационный сервер Atmel Corp. Rev. 2508B-AVR-01/04 AVR182. 2006.

3. http://www.analog.com – информационный сервер Analog Devices. 2006.

4. Мирский Г.Я. Электронные измерения. Изд. 4-ое перераб. и доп. – М.: «Радио и связь», 1986. – 440 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.3

Е.А. Рогозин, В.В. Назаров

ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ПРИ РАЗРАБОТКЕ

СТАРТСТОПНОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Разработана вероятностная модель процесса функционирования стартстопной системы связи

В настоящее время при разработке техники связи необходимо решить следующие научно-технические задачи:

1. Первая основная задача – это задача повышения эффективности систем связи, то есть осуществить передачу максимального количество информации наиболее рациональным способом.

2. Вторая основная задача – это задача значительного повышения помехоустойчивости существующих систем связи.

Вследствие влияния помех принятое сообщение в системе связи будет отличаться от переданного. Степень соответствия (эффективность) переданного и принятого сообщения, которая может быть выражена в количественной мере (в вероятностной форме), характеризует помехоустойчивость передачи сообщений. В качестве показателя эффективности помехоустойчивости при передаче дискретных сообщений может быть использована вероятность ошибочного приема (Р_ЛС ).

Одной из наиболее перспективных систем связи являются стартстопные (сеансные) системы связи (ССС), которые в отличие от существующих позволяют решать вышеуказанные задачи. По техническому исполнению они бывают следующих видов /1/:

- стартстопные системы связи с ЧМ – сигналами;

- стартстопная система связи с ОФМ – сигналами;

- стартстопные системы связи с m–ичными сигналами.

Наиболее перспективными являются ССС с m–ичными сигналами, это связано с тем, что при этом обеспечивается наибольшая помехоустойчивость передачи сообщений.

При проектировании перспективной ССС в настоящий момент не разработано математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для решения этой сложной и актуальной задачи. Поэтому целью статьи является разработка модели ССС, которая позволит определить вероятности переходов и состояний с целью дальнейшей оценки эффективности ССС.

Полное представление об исходах, возможных при приеме сообщений, дает вероятностная модель на основе графового представления. Такой граф, построенный для рассматриваемой ССС, приведен на рис. 1.

Рис. 1. Вероятностная модель при разработке ССС

Момент начала приема сообщения в графе соответствует (m+n-1) – ой задержке времени, предшествующей передаче сообщения; события ЛС, ПО₁, ПО₂, ПО, ПС, ПП, которые представляют собой, соответственно, ложные срабатывания, превышение сигналом первого порога, второго порога, правильное обнаружение синхросигнала, его пропуск и правильный прием сообщения; - обозначает событие противоположное событию a. На графе представлены вероятности возможных переходов. Пропуски сигнала (его неприем) с информационной точки зрения эквивалентны приему искаженного сообщения, поэтому модель на рис. 1 можно упростить и привести к виду, представленному на рис. 2.

Рис. 2. Упрощенная вероятностная модель при разработке ССС

Анализ рис. 2 показал, что ложные срабатывания и необнаружение сигналов в приемнике приводят к снижению в целом вероятности правильного приема сообщений. Поэтому необходимо уменьшать до определенных пределов вероятности Р_ЛС,, Р( ) и Р( /ПО₁). К ложным срабатываниям на рис. 1 и 2 отнесены все ситуации при приеме, когда при одном из (m+n-1) значений дискретных задержек, предшествующих приему сигнала, происходит превышение помехой (или помехой вместе с первыми элементами сигнала) порога в первом решающем устройстве.

Модели представленные на рис. 1 и 2 могут быть в значительной мере использованы для анализа помехоустойчивости различных вариантов ССС.

Литература

1. Волобуев Г.Б., Ледовских В.И. О помехоустойчивости стартстопных систем связи с частотной манипуляцией сигнала // Техника средств связи. Сер. Техника радиосвязи. – 1996. - № 5. – С. 10-16.

Воронежское военно-техническое училище ФСО России

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

С.Ю. Рослов

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ВЫБОРА СОСТАВА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЗАШИТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Рассмотрены основные задачи синтеза системы обеспечения информационной безопасности (ИБ) в автоматизированных системах управления (АСУ). Задача выбора необходимых технических средств защиты информации из всего подобного множества доступных (сертифицированных) для построения систем защиты информации (СЗИ) с возможным перекрытием заданных и потенциальных каналов утечки информации и несанкционированного доступа (НСД) формализованы в виде задачи полного оптимального покрытия

На практике чаще всего требуется решить две задачи /1-3/: осуществить синтез СЗИ при разработке АСУ в защищенном исполнении и провести анализ эффективности такой системы в процессе функционирования АСУ с целью выбора эффективных (достаточных) способов оптимизации выбора оптимальных технических средств защиты информации (ЗИ).

Задача синтеза СЗИ включает следующие основные этапы /2/.

1. Анализ исходных данных (назначение, структура, функциональные схемы, характеристики, состав технических средств и ПО, виды и ценность информации в АСУ и т.д.), выработка требований с СЗИ, формирование набора показателей ее эффективности и установление их граничных значений, обеспечивающих минимально допустимый уровень ИБ (защиты).

2. Определение всех возможных каналов утечки к информации в АСУ, определение соответствующего перечня угроз информации, формирование содержательных и формализованных моделей этих угроз.

3. Выбор содержательной модели поведения потенциальных нарушителей, определение конкретного подмножества из всех выявленных каналов утечки информации, потенциально возможных каналов для использования нарушителями определенного класса.

4. Разработка структуры СЗИ в АСУ, выбор технических средств защиты (определение требований на вновь создаваемые технических средства в случае отсутствия готовых) и их комплексирование в рамках специализированного программно-технического комплекса (ПТК) ИБ таким образом, чтобы перекрыть все заданные и потенциально возможные каналы утечки.

5. Оценка эффективности (прочности) каждого предлагаемого технического средства ЗИ относительно всех перекрываемых им каналов (нейтрализуемых угроз) утечки.

6. Оценка комплексной эффективности СЗИ, структурно-параметрическая доработка с целью достижения заданных требований (замена отдельных технических средств защиты, введение дублирования для наиболее опасных угроз (каналов) и так далее).

7. Интеграция подсистем и элементов разрабатываемой СЗИ для обеспечения информационной совместимости, централизованного контроля и управления со стороны АРМ администраторов и служб ИБ АСУ.

8. Итоговая оценка эффективности разработанной СЗИ в конкретной АСУ.

Анализ содержания этих этапов позволяет сделать вывод, что первые три из них и часть четвертого (связанная с разработкой общей структуры и принципов построения СЗИ в АСУ) являются неформализуемыми или слабоформализуемыми /2/ и требуют для выполнения квалифицированных специалистов, привлечения экспертов, применения эвристических методов и подходов. Остальные этапы могут быть формализованы в рамках задач и методов структурного синтеза, параметрической идентификации и оптимизации с привлечением положений теории математического программирования /3/.

Одной из таких важнейших задач является выбор из множества имеющихся (сертифицированных) таких технических средств защиты, которые позволяют сформировать состав конкретной СЗИ в АСУ, обеспечивающей перекрытие всех выявленных каналов утечки. В общем случае множество защитных технических средств для использования на уровне сети включает в себя следующие: контроль доступа на территорию объекта, в помещение сервера и к рабочим станциям; контроль вскрытия аппаратуры; шифрование в локальных вычислительных сетях (ЛВС), сервере, отдельных ПЭВМ; опознание, разграничение и контроль доступа к ресурсам сети, операционным сетям (ОС), базам данным (БД), пользовательскому программному обеспечению (ПО) и данным; снижение уровня наполнения шума и преобразования сигналов побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН); контроль целостности информационно-программной среды на уровне ЛВС, ОС и прикладном.

Выбор необходимых технических средств из всего подобного множества доступных (сертифицированных) для построения СЗИ в АСУ с гарантированным перекрытием заданных каналов утечки к информации сформулируем в виде постановки задачи полного оптимального покрытия /3/: найти вектор целочисленных варьируемых переменных X={x_j}, , минимизирующих линейную целевую функцию:

(1)

при ограничениях

(2)

где x_j -принимают значения 0 или 1;

n - число рассматриваемых технических средств ЗИ;

m - количество учитываемых каналов утечки информации;

a_ij - коэффициенты, характеризующие функциональные возможности каждого технического средства защиты: a_ij = 1, если j- е средство обеспечивает перекрытие i-го канала: a_ij = 0 в противном случае.

Значение x_j= 1 соответствует включению в проектируемую систему ИБ соответствующего (j-го) технического средства ЗИ, x_j = 0 - в случае невключения.

Условия (2) выражают требования обеспечения ЗИ от доступа или утечки по любому из возможных каналов с помощью хотя бы одного из используемых технических средств /1, 2/.

В случае необходимости учета дополнительных свойств технических средств ЗИ критерий оптимальности представляется в виде:

(3)

где c_j- показатели, отражающие наиболее важные параметры и характеристики технических средств ЗИ (стоимость; интенсивность отказов; время, затрачиваемое на реализацию процесса защиты; объем требуемых ресурсов ЭВМ и так далее).

Выражение (3) позволяет оптимизировать как состав, так и ресурсные и надежностные характеристики создаваемой СЗИ в АСУ.

При синтезе СЗИ основным критерием является обеспечение заданного уровня эффективности защиты в течение требуемого промежутка времени /2/. Показатель, характеризующий данное свойство СЗИ в АСУ, целесообразно представить в виде вероятности непреодоления защиты Р_зи в течение заданного времени t_з. Обозначим вероятность непреодоления защиты j-го технического средства (перекрытия) по i-му каналу утечки p_ij. Относительно угроз, связанных с каждым каналом утечки информации, СЗИ в АСУ должна обеспечивать вероятность непреодоления защиты Рi, характеризующую эффективность противодействия данным типам угроз.

Тогда вероятность осуществления НСД, связанного с преодолением защиты i-го технического средства по j-му каналу, соответственно составит (1- p_ij). Учитывая, что может потребоваться введение дублирования для гарантированного достижения требуемой эффективности, получим значение вероятности нарушения ИБ , где x_j принимает дискретные значения, соответствующие числу включаемых технических средств ЗИ, обеспечивающих перекрытие j-го канала НСД. Это позволяет сформировать систему ограничений в следующем виде:

(4)

Систему (4) с помощью логарифмирования приведем к стандартной форме:

(5)

(6)

. (7)

Таким образом, задача (1)-(7) является математической формулировкой задачи проектирования оптимальной структуры и состава СЗИ в АСУ, обеспечивающей заданные уровни эффективности, оцениваемые с помощью вероятностей непреодоления защиты по всем заданным каналам утечки информации.

Литература

1. Зегжда Д.П., Ивашко А.М. Основы безопасности информационных систем. – М.: Горячая линия – Телеком, 2000. 452 с., ил.

2. Методы и технических средства анализа эффективности при проектировании программных технических средств защиты информации / О.Ю. Макаров, А.В. Муратов, М.В. Питолин, Е.А. Рогозин, В.И. Сумин, В.М. Шишкин. Воронеж: ВГТУ, 2002. 126 с.

3. Норенков И.П., Манычев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. М.: Высш. шк., 1990. 335 с.

Воронежское военно-техническое училище ФСО России

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.396.6

А.Т. Болгов, Н.А. Ветохина, С.Д. Кретов,

А.В. Турецкий, Н.В. Ципина

БЫТОВОЙ ИОНИЗАТОР ВОЗДУХА

Рассматривается конструкция портативного бытового ионизатора воздуха, отличающаяся небольшими размерами и наличием функции повременного включения

В начале прошлого века русский ученый А.Л. Чижевский доказал, что отрицательные ионы воздуха биологически благотворны, а положительные ионы оказывают вредное действие на организм. Он установил, что отрицательные аэроионы, попадая при дыхании в легкие, отдают свой заряд эритроцитам крови, которые, в свою очередь, передают этот заряд клеткам и тканям всего организма. Под воздействием отрицательных аэроионов кислорода: повышается устойчивость организма к различным неблагоприятным воздействиям; стимулируются защитные силы организма путем повышения активности общих и местных барьерных функций; нормализуется работа сердечно-сосудистой системы (снижается повышенное артериальное давление и замедляется частота сердечных сокращений); улучшается общее самочувствие, восстанавливается и повышается аппетит, сон, умственная и физическая работоспособность, ускоряется ход восстановительных процессов в утомленной мышечной системе, снижается накопление молочной кислоты; активизируется целый ряд биохимических процессов, нормализующих состояние организма и замедляющих процесс его старения.

Известно, что кроме электромагнитного излучения, работающий монитор, телевизор создает электростатическое поле. При работе монитора электризуется не только экран, но и воздух в помещении. Воздух приобретает положительный заряд, что для организма весьма вредно. Целебные свойства горного и морского воздуха - в его отрицательной заряженности. И, наоборот, положительно заряженный кислород не воспринимается организмом как кислород. По этой причине в помещении, где работает много компьютеров, всегда тяжело дышится. Ионизация воздуха (приобретение воздухом электрических зарядов - аэроионов)- естественный процесс, происходящий в природе под действием различных природных факторов

Существует ряд способов ионизации воздуха, и в зависимости от реализованного метода ионизации воздуха сами приборы классифицируются на следующие группы: плазменные, ультрафиолетовые, термические, коронные, радиевые, водяные и электроэффлювиальные ионизаторы. Последние наиболее перспективны. Принцип их действия сводится к тому, что под воздействием высокого напряжения, приложенного к металлическим иглам с диаметром острия 5....10 микрометров происходит стекание электронов - электрический эффлювий. Молекулы кислорода воздуха захватывают эти электроны, приобретают отрицательный заряд и становятся отрицательными аэроионами. Кроме того, ионизаторы воздуха служат еще для очистки воздуха от: табачного дыма; запахов; смол; пыли; цветочный пыльцы; спор растений; шерсти животных; вирусов и бактерий.

В основе работы разрабатываемого прибора лежит тот же физический принцип, что и в "люстре Чижевского", но конструкция совершенно иная. Дело в том, что «люстра Чижевского» обладает рядом недостатков: очень громоздкая, ухудшает интерьер комнаты, загрязняет потолок и стены. Более перспективны портативные настольные ионизаторы.

С учетом сказанного и был разработан компактный прибор, у которого высоковольтный преобразователь и коронирующий электрод (3) конструктивно объединены в одно целое посредством разъема (рисунок).

Использование разъема позволяет легко собирать и разбирать прибор для транспортировки (например, на работу и с работы) или удаления грязи с корпуса. Наличие разъема расширяет и его функциональные возможности за счет использования электродов различной конфигурации. В ионизаторе электрод выполнен из одножильного медного провода в пластиковой оболочке, один конец которого заточен до острия, а противоположный - впаян в однополюсную вилку. С помощью нее электрод крепится в гнезде на корпусе преобразователя. Разрабатываемый аэроионизатор оснащен таймером (1), который включает и выключает его в определенные часы.

Внешний вид бытового ионизатора

Интервалы включения и выключения задаются переменными резисторами (4). Лучше всего включать ионизатор на несколько часов перед сном. В конструкции использован нестандартный высоковольтный трансформатор, а внутренний объем корпуса полностью герметизирован диэлектрическим компаундом.

В приборе отсутствует выключатель питания, поскольку пользоваться им невозможно из-за возникновения статического заряда на теле человека при приближении к работающему ионизатору. Ионизатор длинным (около 2 м) проводом соединен с таймером, который подключается непосредственно в сеть.

Литература

1. Коровин В. Малогабаритный аэроионизатор / Радио, 2000. № 3. С. 29-31.

2. Бирюков С. Автомат управления нагрузкой / Радио, 1997. № 5. С. 20-21.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.А. Соболев, А.А. Аветисов

МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

КОРПУСОВ РЭС

В статье приведены материалы, используемые для корпусов и несущих деталей РЭС в зависимости от условий эксплуатации

В настоящее время существует достаточно большое разнообразие различных материалов для корпусов РЭС.

Такое разнообразие является следствием необходимости защиты РЭС от неблагоприятных воздействий окружающей среды, сохранения удобства механической обработки, формообразования и других зависимостей. При разработке разнообразных корпусов РЭС, прежде всего, материалы несущих конструкций следует выбирать с учетом удельной прочности и жесткости

Материалы несущих конструкций необходимо выбирать с учетом удельной прочности и жесткости. Для металлических деталей, корпуса кромки, каркаса изготовляемых методом литья под давлением, наиболее часто применяются алюминиевые сплавы АЛ-2,АЛ-9, АК-12(АЛ-2), АК-7ч и (АЛ-9); магниевые сплавы Мл-5, МЛ-6; латуни ЛС-59-1Л, ЛК-80-3Л.

Для деталей, к которым предъявляются повышенные механические требования, используют механическую углеродистую сталь 45Л, чугун, линейную легированную сталь 45хЛ.

Для деталей РЭС, изготовляемых методом штамповки, применяют сплав 10КП обладающий высокой пластичностью и вязкостью, алюминиевые сплавы АМЦ, Д16, магниевые сплавы М1, титановые сплавы ВТ1, ВТ5 и др. В настоящее время широкое применение нашли различные пластмассы. Для корпусов и несущих конструкций литьевыми материалами: полимер МА6-210/310, М6-210 ДС, сополимер МСН, ударопрочный полистирол УПМ-0612Л-06, сополимер АБС-2020-30.

Пресс материалы: фенопласт СП1342-02, АГ-4В, ДСВ-4-П и другие. Для изготовления небольших деталей (стойки, втулки корпуса носимых РЭС) полиэтилен 209-23209-23, 154-14, полифиниленоксид арилокс 2112. Для изготовления каркасов катушек индуктивности поликарбонами ПК-ЛЭ-7,0, ПК-VRC. Керамический материал У1В-6, фторопласты, обладающие высокой рабочей температурой до 200 ⁰С, стержень Ф-4, пленка Ф-4ЭО, трубка Ф-4Д.

Достаточное применение нашли различные клеи: БФ-4, ВК-9, нитроклей АК-20, герметики 51-Г-13а, эластил 11-06 и другие.

Усредненные показатели для основных материалов корпусов РЭС представлены в табл. 1.

Если деталь корпуса работает на прочность (планки, стойки, кронштейны), то необходимо пользоваться значением _в. Если деталь работает на жесткость (лицевая панель, шасси, крышки), то пользуется Е_уд. Как видно из табл. 1:

Е_{уд max /} E_удmin , а _{уд max}/ _удmin=11,2,

то есть жесткость материалов примерно одинакова.

Таблица 1

Усреднённые показатели материалов

Матерал	в, МПа	Е* 10-3, МПа	, г/см2	уд, Па	Еуд, м2/см2
Конструкционные качественные стали	320-730	320-324	7,8-7,85	40-93	4,76-41,53
Сталь легированная	750-1500			96-191	3907-7932
Сплавы меди	200-750	100-200	8,7-8,9	22,5-86,2	11,2-23,0
Сплавы алюминия	190-66	70-75	2,6-2,8	67,8-263	24,2-28,8
Сплавы магния	10-280	40-45	1,75-1,90	21-25,7	21-25,7

Для корпусов РЭС из всего многообразия сталей в основном применяются те, которые обладают высокой пластичностью, пригодны к изготовлению деталей штамповкой, холодной высадкой и хорошо свариваются.

В основном это качественные углеродистые стали марок 08кп, 10кп, также 15, 20, где цифры характеризуют содержание углерода в сотых долях процента. Большее содержание углерода снижает пластичность и не позволяет штамповать деталь. Чаще всего корпуса радиоаппаратуры предпочитают изготовлять из алюминиевых сплавов. Малый удельный вес, высокая пластичность и более высокая коррозионная стойкость по сравнению со сталями сделали их более предпочтительными. За счет легирующих добавок и термической обработки алюминиевые сплавы могут обладать повышенными прочностью и коррозионной стойкостью. В зависимости от способа изготовления деталей одинаково широко используются для корпусов РЭС алюминиевые сплавы, деформируемые и литейные. Из деформируемых сплавов детали несущих элементов изготовляются резанием, механической обработкой, методами пластической деформации.

Различают деформируемые сплавы, упрочняемые и неупрочняемые: сплавы алюминия с магнием (АМг), марганцем (АМц). Они имеют высокую пластичность, хорошую свариваемость, высокую коррозионную стойкость. Эти сплавы наиболее удобны для получения деталей сваркой. Для корпусов РЭС, испытывающих повышенные механические нагрузки (инерционные воздействия, вибрация удары), используются дуралюмины, сплавы системы «алюминий – медь – магний» (Al – Cu – Mg). Они упрочняются при термической обработке и позволяют обеспечить хорошее сочетание прочности, пластичности, коррозионной стойкости. Для РЭС используются Д1, Д16, Д19.

При повышенных требованиях к пластичности и коррозионной стойкости целесообразно элементы несущих конструкций изготовлять из АД31, АД33, АВ.

Особенно удобны эти материалы для декоративной отделки прибора, лицевых панелей, ручек.

Для изготовления несущих элементов сложной формы используются литейные сплавы. По назначению эти сплавы можно условно разбить на следующие группы:

1. Сплавы, предназначенные для герметичной РЭС (АЛ2, АЛ4, АЛ9, ВАЛ8 и другие).

2. Высокопрочные жаропрочные сплавы (АЛ19, АЛ3,АЛ5).

3. Коррозионно-стойкие сплавы (АЛ8, АЛ22).

Основные характеристики марок алюминиевых сплавов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные характеристики марок алюминиевых сплавов

Сплав	, г/см3	Е, МПа	в, МПа	Еуд, м2/см2	уд, Па
АМц	2,73	70	170	25,6	62,27
АМг2	2,68	71	190	26,49	70,89
Д16	2,8	72	360	25,71	128,5
Д16Т	2,8	72	460	28,71	164,28
АЛ2	2,65	70	190	26,4	71,70
АЛ9	2,66	70	230	26,30	86,4
ВАЛ8	2,73	72	410	26,30	150,18
МА18	1,5	45	185	30	123
МА21	1,5	46	240	30,6	160

Ценными материалами для радиотехнических конструкций являются магниевые сплавы. Они хорошо поглощают вибрации, что особенно важно для самолетной и вертолетной аппаратуры. Например, удельная вибрационная прочность магниевых сплавов почти в 100 раз выше, чем у дуралюминов (Д16) и в 20 раз лучше, чем у конструкционных сталей, удельной жесткости при изгибе и кручении магниевые сплавы не уступают алюминиевым и стальным. Эти сплавы используются не только как ценный технический материал с малой плотностью, но и как заменитель дефицитных и дорогостоящих легированных сталей, бронз, латуней. Так, для микроэлектронной аппаратуры интерес представляют сверхлегкие сплавы МА18, МА21 с плотностью 1,3-1,6 г/см³, которые обладают повышенными пластичностью, удельной жесткостью и прочностью выше, чем у дуралей.

Сплавы титана находят ограниченное применение при разработке несущих конструкций РЭС. Удельные прочностные характеристики такие же, как у Mg и Ml. Модуль упругости в два раза меньше, чем у сталей, что затрудняет получить жесткие конструкции.

Таким образом, при изготовлении несущих конструкций РЭС необходимо исходить из объекта установки и условий эксплуатации будущих РЭС.

Литература

1. Конструкционные материалы: Справочник /Б.Н. Арзамасцев, В.А. Арзамасцева. - М.: Машиностроение, 1990. 420 с.

2. Конструирование радиоэлектронных средств/ В.Ф. Борисов, О.Н. Лавренов, А.С. Назаров, А.Н. Чекмарев; Под ред. А.С. Назарьева. – М.: Изд-во МАИ, 1996.-380 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.396.6

С.Д. Кретов, М.А. Муратов, А.В. Турецкий, Н.В. Ципина

РАДИОМИКРОФОН

В настоящее время немало лекционных аудиторий, рассчитанных на большое число человек, оснащено усилительными установками, которые комплектуются проводным микрофоном. Проводной микрофон очень неудобен, поэтому больший интерес представляет предложенная конструкция, использующая радиоканал

Усилительное устройство с радиоканалом состоит из двух частей: передающей (радиомикрофон) и приемной (приемник и усилитель с мощными громкоговорителями).

Существующие в настоящее время радиомикрофоны (РМ) для артистов и эстрадных исполнителей достаточно дороги, так как они обеспечивают высокое качество звучания и обладают хорошими характеристиками, что совсем не обязательно для лектора. Достаточно в этом случае, чтобы голос был разборчив и узнаваем. Поэтому необходим более простой РМ с небольшой шириной спектра. Проведенный анализ стоимости таких РМ в сети Интернет показал, что все они иностранного производства и стоят более 50 $. К тому же питание от гальванических элементов не допускает частое использование.

Радиомикрофоны обычно используются в том же помещении, где установленные мощные акустические системы. В этом случае появляется проблема возникновения положительной акустической обратной связи. Поэтому РМ оборудуют регуляторами чувствительности и пороговыми шумоподавителями. Обычно регуляторы установлены таким образом, что РМ не усиливает звуковые сигналы, источник которых находится дальше 1,5-2 метров.

Чтобы обеспечить хорошее качество звучания РМ должен работать в УКВ диапазоне с широкополосной ЧМ. Обязательно наличие в модуляторе радиомикрофона АРУ (компрессора) и шумоподавителя. Так как сигнал от РМ передается на расстояние в несколько метров, то нет необходимости иметь выходную мощность свыше нескольких милливатт, тем более что при этом увеличивается длительность работы элементов питания.

Для реализации РМ взята схема /1/, где в качестве модулятора используется микросхема SSM2166, которая является микрофонным усилителем с регулируемым компрессором и шумоподавителем. В качестве элементов питания применяется аккумуляторная батарея, напряжением 8,4 В, предусмотрены цепи подзарядки от внешнего сетевого адаптера, обеспечивающего выпрямленное напряжение + 12 В. Радимикрофон на лицевой панели имеет: выключатель питания, светодиод разряда аккумуляторной батареи, разъемы для подключения электретного микрофона и внешнего сетевого адаптера.

В устройстве используется микрофон, позволяющий надежно его крепить на петлице с помощью булавки. Передатчик размещают в кармане под верхней одеждой, чтобы руки лектора оставались свободными, а РМ- невидимым для окружающих. Благодаря наличию компрессора в модуляторе голос лектора будет хорошо слышен, даже если он отвернется, но голос его собеседника не будет слышен при правильной установке порога срабатывания шумоподавителя.

Разработана конструкция радиомикрофона, внешний вид которого представлен на рисунке, включающая в себя: собственно радиомикрофон с проводным петличным электретным микрофоном, портативный УКВ ЧМ приемник, блок питания.

Радиомикрофон по массе и величине не больше сотового телефона, поэтому его удобно размещать на поясном ремне с помощью специального зажима или положить в карман.

Внешний вид радиомикрофона

Приемник можно взять либо готовый, либо собрать использовав, например, микросхему К174ХА42А, представляющую собой однокристальный приемник с частотной модуляцией /2/. В этой схеме переменный резистор, осуществляющий настройку на частоту с помощью варикапа заменен на подстроечный, а переключатель диапазона УКВ 1 убран, так как РМ работает на строго фиксированной частоте.

Рабочая частота РМ выбрана в самом начале УКВ 2 диапазона, так как там меньше всего радиостанций. Она составляет 89 МГц. Однако если какая либо радиостанция вещает на этой частоте, есть возможность ее изменить.

Сигнал с микросхемы без предварительного усиления подается на вход стационарного усилителя с акустическими системами, установленного в аудитории. Для питания приемника применяется тот же сетевой адаптер, который используется для подзарядки аккумуляторов РМ.

Разработанное устройство будет полезно преподавателям вузов, техникумов, школ. Оно позволяет сделать процесс преподавания более комфортным и качественным.

Литература

1. Кузнецов Э.Д. Радиомикрофон для лекторов / Радио, 2003. № 3. С. 25-26.

2. Полятыкин П.Т Радиоприемные устройства на микросхеме К174ХА42А / Радио, 1997. № 5. С. 20-21.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.156

Л.С. Очнева, Н.Э. Самойленко

СОЗДАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

ОБУЧЕНИЯ

Представлен обобщенный материал по проблемам и задачам создания автоматизированных контрольно-обучающих систем общего и специализированного назначения

Развитие современных средств вычислительной техники, появление возможностей интеграции различных видов информации, адекватно отображающих ту или иную предметную область, развитие средств компьютерных коммуникаций позволяют сегодня расширить методический потенциал преподавателей высшей школы, предоставить новые образовательные услуги.

Приобщение к компьютерным технологиям студентов позволяет интенсифицировать процесс обучения, существенно повысить мотивацию учения, а также дать в руки мощный универсальный инструмент в виде современного персонального компьютера с его разнообразными приложениями. В настоящее время все большее место отводится автоматизированным системам обучения и контроля.

Создание автоматизированных контрольно-обучающих систем (АКОС) является одним из основных направлений в деле внедрения ЭВМ в учебный процесс. При этом все АКОС можно разделить на два класса – специализированные и общего назначения.

Специализированные АКОС создаются для обучения и отработки навыков по конкретной и узкой области деятельности (например, обучение конкретному алгоритмическому языку и так далее). В силу своей узкой специализации такие АКОС обладают хорошими подсистемами автоматизированного анализа информации, поступающей от обучаемого, что делает их достаточно ''интеллектуальными'' системами. Однако, как правило, такие системы являются закрытыми и не обладают возможностями расширения ни в предметной области, ни в области алгоритмов обучения. Трудность расширения предметной области часто связана со специализированным терминальным оборудованием, а изменение программы обучения — с ''встроенностью'' обучающей программы в обслуживающую ЭВМ.

В отличие от специализированных автоматизированных систем обучения АКОС общего назначения /1/ не имеют единой неизменной обучающей программы и являются открытыми системами, как в смысле изменения предметной области, так и в смысле изменения обучающих программ. Более того, такие АКОС обладают достаточно мощными информационными базами, которые позволяют хранить и использовать для организации процесса обучения не только материалы уроков (курсы), но и историю обучения каждого учащегося и ''средние'' характеристики процесса обучения по данной обучающей программе (курсу).

Однако такой универсализм АКОС общего назначения естественным образом приводит к тому, что подсистемы анализа ответов ориентированы на простейшие формы, такие как числовой ответ, символьный ответ (и числовой и символьный ответы проверяются на полное совпадение с эталоном) или свободно конструируемый ответ, проверяемый на совпадение эталонных ключевых слов. АКОС общего назначения в значительной мере уступает в ''интеллектуальности'' специализированным АКОС.

Всё это показывает, что один из способов устранения указанных недостатков как у специализированных АКОС, так и у АКОС общего назначения – сопряжение этих АКОС друг с другом. Простейшей формой сопряжения является создание специализированной АКОС как одной из структурных единиц АКОС общего назначения. Создатели АКОС общего назначения декларировали открытость своих подсистем анализа ответов за счёт процедур, написанных на различных алгоритмических языках. Это позволяет создавать специализированные анализаторы, увеличивая тем самым ''интеллектуальность'' системы. Немаловажное значение в этом плане имеет и возможность автоматизированной генерации вопросных кадров, что делает систему более гибкой и защищённой от эффекта предопределённости. Это очень важно для циклических обучающих программ и при массовом использовании одного и того же обучающего курса. Правда, возможности генерации существенно влияют на анализ ответов, так как в этом случае, вообще говоря, точное значение ответа заранее неизвестно. Наиболее просто происходит расширение АКОС общего назначения до возможности специализированных АКОС, если соответствующие генераторы заданий и анализаторы ответов пишутся на авторском языке базовой АКОС.

Это, в свою очередь, предъявляет некоторые требования к авторскому языку. Такой язык должен обладать следующими характеристиками:

а) в области типов данных иметь:

1. арифметические переменные и константы;

2. текстовые переменные и константы;

3. структурные типы, массив или кортеж, имеющие в качестве базовых типов арифметический и текстовые типы;

б) в области основных операций иметь:

1. арифметические операции +, -, *, /, возведение в степень;

2. операции над текстовыми переменными и константами, а также выделение отдельных символов или подстрок;

в) в области операторов:

1. оператор присваивания;

2. условный оператор;

3. операторы, дающие возможность организовывать цикл;

4. операторы организации процедур как внешних, так и внутренних;

г) в области обмена информацией:

1. вывод на терминал значений арифметических и текстовых переменных и констант;

2. прием с терминала символьной информации в произвольную текстовую переменную;

д) в области стандартных функций:

1. общематематические функции числового аргумента;

2. функции, выдающие целое и вещественное числа из заданного интервала по случайному закону с равномерным распределением;

3. функции, преобразующие данные арифметического типа в текстовые данные и наоборот.

Арифметический тип данных необходим, во-первых, для вычисления некоторых характеристик прохождения обучающего курса (например, число правильных и неправильных ответов), которые можно использовать в качестве аргументов обучающей программы. Во-вторых, (совместно с генераторами случайных чисел) для генерации числовых параметров различных вопросных и поясняющих кадров, а, следовательно, (используя массивы и возможности выделения символов и подстрок) и для символьных (текстовых) параметров.

Наличие массивов способствует не только генерации параметров, но и позволяет строить обучающую программу с помощью матричных переключателей.

Условный оператор необходим, несмотря на переключательный характер операторов анализа ответов, так как последние позволяют изменять путь обучения лишь в зависимости от одного анализируемого последним ответа, тогда как конструкция условного оператора вместе с вычислительными возможностями авторского языка позволяет производить изменения в зависимости от всей предыстории. Наличие же возможности организовывать циклы (например, условный оператор вместе с оператором безусловного перехода) помогает реализовать произвольный обучающий алгоритм. При этом управляющими условиями должны быть произвольные условия, порожденные отношениями ''больше'', ''меньше'', ''равно'', ''не равно''.

Вывод на терминал значений переменных необходим для предъявления тех кадров, в которых применяются генерируемые параметры /2/.

Литература

1. Пасхин Е.Н. Анализ современных автоматизированных систем обучения // Вестник Московского университета, 1999. Сер. 15. № 4.

2. Математическое обеспечение автоматизированных обучающих систем на базе ЭВМ: Учебное пособие / С.И. Кузнецов. Казань, 1991. 190 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.396.6

А.Т. Болгов, С.Д. Кретов, М.В. Подвигина,

А.В. Турецкий, Н.В. Ципина

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПУЛЬСА

В статье рассматривается конструкция автоматического измерителя пульса, применяемого как в быту, так и в медицинских учреждениях

В последнее время в связи с плохой экологией люди все больше стали уделять внимание своему здоровью.

По статистическим данным, по состоянию на 2005 г., самыми распространенными заболеваниями являются заболевания сердечно-сосудистой системы. В связи с этим появилась необходимость контролировать частоту сердечных сокращений, как в общественных пунктах здравоохранения, так и в бытовых условиях.

Специалистам в области медицины приходилось раньше вручную измерять частоту сокращения сердца и подсчитывать количество сокращений в минуту.

Такие обследования приходилось выполнять по несколько раз в день, чтобы оценить изменение состояния организма человека. На это уходило немало времени и сил. С развитием электронной промышленности появилась возможность с помощью электрических схем /1/ изобрести прибор, выполняющий обследование в считанные секунды, имеющий небольшую массу, цену и потребляемую мощность. Все эти преимущества позволяют сделать прибор переносным.

Разрабатываемый измеритель частоты сердечных сокращений (рисунок) конструктивно состоит из двух частей: датчика (3), надеваемого на палец пациента и собственно блока (1), производящего все вычисления и отображение результата, кроме того, в комплект входит сетевой блок питания (2).

В датчике находится фоторезистор и лампа накаливания, расположенные друг напротив друга. Фоторезистор датчика преобразовывает световой поток лампы, модифицируемый периодичностью кровенаполнения пульса в руке человека, в электрические импульсы.

Внешний вид измерителя пульса

Для лучшей помехозащищенности длина проводящего экранированного кабеля, соединяющего датчик с измерителем, составляет не более 1 метра. Для подсоединения датчика используется стандартный разъем ОНЦ-ВГ-2-3/16-В.

Для исключения раздражения кожных покровов в датчике применен полистирол УПС-825Д-16-915, 1 сорта, ТУ 2214-009-00203521-94, использующийся в медицине. Корпус измерителя изготовлен из ударопрочного сополимера АБС 2020-30, серого, рецептура 901, 1сорт, ТУ 2214-019-00203521-96 методом горячего литья под давлением.

Сверху на крышке измерителя пульса располагается цифровое табло (4) - три семисегментных светодиодных индикатора и светодиод, сигнализирующий о включении процесса счета пульса.

Сбоку на корпусе размещены: разъем ОНЦ для подключения датчика, розетка SJ 238, для подключения сетевого блока питания и кнопка SPA110A1, задающая время счета - 10 секунд или 1 минута. При первом режиме результат можно получить быстрее, однако точность будет хуже.

Надежность, вибропрочность и нормальный тепловой режим разработанного устройства подтверждается соответствующими расчетами, выполненными на ЭВМ в автоматизированном режиме.

При подготовке конструкторской документации использовались современные САПР, такие как P-CAD 2001 и Компас 5.11.

Разработанное устройство может найти широкое применение, как в быту, так и в лечебных учреждениях.

Литература

1. Измеритель частоты сердечных сокращений / Радио, 1994. № 4. С. 30-33.

2. Бирюков С.А. Применение КМОП микросхем в радиолюбительских конструкциях / М.: Радио и связь, 1997. 231 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.385.832

В.С. Скоробогатов, Ю.М. Данилов

АВТОМАТ ЗАГРУЗКИ И ВВАРКИ ФИКСАТОРОВ КИНЕСКОПА

Приводятся рекомендации по варке фиксаторов в стекло экрана и описание модернизации автомата загрузки и вварки фиксаторов

Создание и внедрение цветного телевидения — важнейшее достижение науки и техники. Цветной кинескоп — это один из важнейших узлов телевизионного приемника. При его конструировании необходимо решать большой объем задач. Это относится к использованию огромного количества конструкционных и технологических материалов, сложнейших технологических процессов по изготовлению цветоделительных элементов, люминесцентных экранов, сборке оболочек и так далее. Нужно отметить высокие точностные требования, предъявляемые к деталям и узлам самих кинескопов, к конструктивной оснастке и оборудованию, а также к надежности и безопасности в эксплуатации. Важнейшим требованием при создании конструкций машин, приборов, автоматов должно быть достижение максимального экономического эффекта. При производстве цветных кинескопов наиболее важными элементами, определяющими чистоту цвета в кинескопе и обеспечивающими требуемую точность многократных установок маски и ее извлечение из экрана, являются конструкция и технологическое исполнение системы крепления масочного узла в экране.

Рис. 1. Экранно - масочный узел: 1 – экран; 2 - маска; 3 - рама; 4 - держатель-термокомпенсатор; 5 - пружина; 6 - конический фиксатор

Наиболее простой и надежной из многих вариантов крепления является пружинная подвеска, в которой комбинация фиксаторов 6, вваренных в стекло экрана 1, плоских пружин 5 и термокомпенсаторов 4 обеспечивают требуемую точность (рис. 1).

В настоящее время большое внимание уделяется вопросам качественной вварки фиксаторов в экраны кинескопов и механизации данной операции. Для решения этой проблемы создано соответствующее оборудование. В данной работе решается задача улучшения качества вварки фиксаторов и автоматической подачи фиксаторов в индукторы станка вварки.

Спай фиксатора со стеклом — один из узлов оболочки, испытывающий наибольшие нагрузки, как во время сборки кинескопа, так и во время его эксплуатации. Многочисленные наблюдения показывают, что большая часть разрушений оболочек в сборочном производстве происходит по фиксаторному узлу.

Для изготовления фиксаторов применяется сплав 47НХР потому, что его температурный коэффициент линейного расширения очень близок к температурному коэффициенту линейного расширения стекла (95,5·10^-7 К^-1). Этот материал позволяет получать на поверхности фиксаторов окисную пленку необходимого качества и толщины, спаивать их со стеклом и получать в результате этого вакуумплотное соединение.

Фиксаторы изготавливаются штамповкой из ленты толщиной 0,8 мм. Затем фиксаторы промываются и травятся в смеси азотной и соляной кислот. После этого производится отжиг фиксаторов в атмосфере увлажненного водорода при температуре 1100° С в течение 35 - 40 мин для покрытия поверхности фиксаторов равномерной окисной пленкой.

Вварка фиксаторов осуществляется на восьмипозиционной карусельной машине. Карусель служит для установки и передвижения станков, на которых фиксаторы ввариваются в стекло экрана токами высокой частоты. Фиксаторы разогревают до 1050 - 1150° С и прижимают к внутреннему борту экрана. Тепло от них передается стеклу. Стекло размягчается, и фиксаторы вдавливаются в него. Так образуется спай фиксатора со стеклом.

Очень важной задачей производства цветных кинескопов является оценка степени согласованности спая фиксатор – стекло и разработка мер по увеличению согласованности этого спая и его прочности. Фиксатор, вваренный в стекло изображен на рис. 2, а. При погружении нормально разогретого фиксатора в стекло экрана во внутренней полости фиксатора образуется слой воздуха, сжатый под небольшим давлением. Однако, этого давления достаточно, чтобы сообщить вваренному и еще горячему фиксатору движение в обратном направлении. В этом случае маловязкое стекло хорошо смачивает поверхность фиксатора и при обратном движении стекло несколько выходит за уровень поверхности борта экрана.

Если фиксатор разогрет недостаточно интенсивно, то во время процесса вварки окружающее фиксатор стекло не размягчается в достаточной степени и плохо смачивает поверхность цилиндрической части фиксатора. Получается, так называемый, «кратер», изображенный на рис. 2, в. Такое выполнение фиксаторного узла неудовлетворительно.

Если геометрические размеры экрана находятся на верхнем пределе, то фиксаторный узел может иметь вид, изображенный на рис. 2, б. Такие узлы обнаруживают недостаточную механическую прочность.

Рис. 2. Схемы фиксаторных узлов экрана цветного кинескопа: узел удовлетворительного качества (а); слабо погруженный в стекло фиксатор (б); фиксаторный узел с «кратерами» (в)

Для повышения прочности и надежности фиксаторного узла необходимо так построить процесс изготовления экранов, чтобы в спае фиксатора со стеклом после отжига существовали напряжения сжатия или лишь небольшие напряжения растяжения. Это обеспечивается тогда, когда температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) сплава 47НХР находится в пределах, регламентированных ГОСТ 14080 – 68, ТКЛР стекла от 95∙10^–7 до 110∙10^–7 К^–1.

Вварка фиксаторов в экран может осуществляться на различных видах оборудования.

Одним из вариантов является однопозиционное устройство для вварки металлических фиксаторов в экраны цветных кинескопов, содержащее основание, позицию с механизмами центровки экрана и вварки фиксаторов и блок электропитания. Фиксаторы вставляются в индукторы вручную. Недостатком указанного устройства является низкая производительность и недостаточная механизация процесса вварки. Выполнение загрузки фиксаторов в машину вварки вручную требует высокой точности их ориентации, труд является монотонным и опасным для человека, так как на него действуют сильные электромагнитное и тепловое излучения.

С целью обеспечения автоматизации процесса вварки фиксаторов целесообразно изготовить автомат загрузки фиксаторов, который спроектирован в соответствии с требованиями к восьмипозиционной машине вварки фиксаторов с непрерывным вращением карусели. Такой автомат обеспечит загрузку фиксаторов в индукторы станков в автоматическом режиме. Это позволит улучшить ряд важных факторов, в том числе и производительность.

Автомат снабжен загрузчиком фиксаторов, установленным на центральной колонне, вибробункером, механизмом управления подачи фиксаторов и толкателем, установленным на каждой позиции и связанным с механизмом вварки фиксаторов.

Для полного представления о последовательности выполнения операций по загрузке фиксаторов составляется машинная технология работы автомата.

Фиксаторы вручную засыпаются в бункер-накопитель, который поворачивается на 1/12 оборота. Из секционной части бункера-накопителя порция фиксаторов засыпается в вибробункер. В вибробункере фиксаторы поднимаются к лотку, отсекаясь по четыре штуки. Из лотка по гибким пружинам фиксаторы попадают в четыре загрузочные головки, из которых загружаются в индукторы станка вварки фиксаторов. Загрузочные головки и вибробункер, которые находятся выше индукторов станка варки, к моменту загрузки опускаются на 550 мм. Затем после загрузки поднимаются на первоначальное место. Цикл повторяется.

Предлагаемый вариант автомата позволит повысить производительность и автоматизировать процесс вварки фиксаторов.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.396

В.В. Богданов, А.К. Сенаторов, В.С. Скоробогатов,

Ю.М. Данилов

СЧЕТЧИК ВРЕМЕНИ ТЕЛЕФОННЫХ РАЗГОВОРОВ

Рассматривается электронное устройство, предназначенное для определения суммарной продолжительности исходящих телефонных разговоров. Предлагается наиболее простой и дешевый вариант устройства

В настоящее время во многих городах и населенных пунктах страны принята повременная оплата телефонных разговоров. Основным аргументом необходимости введения такой оплаты является бесконтрольный рост нагрузки на телефоне сети. Учитывая еще и то, что тарифы за услуги телефонной связи постоянно растут и не исключаются случаи, когда абонент получает счет за разговоры, которые он не вел и не мог вести, контроль времени исходящих телефонных разговоров очень важен.

Установка счетчиков телефонных разговоров поможет решить проблему с несанкционированным подключением посторонних лиц к линии абонента. Явное расхождение в показаниях счетчика с предъявленным счетом на оплату услуг будет свидетельствовать о данном подключении и позволит выявлять лиц, незаконно использующих абонентскую сеть, в чем в первую очередь должно быть заинтересовано и министерство связи.

Счетчики времени телефонных разговоров очень разнообразны, их моделей достаточно много, и отобрать то, что необходимо для решения конкретной задачи очень непросто /1/. После того, как принято решение о необходимости оборудования своего жилища, офиса или помещений предприятия счетчиками времени телефонных разговоров неизбежно станет вопрос как это сделать и на чем остановить выбор. Естественно, самым очевидным будет обратиться к выпускаемым промышленностью устройствам счета времени телефонных разговоров. Но они достаточно дороги. Поэтому предлагается создать устройство счета телефонных разговоров на базе цифровых электронных часов, используя схему, показанную на рис. 1. В схеме используются триггеры, счетчики импульсов, диодные мосты, усилители, устройства световой и звуковой сигнализации и другие элементы на микросхемах.

Счетчик выполняется на отдельной печатной плате, помещенной в легко открывающемся корпусе, что делает изделие ремонтопригодным и удобным при регулировке и обслуживании.

Предлагаемый вариант счетчика рассчитан на работу с цифровыми электронными часами. Если нажать на подключенных к счетчику часах кнопку, переводящую их в режим «Время», индикатор покажет текущее время. Можно пользоваться и функцией «Таймер», но чтобы показания секундомера не изменились, для выключения звукового сигнала придется переключать часы в режим «Время». Ничто не мешает подключать к этому счетчику и другие электронные, в том числе наручные часы, питаемые от гальванического элемента напряжением 1,5 В и имеющие нужный режим работы.

Счетчик подключают к телефонной линии параллельно телефонному аппарату. Благодаря диодному мосту VD2 соблюдать полярность не требуется. Выход счетчика подключают к печатному проводнику на плате часов, идущем к контакту кнопки «ADVANCE». Общий провод счетчика соединяют с минусовым выводом элемента питания часов. Пока трубка лежит на месте, напряжение в линии больше напряжения стабилизации стабилитрона VD4. Как только трубка снята, напряжение становится меньше. Импульс, имитирующий нажатие на кнопку «ADVANCE», включит секундомер часов. После того как трубка возращена на место, напряжение в линии возрастает до исходного и через некоторое время уровень на выходе станет высоким. Входящие разговоры, которые учитывать не требуется, отличаются от исходящих тем, что первым всегда предшествуют вызывные сигналы (звонки). При снятии трубки на верхнем входе элемента DD2.1 будет установлен высокий уровень. Если трубка снята в ответ на звонок, на вход триггера DD3.1 поступит сигнал, переводящий его в состояние с низким уровнем на инверсном выходе. Импульс включения секундомера на часы подан не будет. Состояние триггера DD3.1 останется таким же и в момент окончания разговора, поэтому не будет и «нажатия на кнопку», останавливающего секундомер. Затем триггер DD3. Положительным перепадом импульса на его входе С будет возвращен в исходное состояние.

Часы с подключенным счетчиком необходимо перевести в режим «Секундомер» и при необходимости обнулить показания на табло. Первые 30 минут суммарной продолжительности разговоров будут отображены на табло с точностью 0,1 с, при большей будут показаны лишь часы и минуты.

Узел из стабилизатора тока DA1, стабилитрона VD3 и конденсатора С2 питает микросхемы DD1-DD3 напряжением 9 В. С телефонной линией соединена и входная цепь оптрона U1. Диодом VD1 излучающий диод оптрона защищен от напряжения обратной полярности. Номиналы элементов R1 и С1 выбраны такими, что фотодиод оптрона открывают только имеющие значительную амплитуду вызванные сигналы. Как только трубка снята, напряжение уменьшается и как только конденсатор СЗ разрядится через резистор R4 до напряжения переключения элемента DD1.1, уровень на его выходе станет высоким, а еще через некоторое время, требующееся для зарядки конденсатора С5, станет низким уровень на выходе элемента DD1.2. Формируемый в этот момент дифференцирующей цепью R7 С6 импульс имеет отрицательную полярность и не проходит через элемент DD1.4 и DD1.3, запустив одновибратор на триггер DD3.2, и на часы будет подан импульс, останавливающий секундомер. Если звонок входящий, то такой сигнал приводит к открыванию фотодиода оптрона U1. В результате разряженный ранее конденсатор С4 заряжается, не успевая разрядиться в паузах между сигналами. Состояние триггера DD3.1 останется таким же и в момент окончания разговора, поэтому не будет и «нажатия на кнопку», останавливающего секундомер. Затем триггер DD3.I положительным перепадом импульса на его входе С будет возвращен в исходное состояние.

Налаживание счетчика начинают с подборки конденсаторов СЗ и С5. Если набор номера дисковым номеронаберателем телефонного аппарата вызовет ложные пуски и остановки секундомера часов, емкость этих конденсаторов нужно увеличить. Далее подбирается конденсатор С4. Для этого, позвонить на номер этого телефона, снять трубку как можно ближе к концу паузы между звонками. Это соответствует минимальному напряжению на конденсаторе С4, заряженном предыдущим вызванным сигналом. Если часы начали отсчет времени разговора, нужно установить конденсатор С4 большей емкости конденсатора С1. Это увеличит ток через излучающий диод оптрона U1, а с ним и ток зарядки конденсатора С4.

Устройство питается от телефонной сети.

Высокая надежность обеспечивается выбором элементной базы и материалов, схемными решениями, снижением коэффициентов нагрузки элементов.

Высокая ремонтопригодность необходима для того, чтобы поиск неисправностей и ремонт, если изделие все-таки выйдет из строя, занимали мало времени. Низкая стоимость счетчика обеспечивается использованием готовых электронных цифровых часов.

Устройство счетчика времени телефонных разговоров состоит из следующих составных частей: печатной платы в сборе и пластмассового корпуса с элементами. Корпус состоит из основания корпуса и крышки корпуса, изготовленных из полистирола марки УПМ-0,3Л. Печатная плата крепится к основанию с помощью четырех винтов, ввернутых в опорные стойки. Для обеспечения доступа к деталям платы и улучшения ремонтопригодности основание корпуса не имеет вертикальных стенок. Вертикальные стенки имеет крышка корпуса. На крышке корпуса имеются два отверстии для подключения разъемов к часам и к телефонной линии.

Печатная плата в сборе представляет основную часть схемы счетчика времени телефонных разговоров. Печатная плата (деталь) изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита марки СТФ 1-35-2 ТУ 16-503.161-83. Его применение целесообразно, так как он обладает хорошими электроизоляционными свойствами, невысокой стоимостью, хорошей обрабатываемостью.

В местах расположения переключателей, органов управления и индикации помещаются соответствующие надписи, выполненные с помощью прессования под давлением.

Теперь рассмотрим элементную базу устройства. В качестве постоянных резисторов используются малогабаритные С2-33 мощностью 0,125 Вт. В качестве конденсаторов — электролитические оксидные К73-16, К53-16, Д53-46 и керамические К10-17. Используемые в устройстве микросхемы К561, КЖ101 обеспечивают необходимую схемную реализацию функциональных возможностей изделия.

Рассмотренный вариант счетчика времени телефонных разговоров позволяет получить устройство с высокой надежностью и низкой стоимостью.

Литература

1. Александров Ю.М., Соколов А.В. Телефонные устройства для дома и офиса. Ленинград. СПб.: ВАС, 1999. 36 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.156

Л.С. Очнева, Н.Э. Самойленко

ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

КОНТРОЛЬНО-ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ ОБЩЕГО

И СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Рассматриваются принципы построения и использования автоматизированных контрольно-обучающих систем (АКОС), сформированы требования к техническому и программно-информационному обеспечению АКОС

Процесс создания и использования АКОС различного назначения должен быть наименее трудоемким и наиболее эффективным с педагогической и экономической точки зрения. При этом должны быть учтены следующие моменты.

Необходимо определить, на каком этапе современного образования наиболее целесообразно использовать АКОС. Следует рассмотреть характеристики находящихся в эксплуатации и осваиваемых средств вычислительной техники с целью выбора тех из них, которые наилучшим образом отвечают задачам создания АКОС. Требуется выбрать оптимальное соотношение в использовании существующих системных программных средств выбранных типов ЭВМ и новых разработок, непосредственно выполняемых при создании АКОС. Подход к решению поставленных вопросов в значительной мере определяет принципы построения и использования АКОС.

С современной точки зрения дидактический цикл высшего образования представляет собой систему разнообразных форм обучения, каждая из которых обеспечивает специфический этап усвоения учебной информации и имеет свои особые характеристики функционирования. Среди этих форм необходимо выделить лекции; аудиторные практические, семинарские и лабораторные занятия; производственную практику, выполнение курсовых и дипломных работ; зачеты и экзамены. Различные этапы дидактического цикла в различной мере допускают автоматизацию управления учебным процессом и в различной мере нуждаются (с точки зрения эффективности) во введении такой автоматизации. Так, на лекционных занятиях, где создается ориентировочная основа осваиваемой учебной деятельности, вырабатывается положительная психологическая установка на овладение определенными знаниями, роль ''человеческого фактора'', непосредственного общения преподавателя и студентов очень велика.

Возможности автоматизации здесь ограничены, и их реализация может сводиться к установлению минимальной обратной связи, достаточной для проверки наличия ''внимания и понимания'' со стороны каждого слушателя.

Практические, лабораторные и семинарские занятия обеспечивают переход учебной информации в индивидуальные знания обучаемого, характеризующиеся определенными качествами и определенным уровнем освоения. Без преувеличения можно утверждать, что успешность осуществления этого этапа в значительной мере определяет результат реализации всего дидактического цикла. Возможности использования здесь автоматизированных систем обучения чрезвычайно широки и многообразны. Среди них можно назвать следующие:

– полное (или выборочное) предъявление учебной информации, подлежащей усвоению (режим повторения, консультации);

– индивидуализированный текущий контроль за ходом освоения учебной деятельности (режим обучающего контроля);

– итоговая проверка сформированности, полноты и прочности знаний, умений, навыков (режим итогового контроля);

– создание для обучаемого богатой операционной обстановки: возможности вести разнообразные расчеты, осуществлять моделирование, отрабатывать практические умения и навыки (режим ''персональной ЭВМ'', тренажера).

Перечисленные режимы использования АКОС могут и должны существенно расширить дидактические возможности учебно-воспитательного процесса и во время выполнения курсовых и дипломных работ, и на производственной практике, и на зачетах и экзаменах.

Так, использование режима повторения, консультации дает возможность обучаемому самостоятельно систематизировать, упорядочивать, обновлять и дополнять свои знания. Приобретенный во время обучения навык применения АКОС в указанном режиме позволит в дальнейшем специалисту систематически использовать ЭВМ с целью получения необходимой информации, углубления и расширения своего научного диапазона. Для реализации такого режима функционирования АКОС необходимо обеспечить хранение в памяти ЭВМ весьма больших объемов учебной информации, представленных в виде хорошо организованных обучающих или справочно-информационных курсов.

Известно, что контроль знаний обучаемых представляет собой одно из самых важных и в то же время одно из самых слабых (по характеру организации и уровню теоретической исследованности) звеньев учебного процесса. Главный и общепризнанный недостаток существующих форм и методов контроля заключается в том, что в большинстве случаев они еще не обеспечивают необходимой устойчивости и инвариантности оценки качества усвоения учебной информации, а также необходимой адекватности этой оценки действительному уровню знаний. Из всего сказанного следует, что все мероприятия в области совершенствования контроля за ходом обучения в высшей школе должны концентрироваться вокруг узловой проблемы — проблемы повышения достоверности оценки формируемых знаний, умений и навыков. Эту проблему можно рассматривать в двух основных и взаимосвязанных аспектах: во-первых, как повышение ''диагностического веса'' проверочных операций (то есть увеличение степени соответствия педагогической оценки действительному уровню знаний обучаемых); во-вторых, как создание и практическую реализацию таких методических приемов контроля, которые обеспечивали бы независимость оценочных суждений от случайных факторов и субъективных установок преподавателя. Если первый аспект предусматривает, прежде всего, оптимизацию контрольных заданий, то второй связан с их стандартизацией и формализацией, а также с разработкой научно обоснованных критериев оценки знаний.

Совершенно очевидно, что действительная стандартизация контрольных заданий, их массовое, единообразное использование и оценивание (то есть обеспечение унификации критериев оценки) возможны лишь при условии систематического применения для этих целей средств автоматизации. Только АКОС способна осуществить необходимое на определенной стадии учебного процесса отделение обучения от контроля, придавая последнему требуемую устойчивость и инвариантность, независимость от субьективных установок преподавателя. Действуя в режиме итогового контроля, АКОС должна выполнять функции генератора заданий. При этом если для выполнения развитых функций генерации заданий системе необходима достаточно высокая степень ''интеллектуальности'' (то есть сложное программное обеспечение и широкие функциональные возможности оборудования), то для организации стандартизированного контроля в простейших случаях достаточно ограниченных технических и программных средств. Кроме того, в таком режиме может осуществляться ''отсроченная проверка'' контрольных заданий. Это значит, что обучаемые выполняют работу без непосредственного контакта с ЭВМ. Затем работы собираются вместе, и осуществляется их автоматизированная проверка на основе единой методики и единых критериев оценивания. Таким образом, в вычислительном центре учебно-производственного комбината может проводиться итоговая проверка знаний в масштабах всего района, а в вычислительном центре головного вуза – в масштабах целого региона.

Максимальную близость педагогической оценки к действительному уровню знаний обучаемого можно обеспечить с помощью АКОС при условии, что она действует в режиме индивидуализированного текущего контроля. Для работы в этом режиме АКОС должна обладать высокой адаптивностью, гарантирующей не только оптимальный (для конкретного обучаемого) темп работы и посильность заданий, но и использование оценочной шкалы, учитывающей индивидуальные возможности и особенности обучаемого.

Для обслуживания режима ''персональной ЭВМ'' (тренажера) АКОС должна располагать своими собственными средствами, а также возможностью подключения специально для этой цели разработанных пакетов прикладных программ и систем моделирования /1/.

Таким образом, даже краткий обзор возможных вариантов применения АКОС на различных этапах дидактического цикла показывает, сколь многочисленны и разносторонни те характеристики, которыми она должна обладать. С одной стороны, она должна быть достаточно мощной, что бы обеспечить создание и функционирование развёрнутых учебных курсов, с другой стороны, она должна быть столь ''подвижной'', чтобы реализовать простые, но важные функции контроля на минимальной технической базе. Тем не менее, это должна быть единая система, поскольку в её основе, помимо всего прочего, должна лежать единая методология и единая схема сбора и интерпретации всевозможной информации о ходе учебно-воспитательного процесса. Указанный подход позволит в рамках АКОС осуществлять моделирование такого сложного объекта, каким является обучаемый, и проверять адекватность разрабатываемых моделей.

Исходя из сказанного, можно сформировать требования к техническому и программно-информационному обеспечению АКОС.

1) Система должна быть доступна самому широкому кругу пользователей (обучаемых, обучающих и контролирующих учебный процесс).

2) Архитектура системы должна допускать достаточно простое увеличение и усложнение функций обучения, а также их разделение, то есть иметь модульную структуру при условии независимости модулей на всех уровнях и по всем видам обеспечения не только на этапе проектирования и разработки, но и на этапе эксплуатации. В этом смысле она должна отличаться от существующих АКОС, которые могут функционировать только в составе целого ряда подсистем.

3) Компоненты системы должны быть совместимы на системном уровне. Это дает возможность использовать базовое программное обеспечение на всех компонентах системы, а также выполнять одни и те же программные модули в разных частях системы в зависимости от состояния системы и требований пользователей.

4) Система должна обеспечивать приемлемые психофизиологические характеристики диалога с пользователями, что особенно важно при интенсивном обучении.

5) Информационное обеспечение системы должно удовлетворять концепции централизованной базы данных /2/.

Литература

1. Дернер И.Я. Качества знаний учащихся. Какими они должны быть? – М.: Знание, 2000. 156 с.

2. Лаптев О.Н. Основные принципы машинной генерации вариантов контрольных заданий. – Свердловск: Свердловский пединститут, 1995. 218 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.382

В.С. Скоробогатов, Ю.М. Данилов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЛНЫ ПРИПОЯ НА ПРОЦЕНТ ВЫХОДА ГОДНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Приводятся результаты исследования температуры при механизированной пайке волной припоя и математическая модель зависимости процента выхода годных плат от температуры волны припоя

Проблемы, связанные с механизированной пайкой, как правило, идентичны, независимо от того, проводится ли пайка струей припоя, волной припоя или стеканием припоя с платы. При этом необходимо учесть такие факторы, как угол трения, поверхностное натяжение и гравитационные силы, действующие на жидкий металл. Эти факторы тесно связаны с качеством подготовки поверхности материала и определяют погрешности, возникающие при использовании механизированной пайки. Наиболее характерными дефектами являются возникновение мостиков припоя, образования сосулек и так далее.

Был разработан механизированный метод пайки, который позволяет получать миллионы надежных соединений компонентов. Как технологические параметры, так и система пайки представляют собой комбинацию факторов, которые как вместе взятые, так и каждый по отдельности оказывают существенное влияние на надежность электрических соединений.

Компоненты на плате должны располагаться равномерно, таким образом, чтобы избежать накопления пыли и влаги, а их форма не должна допускать накопления испарений и флюса в процессе пайки платы волной припоя.

Пайка, сушка, используемые флюсы не должны загрязнять компоненты, влиять на изменение их формы или характеристики. Кроме того, флюс не должен проникать в толщу платы и затруднять нормальную работу блока.

Материал платы должен удовлетворять условиям работы при повышенной температуре при использовании компонентов с большим тепловыделением, а соединительные выводы или провода должны располагаться как можно ближе к стенке отверстия и токо-ведущей дорожке. Массивные компоненты должны быть надежно прикреплены к проводящей стороне платы.

Паяные соединения на плате должны выдерживать некоторое напряжение при воздействии ударной нагрузки, однако очевидно, что существует некоторый предел, который будет зависеть от массы и формы компонентов, числа выводов и окружающих условий. Как правило, компоненты с коаксиальными выводами массой до 14 г могут устанавливаться на плате без специальной фиксации, однако и в этом случае необходимо учитывать конкретные условия.

Расстояние между проводящими дорожками, изгибами и т.д. должно быть выбрано таким, чтобы предотвратить образование мостиков припоя в процессе пайки погружением или волной припоя. Кроме того, надо учитывать случаи, когда выводы компонентов могут выступать или перекрывать края проводящей дорожки.

Механизированная пайка успешно конкурирует с ручной пайкой при наличии условий для свободного образования однонаправленной волны припоя. В процессе наладки оборудования необходимо отрегулировать форму волны припоя, чтобы снизить или устранить образование мостиков припоя, сосулек, взаимного соединения, проводящих дорожек, перемычек, образование неровных кромок и избытков припоя.

Исследовалось влияние температуры волны припоя Т = 240 – 280° С на среднее число дефектов, %, на 50 соединений. Математическая модель процесса имеет вид:

% = 260 – 2 ∙ Т + 0,004 ∙ Т².

Экстремальное значение температуры для наименьшего числа дефектов определялось методом производных

d % / dТ = - 2 + 2 ∙ 0,004 ∙ Т.

Оптимальная температура при пайке волной 250º С.

При этой температуре производится механизированная пайка в течение 1-2 с; а вручную, паяльником, в течение 1 с при температуре около 320° С. Нужно иметь в виду, что массивные выводы могут за это время не достичь температуры пайки, в частности в процессе пайки волной припоя. Следует также учитывать теплоемкость компонентов, которые находятся в контакте с выводами.

Ультразвуковую очистку собранных плат нужно производить на заранее выбранных и проверенных режимах, чтобы избежать резонансных эффектов и выхода плат из строя. Очистку раствором трихлорэтилена также можно производить при условии, что все компоненты по техническим условиям могут выдерживать подобные воздействия. Поэтому на стадии проектирования блока необходимо тщательно проверить, могут ли выбранные компоненты выдержать изгиб выводов, рабочую температуру пайки, действие флюса, растворителей или ультразвуковую очистку.

В определенных случаях требуется удалить покрытие с предварительно луженых выводов компонентов, которое обычно уже окислилось, и снова покрыть выводы припоем, чтобы получить необходимую прочность и надежность соединений.

Изучение некоторых типов выводов показало, что покрытие припоем и окисная пленка отрываются при нагреве вывода от пайки волной припоя. При повторном лужении выводов компонентов погружением в горячий припой можно существенно улучшить плотность припоя на выводе, но для этого требуется эффективная механическая очистка вывода непосредственно перед повторным лужением. Для образования надежного металлургического соединения между слоем припоя и выводом компонентов поверхность должна быть очищена непосредственно перед предварительным лужением или пайкой волной припоя. Это относится как к чисто медным, так и к золоченым или предварительно луженым выводам.

На тщательно очищенной и подготовленной поверхности образуется интерметаллическое соединение, покрытое топким, гладким и однородным слоем припоя. Неравномерная подготовка поверхности приводит к появлению дефекта соединения. Очень большое количество отказов связано с образованием плохо смачиваемых припоем площадок. Это приводит к образованию слабых металлических соединений и плохих электрических контактов. Их появление, как правило, не связано с параметрами технологического оборудования, осуществляющего пайку волной припоя.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.156

Л.С. Очнева, Н.Э. Самойленко

О СТРУКТУРИЗАЦИИ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ КОНТРОЛЬНО-ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМАХ

Рассматриваются особенности структурирования учебного материала и функциональные характеристики существующих автоматизированных контрольно-обучающих систем, ориентированных на использование в учебном процессе

В современных обучающих системах преобладающей является методология автоматизированного учебного курса порционного типа с элементами адаптации учебного материала к уровню знаний и способностей обучаемого, которая заключается в следующем. Весь материал курса разбивают на учебные порции — модули, имеющие внутри данной обучающей системы типовую структуру. Учебная порция включает: учебную дозу, иллюстрирующий пример, контрольные вопросы с анализами возможных ответов и дозами помощи либо переадресации к другим модулям или курсам с последующим возвратом, банк контрольных задач. Программа имитирует диалог преподавателя и обучаемого.

Такая структура учебной порции позволяет преподавателю, ведущему занятие, выбрать форму работы обучаемого: изучение материала или проверку качества его усвоения, что дает возможность использовать одну и ту же программу в различных целях, а обучаемому при самостоятельной работе выбрать форму работы с курсом в соответствии со своим желанием и возможностями на одном из трех уровней: пониженном, среднем и повышенном. Предусмотрен постоянный контроль динамики процесса обучения. Уровень прохождения курса выбирается обучаемым в диалоговом режиме или присваивается системой по результатам его предшествующего взаимодействия с системой. Последнее обеспечивает адаптивность учебного материала к уровню знаний и способностей обучаемого.

Пониженный уровень является наиболее полным по объему предложенного материала и допускает использование помощи системы. Средний уровень обучения исключает возможность пользоваться помощью системы, объем учебного материала остается тем же. Повышенный уровень, рассчитанный на студента, хорошо знающего материал отдельной учебной порции, предполагает только контроль знаний. Сложность контрольных задач для каждого уровня обучения различна.

При разработке сценариев работы типичных автоматизированных систем контроля знаний обучаемых максимальное время у проектировщиков уходит на составление перечня неправильных ответов, присоединяемых к правильному или правильным, в зависимости от вариантов предполагаемого контроля: ''один ответ из многих'' или ''несколько ответов из многих''. Для преодоления этого установившегося подхода в Самарском университете был разработан новый алгоритм, позволяющий избавить разработчика от непроизводительного труда. Пакет прикладных программ представляет собой совокупность многих баз данных, наполненных однотипной информацией, с системой управления ими. При разработке сценария опроса проектировщик определяет только конкретную базу данных и правильный ответ в ней. Неправильные ответы выбираются ЭВМ из той же базы случайным образом и составляют вместе с правильным ответом перемешанный в случайном порядке список ответов предъявляемых обучаемому.

Например, применительно к медицинской тематике, если речь идет о назначении какого либо лекарственного препарата при определенном заболевании, выбор альтернативных вариантов идет из базы данных медицинских препаратов. Если обучаемому предлагается поставить диагноз по предъявленным симптомам болезни, то выбор осуществляется из базы заболеваний и т. д. Наличие однотипных данных предотвращает от казусных ситуаций при выборе ответов.

Новый пакет был назван ''Автоматизированный учебный курс'' и имеет следующие режимы работы: обучение, репетитор, контроль, просмотр протокола, просмотр ведомости оценок, ввод нового пароля. В режиме ''Контроль'' результаты работы обучаемого оцениваются по пятибалльной системе с помощью специальной подпрограммы. Основа подпрограммы – формула расчета оценки (доработанная) по известным из литературных источников методикам. В подпрограмме учтен принцип ранжирования вопросов, который реализован привлечением группы экспертов-преподавателей. Двухлетняя эксплуатация пакета показала его достаточную эффективность и простоту использования.

В то же время чисто профессиональные программные продукты далеко не полностью покрывают все потребности учебного процесса. Например, в них, как правило, отсутствуют возможности пояснения хода решения задач (т.е. отсутствуют объясняющая и иллюстрирующая компоненты), недостаточно продуманы вопросы максимально возможной коррекции ошибок обучаемого, удобства диагностики, дружественности пользовательского интерфейса в целом и т.д. Это приводит к необходимости разработки специализированных программных продуктов, ориентированных на обучение /1/.

Литература

1. Пасхин Е.Н. Функциональная структура автоматизированной системы обучения ЭКСТЕРН // Вестник Московского университета, 1998. Сер. 15. № 4.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.382

В.С. Скоробогатов, Ю.М. Данилов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ

КОНВЕЙЕРА НА ЧИСЛО ДЕФЕКТОВ ПРИ ПАЙКЕ

ВОЛНОЙ ПРИПОЯ

Приводятся результаты исследования скорости движения конвейера при механизированной пайке волной припоя и математическая модель зависимости процента выхода годных плат от скорости движения конвейера

Пайка как средство механического соединения металлов используется уже много лет. Однако потребности промышленности, создающей электронную аппаратуру, связанные с современными понятиями надежности, приводят к необходимости пересмотра методов пайки. Надежность нельзя обеспечить, если применять первый попавшийся припой, и ошибка многих занимающихся пайкой, заключается в том, что под припоем понимают только сплав олова. На самом деле, при выборе материалов для пайки необходимо учитывать свойства используемого сплава совместно с флюсом. До тех пор пока комбинация припой – металлическая основа не выбраны правильно, даже наиболее совершенное оборудование и технология не обеспечат надежности, которая может быть достигнута только при соответствующем выборе исходных материалов.

Время от времени появляются определенные рекомендации по способам пайки и мерам предосторожности при их выполнении. Но многие вопросы возникают снова. Поэтому проектировщику, оператору и контролеру качества, ответственным за создание надежного соединения, необходимо знать о некоторых представлениях, которые лежат в основе большого количества ошибок, связанных с применением пайки.

Точная и надежная пайка является производственной необходимостью. Требуется соединить новые виды металлов. Электронные блоки становятся более компактными и миниатюрными. Ремонтные работы применяются реже, а компоненты стали более чувствительными к воздействию тепла. Все эти тенденции приводят к тому, что требования к процессу пайки повышаются, и соединения пайкой следует проводить на строго научной основе.

Необходимо учитывать действие флюсов, которые являются исключительно важным фактором в процессе пайки. Правильный выбор флюса в большой степени обеспечивает надежное соединение. Если неверно выбран флюс, то брак катастрофически возрастает. Флюс является в общем разжижителем, но при пайке он существенно влияет на скорость и степень завершенности процесса пайки.

Сокращение времени пайки особенно существенно в высокопроизводительных технологических процессах, а также при пайке электронных схем с термочувствительными компонентами. Хорошо выбранный флюс ускоряет процесс в системе припой – металл, что позволяет в единицу времени проводить максимальное число соединений.

При достижении заданной температуры должно произойти расплавление припоя. Кроме того, температура должна быть достаточно высокой, чтобы флюс мог обеспечить очистку поверхности. Однако необходимо избегать высоких температур, поскольку органические соединения во флюсе при перегреве могут стать неактивными. В качестве примера можно привести снижение способности флюса, на основе канифоли, очищать медь, при быстром нагреве флюса до температуры 320 ˚С. Активированные канифольные флюсы выдерживают более высокие температуры, благодаря чему все характеристики флюса сохраняются. Общее правило в этом случае состоит в необходимости поддерживать температуру пайки на 60 ˚С выше точки плавления припоя, для получения качественных соединений.

Создание качественных паяных соединений является проблемой. Большая часть блоков ранее разрабатывалось с учётом электрических, механических и других требований, и лишь малая часть разработчиков непосредственно рассматривала и учитывала такой важный фактор, как пайка. На примере печатных плат можно сделать выгоды, которые можно получить при соответствующем конструировании паяных соединений, особенно если схема предназначена для аппаратуры с высокой плотностью упаковки и с большим количеством паяных соединений. Пайка схемы часто осуществляется методом волны припоя. Этот метод обеспечивает достаточную надёжность, предусматриваемую при проектировании и разработки аппаратуры. Помимо тщательного подбора материала, разработчик должен учитывать конфигурацию соединений, чтобы обеспечить их прочность и электрические характеристики. Для этого, однако, необходимо чтобы разработчик был хорошо знаком с методами монтажа и требованиями, которые предъявляют используемое оборудование. Так, все свинцово-оловянные припои, содержащие до 60 % олова, не должны использоваться при температурах выше 150 ˚С, поскольку спаи, полученные с их помощью в интервале температур 150 -180 ˚С, обладает низкой механической плотностью.

Иногда при пониженной температуре чистое олово превращается в серый порошок. Было установлено, что это явление – «оловянная чума» – есть следствие изменений кристаллической формы олова под действием окружающих условий, таких как понижение давления, сильное охлаждение и так далее.

Возникает вопрос: не может ли это произойти при использовании оловянных припоев? Это маловероятно, так как «чума» присуща чистому олову (не находящемуся в составе сплава) или олову, загрязненному алюминием или цинком. «Оловянная чума» не наблюдается в олове, содержанием более 5 % свинца. Если существует необходимость использования блока при очень низких температурах, то нужно, чтобы применяемое в качестве припоя олово содержало не менее 0,5 % мышьяка. При воздействии на припой низкой температуры изменяются его механические свойства, увеличивается его жесткость, а также уменьшается его ударная прочность. Поэтому припои, которые применяются для соединения аппаратуры, работающей при низких температурах, должны обеспечить максимальную прочность и сопротивление к ползучести.

Материал платы должен удовлетворять условиям работы при повышенной температуре при использовании компонентов с большим тепловыделением, а соединительные выводы или провода располагаться как можно ближе к стенке отверстия и токоведущей дорожке.

Для предотвращения коробления платы очень важно использовать регулируемые зажимы, которые удерживали бы печатную плату по всем краям. Применяемые устройства фиксации платы не должны нарушать волну припоя, иначе это может повлиять на результаты пайки.

Конвейер должен иметь регулируемую скорость, причем одно несущее устройство может переносить комплект плат последовательно через посты флюсования, предварительного нагрева и пайки волной припоя при установленной заранее скорости.

Исследовалось влияние скорости движения конвейера V = 20 – 35 см/мин на число дефектов, %, на 50 соединений.

Математическая модель процесса имеет вид:

% = 62,5 – 5 ∙ V + 0,1 ∙ V².

Экстремальное значение скорости для наименьшего числа дефектов определялось методом производных

d % / dV = - 5 + 2 ∙ 0,1 ∙ V.

Оптимальная скорость движения конвейера при пайке волной соответствует 25 см/мин. Увеличение скорости выше оптимальной резко повышает число дефектов. При подходе к волне припоя конвейер должен иметь наклон.

Для подачи волны флюса необходимо использовать насосное устройство, которое обеспечивает непрерывную подачу флюса соответствующей высотой волны над выпускным отверстием. Потери на испарение или неравномерность потока не должны приводить к образованию гребешков на волне флюса или пропуску какого- либо участка печатной платы.

При пайке волной припоя горячий жидкий припой должен подаваться с постоянной скоростью в непрерывном ламинарном потоке, причем над выпускным отверстием следует постоянно поддерживать полукруглую волну заданной высоты. Эта система должна работать так, чтобы припой смачивал все заданные участки печатной платы и обеспечивал получение паяных соединений высокого качества. В зависимости от емкости ванной и системы подогрева температура волны припоя должна сохраняться на уровне 250 – 265 ºС и изменение температуры внутри волны должно быть сведены к минимуму.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

И.Б. Шапошников

Выбор инструментария для кодирования базы

данных АСУ рынка FOREX

В статье описываются методы выбора инструментария для кодирования базы данных АСУ рынка FOREX, обеспечивающие максимальную скорость, функциональность и надежность работы системы

Системой управления базами данных (СУБД) называется специализированная программа (чаще, комплекс программ), предназначенная для манипулирования базой данных /1/.

В связи с довольно высокими требованиями к объему и скорости выборки хранимых данных, выбор типа СУБД для функционирования АСУ рынка FOREX представляется важным. Однако, на текущий момент, факторы распространенности стандартизации методов доступа к данным делают выбор типа СУБД для АСУ практически однозначным /2/.

Существуют следующие основные типы СУБД:

• иерархические - реализует иерархическую модель данных с отношением предок-потомок между записями БД;

• сетевые - модификация иерархической СУБД, реализует возможность участия каждой записи БД в нескольких отношениях предок-потомок;

• реляционные - все данные организованы в виде таблиц, а все операции над данными сводятся к операциям над этими таблицами;

• объектные - реализуют объектную модель на основе понятий объекты – классы - наследование, сообщения, методы /3/.

Иерархические и сетевые БД обладают рядом недостатков, среди которых особая жесткость структуры - наборы отношений и структуру записей приходится задавать заранее и их изменение приводит к изменению и перестройке структуры всей базы. На текущий момент иерархические и сетевые базы данных устарели и практически полностью вытеснены реляционными базами данных /4/. Широкое распространение получили реляционные СУБД по причине строгой, ясной математической модели, универсального стандартизованного средства доступа (язык структурированных запросов - SQL). В настоящее время на рынке реляционных СУБД можно насчитать до десятка продуктов от самых простых офисных СУБД до сложных систем по реляционной обработке огромных массивов данных. Дальнейшее развитие реляционных СУБД - объектные СУБД не имеют в качестве основы строгую принятую всеми математическую модель, как следствие механизмы доступа, поэтому пока широкого распространения не получили.

Критерий распространенности, и простоты доступа к данным делает использование реляционной СУБД единственно приемлемым для кодирования. Плоские нормализованные реляционные отношения универсальны и теоретически достаточны для представления данных любой предметной области. Поэтому проектирование структуры отношений реляционной СУБД на основе объектного подхода - наиболее приемлемый вариант на текущий момент развития информационных технологий /5/.

Выбор конкретной версии реляционной СУБД диктуется, в основном, практическими соображениями. При проектировании АСУ рынка FOREX он был сделан на самой ранней стадии разработки. Сначала был составлен перечень возможных средств, затем произведены консультации с техническими специалистами (хорошо знающими средства-кандидаты), затем произведена оценка, с какими средствами персонал компании уже работал, а какие являются для него абсолютно новыми. В конечном счете, выбор средств разработки во многом определил именно фактор квалификации персонала.

Программные продукты типа Oracle или DB2 не удовлетворяют по критерию доступности (слишком высокая цена покупки и сопровождения). С другой стороны, системам Interbase, MySQL и пр. не хватает функциональности для полноценной организации трехзвенной архитектуры (клиент – сервер – база данных) /6/. Из табл. 1. следует, что наиболее приемлемым вариантом будет СУБД MS SQL.

Таблица 1

Сравнение реляционных СУБД

Название	Функциональность	Производ.	Доступность
Oracle	Высокая	Средняя	Малая
DB2	Высокая	Средняя	Малая
MS SQL	Средняя	Средняя	Средняя
Interbase	Низкая	Высокая	Высокая
MySQL	Низкая	Высокая	Высокая

Несмотря на то, что полноценное функционирование базы данных требует максимальной мощности процессора и объема памяти, тип используемых технических и программных средств на практике определяется возможностями компании. Характеристики среды, которая использовалась в компании «Е-Капитал» (заказчика системы), приведены в табл. 2.

Таблица 2

Характеристики технических и программных средств

для подсистемы базы данных

Процессор	Server AMD 2xAMD Opteron DP 242
Операционная система	Windows 2000
Системная память	1024Mb, CD 4x36Gb
Дисплей	17”
Устройства ввода	Клавиатура
Звуковая система	---
Программное обеспечение	MS SQL 2000
Устройства связи	2x1000T adapter

Как видно из таблицы, при конфигурировании сервера базы данных основное внимание было уделено мощности и количеству процессоров, а также объему памяти. Кроме этого, для сервера базы данных довольно важен выбор качественного устройства связи, позволяющего осуществлять максимально быструю передачу данных с сервера к другим компьютерам внутри локальной сети.

Методы выбора инструментария для кодирования базы данных АСУ рынка FOREX, описанные в данной статье, показали свою правильность после верификации проекта и сдачи системы в эксплуатацию.

Литература

1. Мацяшек, Лешек А. Анализ требований и проектирование систем. Разработка информационных систем с использованием UML.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. 432 с.

2. Розенберг Д., Скотт К. Применение объектного моделирования с использованием UML и анализ прецедентов: Пер с англ. – М.: ДМК Пресс, 2002. 160 с.

3. Ларман, Крэг. Применение UML и шаблонов проектирования: Пер. с англ.: Уч. пос. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. 496 с.

4. Бек К. Экстремальное программирование. – СПб.: Питер, 2002. – 224 с.

5. Э. Гамма, Р. Хельм, Р. Джонсон, Дж. Влисседес. «Приемы объектно-ориен-тированного проектирования. Паттерны проектирования.» : Пер. с англ. СПб: Питер; М.: ДМК Пресс, 2001.

6. Зайцев С.С. Описание и реализация протоколов сетей ЭВМ. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1989. 272 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9

В.С. Скоробогатов, Ю.М. Данилов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ АЛМАЗНЫХ

КРУГОВ НА ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА

ШЛИФОВАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Приводятся результаты исследования влияния концентрации алмазных кругов, при шлифовании технического стекла и керсила, на удельный расход алмаза, производительность процесса и среднее арифметическое отклонение профиля шлифованной поверхности

Исследование влияния концентрации алмазов в алмазоносном слое шлифовального круга К, %, на удельный расход алмаза q, мг/г, производительность процесса Q, г/мин, и среднее арифметическое отклонение профиля шлифованной поверхности R, мкм, производили алмазными кругами АПП200–АСП200/160 на связках М5Л и М52. При шлифовании применяли алмазные круги из синтетических алмазов концентраций 50, 100, 150 и 200 %. На основании экспериментов были рассчитаны математические модели.

Зависимость удельного расхода алмаза от концентрации алмазных кругов при шлифовании технического стекла

q = 0,04 - 0,0005 ∙ К + 0,00001 ∙ К². (1)

Дифференцируя уравнение (1) имеем

dq / dK = - 0,0005 + 0,00002 ∙ К. (2)

Решая уравнение (2), находим экстремальное значение концентрации алмазоносного слоя шлифовального круга, равное 25 %. При этом значении концентрации, удельный расход алмаза должен составить q = 0,03375 мг/г.

Зависимость удельного расхода алмаза от концентрации алмазных кругов при шлифовании кварцевого стекла К8

. q = 0,77 - 0,003 ∙ К + 0,000004 ∙ К². (3)

Дифференцируя уравнение (3) имеем

dq / dK = - 0,003 + 0,00004 ∙ К. (4)

Решая уравнение (4), находим экстремальное значение концентрации алмазоносного слоя шлифовального круга, равное 375 %. При этом значении концентрации, удельный расход алмаза должен составить q = 0,2075 мг/г.

Зависимость удельного расхода алмаза от концентрации алмазных кругов при шлифовании керсила

q = 1,12 - 0,013 ∙ К + 0,000056 ∙ К². (5)

Дифференцируя уравнение (5) имеем

dq / dK = - 0,013 + 0,000112 ∙ К. (6)

Решая уравнение (6), находим экстремальное значение концентрации алмазоносного слоя шлифовального круга, равное 116 %. При этом значении концентрации, удельный расход алмаза должен составить q = 0,3655 мг/г.

Зависимость производительности процесса шлифования от концентрации алмазных кругов при шлифовании технического стекла

Q = 7.33 - 0,0271 ∙ К + 0,00007 ∙ К². (7)

Дифференцируя уравнение (7) имеем

dQ / dK = - 0,0271 + 0,00014 ∙ К. (8)

Решая уравнение (8), находим экстремальное значение концентрации алмазоносного слоя шлифовального круга, равное 193,57 %. При этом значении концентрации, производительность процесса шлифования должна составить Q =4,707 г/мин.

Зависимость производительности процесса шлифования от концентрации алмазных кругов при шлифовании кварцевого стекла К8

dQ / dK = 0,45 - 0,0348 ∙ К + 0,000112 ∙ К². (9)

Дифференцируя уравнение (9) получаем зависимость

dQ / dK = - 0,0348 + 0,000224 ∙ К. (10)

Решая уравнение (10), находим экстремальное значение концентрации алмазоносного слоя шлифовального круга, равное 155,36 %. При этом значении концентрации, производительность процесса шлифования должна составить Q = 3,153 г/мин.

Зависимость производительности процесса шлифования от концентрации алмазных кругов при шлифовании керсила

Q = 1,09 - 0,0067 ∙ К + 0,00003 ∙ К². (11)

Дифференцируя уравнение (11) имеем

dQ / dK = - 0,0067 + 0,00006 ∙ К. (12)

Решая уравнение (12), находим экстремальное значение концентрации алмазоносного слоя шлифовального круга, равное 111,67 %. При этом значении концентрации, производительность процесса шлифования должна составить Q = 1,464 г/мин.

Зависимость среднего арифметического отклонения профиля шлифованной поверхности от концентрации алмазных кругов при шлифовании технического стекла

Ra = 1,017+ 0,00249 ∙ К - 0,0000066 ∙ К². (13)

Дифференцируя уравнение (13) имеем

dRa / dK = 0,00249 - 0,0000132 ∙ К. (14)

Решая уравнение (14), находим экстремальное значение концентрации алмазоносного слоя шлифовального круга, равное 188,64 %. При этом значении концентрации, среднее арифметическое отклонение профиля шлифованной поверхности должно составить Ra =1,25 мкм.

Зависимость среднего арифметического отклонения профиля шлифованной поверхности от концентрации алмазных кругов при шлифовании кварцевого стекла К8

Ra = 0,82 - 0,00725 ∙ К + 0,000103 ∙ К². (15)

Дифференцируя уравнение (15) имеем

dRa / dK = - 0,00725 + 0,000206 ∙ К. (16)

Решая уравнение (16), находим экстремальное значение концентрации алмазоносного слоя шлифовального круга, равное 35,19 %. При этом значении концентрации, среднее арифметическое отклонение профиля шлифованной поверхности должно составить Ra = 0,69 мкм.

Зависимость среднего арифметического отклонения профиля шлифованной поверхности от концентрации алмазных кругов при шлифовании керсила

Ra = 1,017 + 0,00524 ∙ К - 0,0000116 ∙ К². (17)

Дифференцируя уравнение (5) имеем

dRa / dK = 0,00524 - 0,0000232 ∙ К. (18)

Решая уравнение (18), находим экстремальное значение концентрации алмазоносного слоя шлифовального круга, равное 225,86 %. При этом значении концентрации, среднее арифметическое отклонение профиля шлифованной поверхности должно составить Ra = 1,61 мкм.

Результаты опытов и расчетов показывают, что из всех исследованных алмазных кругов при шлифовании технического стекла наименьший удельный расход алмазов наблюдался у кругов на связке М5Л с концентрацией близкой к 25. Этому значению концентрации соответствует наименьшее значение производительности процесса и шероховатость обработанной поверхности Ra = 1,25 мкм. При шлифовании кварцевого стекла К8 кругами с концентрацией более 200 % наблюдается наименьший удельный расход алмаза, но и наименьшая производительность. Шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,69 мкм соответствует низкой концентрации К = 35 %. При шлифовании керсила наименьший удельный расход алмазов наблюдается при работе алмазными кругами на связке М5Л с концентрацией около 100 %. Такая концентрация позволит достичь наибольшей производительности, при грубой обработке поверхности.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.156

Л.С. Очнева, Н.Э. Самойленко

СТРУКТУРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ КОНТРОЛЬНО-ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

Представлен материал по структуре автоматизированной контрольно-обучающей системы (АКОС), реализующей различные режимы обучения

Наиболее эффективным и успешным признано применение автоматизированных средств обучения в лабораторном практикуме и семинарских занятиях /1/, где обеспечивается переход учебной информации в индивидуальные знания обучаемых, а также существует необходимость определения качества и уровня освоения материала.

Структура разрабатываемой АКОС должна предоставлять возможность изучения теоретического материала, предъявляемого в объеме, достаточного для раскрытия конкретного вопроса изучаемой темы с одной стороны, и легкоусвояемой – с другой, при этом поиск необходимой информации должен осуществляться автоматически.

Для реализации данного положения изучаемый материал по технологическим дисциплинам разбивается на темы, а тема, в свою очередь, на вопросы.

Теоретический материал, изучаемый по конкретной теме, разбивается на справочно-информационные блоки, которые включают ответы на вопросы, близкие по содержанию. Таким образом, основополагающим фактором контрольно-обучающей системы является наличие информационной базы, отвечающей следующим основным требованиям:

– структурированность данных;

– доступность всех составляющих базы;

– обеспечение наиболее быстрого поиска необходимой информации;

– обеспечение доступа с целью изменения и пополнения содержимого базы.

Контроль знаний студентов является немаловажным звеном в процессе обучения. В структуре АКОС предусматривается контроль по вопросам, систематизированным в пределах изучаемой темы.

Предусматривается контроль знаний в режиме самоконтроля и итогового контроля. В первом случае обучаемый имеет возможность выбирать вопросы из списка самостоятельно, отвечать на вопросы и по определенной команде получать правильный ответ.

В режиме итогового контроля выбор вопросов остается за преподавателем, а функция обращения к справочному материалу (правильному ответу) заблокирована.

Ответы на поставленный вопрос могут быть получены в виде произвольной текстовой формы, путем выбора правильных ответов из списка, причем представленный список содержит только правильные ответы, которые относятся к вопросам, близким по содержанию.

Можно выделить три основные типа вопросов:

– вопросы, предполагающие, что правильный ответ может быть выбран из совокупности нескольких вариантов ответов;

– вопросы, предполагающие, что ответ должен быть однозначным и строго определенным;

– вопросы, предполагающие, что ответ должен быть раскрытым и содержательным.

Обычные автоматизированные системы контроля знаний обеспечивают тестирование по вопросам первых двух типов. Это объясняется простотой реализации алгоритмов такого тестирования и невысокой трудоемкостью создания необходимых баз данных. Однако, как показывает практика, такие системы контроля являются малоэффективными. Это связано, во-первых, с однообразием процесса тестирования и, во-вторых, с присутствием фактора возможности угадывания правильного ответа. В связи с этим наиболее рациональной будет разработка такой системы контроля знаний, которая обеспечивала бы возможность ответа на вопросы не только первых двух типов, но и на вопросы третьего типа. Это позволит не только разнообразить процесс тестирования, но и внести элемент творчества, когда тестируемому дается возможность самому формулировать ответ. Таким образом, компенсируется фактор случайного угадывания, что повышает эффективность процесса контроля знаний.

Структура АКОС предусматривает возможность проведения расчетных операций и контроля результатов технических расчетов, проведенных по определенным методикам. Ниже перечислены основные требования, которые необходимо учитывать при разработке автоматизированных средств расчета контрольно-обучающей системы:

– требуется организация алгоритма расчетов, позволяющего в любой момент корректировать значения исходных данных;

– необходимо учитывать возможность контроля значений важных промежуточных параметров;

– в случае необходимости обеспечить автоматизированную проверку правильности расчетов.

Обобщенная структурная схема программ в рамках АКОС, выполняющих расчетные функции, показана на рисунке. Как видно из схемы, учитывается не только возможность повторного ввода исходных данных и возможность контроля промежуточных параметров расчета, но и возможность доступа к справочной информации, хранящейся в виде баз данных.

Обобщая вышеизложенное можно сформулировать основные требования, которые необходимо учитывать при разработке АКОС в рамках изучаемых дисциплин:

а) требования к АКОС в рамках режима самообучения:

1. обучаемый должен иметь возможность самостоятельно выбирать вопросы из списка;

2. необходимо обеспечить целенаправленный и своевременный доступ к справочной информации;

3. справочный материал должен быть тематически систематизирован;

4. поиск и подбор справочного материала должен осуществляться автоматически в соответствии с изучаемым вопросом;

5. необходимо предоставить возможность проведения самоконтроля;

6. процессы изучения материала и самоконтроля не должны исключать друг друга, то есть должна предоставляться возможность в любой момент переходить от одного процесса к другому;

б) требования к АКОС в рамках режима итогового контроля:

1. необходимо наличие базы данных вопросов с эталонными ответами;

2. при ответе на поставленный вопрос необходимо обеспечить ввод ответа тестируемого путем выбора из списка различных вариантов ответов;

3. необходимо обеспечить ввод однозначных, строго определенных ответов;

4. необходимо предоставить возможность отвечать на вопросы в раскрытой, содержательной форме путем набора текста;

5. необходимо исключить доступ тестируемого к справочной информации;

6. оценка адекватности ответа должна проводиться по каждому вопросу отдельно и выдаваться после того, как был введен ответ тестируемого;

в) требования к АКОС в рамках режима работы прикладных расчетных программ:

1. при вводе исходной информации необходимо обеспечить доступ к требуемым справочным данным;

2. алгоритм расчетных программ должен обеспечивать неоднократный ввод и корректировку исходных данных без выхода из программы;

3. необходимо учесть возможность контроля промежуточных параметров расчета;

4. требуется предоставить возможность сохранения исходных данных и результатов расчета;

5. необходимо обеспечить автоматизированную проверку правильности технических расчетов.

Таким образом, автоматизированная контрольно-обучающая система должна учитывать следующие режимы функционирования: режим самообучения, режим тестирования (итоговый контроль) и режим обращения к прикладным расчетным программам.

Литература

1. Дернер И.Я. Качества знаний учащихся. Какими они должны быть? – М.: Знание, 2000. 156 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

О.Ю. Макаров, И.Б. Шапошников

ОТЛИЧИЕ МЕТОДОВ РАЗРАБОТКИ КЛИЕНТСКОЙ

И СЕРВЕРНОЙ частей АСУ рынка FOREX

В статье кратко описываются методы разработки клиентской и серверной частей АСУ рынка FOREX и обосновываются причины различия между ними

Ежедневно во всем мире совершается большое количество операций по обмену оговоренных сумм денежной единицы одной страны на валюту другой по согласованному курсу. Эти операции носят название конверсионных и в отношении них принят устойчивый термин на английском языке “Foreign Exchange Operations” или сокращенно FOREX. Именно так и называется валютный рынок, на котором эти операции осуществляются /1/.

В настоящее время в России торговля на рынке FOREX развивается ускоренными темпами. Количество Internet-компаний, предоставляющих подобную услугу, ежегодно растет на 50 %. Постоянно совершенствуются условия торговли, вводятся новые типы операций. Поскольку проведение торгов на указанном рынке для рядовых клиентов возможно только с помощью Internet и специализированного программного обеспечения, соответственно растут и требования к программным системам.

Несмотря на многообразие предлагаемых подходов, структурное и функциональное разнообразие программной части АСУ торговли на FOREX не позволяет применять при ее разработке единообразные методы проектирования и технологии параллельных и распределенных систем.

Сложность изменения структуры БД АСУ предполагает ее тщательную проработку на предмет вариантов использования, для чего более всего подходит унифицированный процесс разработки ПО /2/. Однако принципы кодирования клиентской части АСУ рынка FOREX значительно отличаются от принципов кодирования базы данных или серверной части. Это связано с требованиями, предъявляемыми к клиентской части ПО на указанном сегменте рынка. В связи с бурным развитием биржевой торговли с помощью Интернет, требования, которым должен удовлетворять терминал трейдера, на современном этапе не полностью определены. Следовательно, при его проектировании на первый план выступает не надежность, а быстрота реагирования на изменяющиеся запросы рынка.

Быстроту проектирования и перепроектирования клиентского ПО можно обеспечить следующими путями /3/:

1. Использованием технологии экстремального программирования вместо унифицированного процесса разработки программ.

2. Простотой языка кодирования, позволяющей распространять программу методом «открытого кода».

3. Максимальной гибкостью функционирования программы, достигаемой путем предоставления возможности настройки как можно большего числа параметров программы непосредственно на месте.

Особенно эффективно использование технологии экстремального программирования (XP). В XP отсутствует понятие технологической процедуры. Единственной моделью системы является ее полноразмерный упрощенный вариант. То есть, если в традиционных моделях жизненного цикла реально функционирующая модель системы создается только на этапе тестирования, в XP она является результатом любого этапа работ.

Альтернативой перечисленным методам могла бы быть разработка клиентской части АСУ рынка FOREX с использованием Internet-технологий, например, на языке Java /4/. Однако специфика клиентской части АСУ рынка FOREX не позволяет сделать это с нужной степенью эффективности по следующим причинам /5/:

• Низкая пропускная способность линий связи с потенциальными клиентами ограничивает размер, а следовательно, и функциональность загружаемого с сервера модуля;

• Ограничения безопасности, накладываемые на Java-апплет, не позволяют организовать хранение данных на компьютере клиента с достаточной степенью эффективности и надежности;

• Являясь языком профессиональной разработки программ, Java не подходит для распространения клиентской части ПО методом «открытого кода».

Тип используемых технических и программных средств для поддержки функционирования подсистемы клиентской части АСУ определяется исходя из возможностей компьютеров потенциальных клиентов, а также требований, предъявляемых самой программой. Произведенный мониторинг выявил минимальные допустимые технические характеристики клиентского компьютера, приведенные в таблице.

Типовые характеристики технических и программных средств подсистемы клиентской части АСУ рынка FOREX

Процессор	Celeron 433
Операционная система	Windows 98 SE
Системная память	64Mb, CD 20Gb
Дисплей	14”
Устройства ввода	Клавиатура, мышь
Звуковая система	---
Программное обеспечение	---
Устройства связи	Модем 33K

Принимая во внимание ограничения, накладываемые на клиентскую часть АСУ рынка FOREX техническими характеристиками типового оборудования, а также специфику ее кодирования, целевым языком разработки был выбран язык программирования Delphi компании Borland /6/. Этот язык, являясь полноценным объектно-ориентированным языком, широко распространен и прост в изучении и использовании.

Инструментарий этого пакета позволяет создавать полноценные приложения даже тем, кто имеет минимальный опыт работы с Delphi, а опытные пользователи получают в свое распоряжение практически неограниченные возможности для разработки.

Применение различных методов для разработки клиентской и серверной частей позволило значительно сократить время разработки системы и повысить надежность ее функционирования, что было выявлено в процессе верификации проекта АСУ рынка FOREX.

Литература

1. Суворов С.Г. Азбука валютного дилинга. – СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 1999. 296 с.

2. Мацяшек, Лешек, А. Анализ требований и проектирование систем. Разработка информационных систем с использованием UML.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. 432 с.

3. Бек К. Экстремальное программирование. – СПб.: Питер, 2002. 224 с.

4. Lea, D. Concurrent Programming in Java: Design Principals and Patterns. 2d ed. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1999.

5. Зайцев С. С. Описание и реализация протоколов сетей ЭВМ. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. 272 с.

6. Фаронов В.В. Delphi 5. Руководство программиста. – М.: «Нолидж», 2001. 880 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.156

Л.С. Очнева, Н.Э. Самойленко