Обеспечение межсистемной электромагнитной совместимости мобильных комплексов оперативной обработки и передачи информации с использованием системы менеджмента качества

Современное развитие средств телекоммуникаций (ТКС) характеризуется постоянно повышающимся быстродействием, миниатюризацией, возрастающей сложностью, интеграцией в единые комплексы связи, что физически сближает источники и рецепторы помех. Это приводит к ужесточению требований по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС) и к необходимости ее учета на стадии проектирования устройств и систем телекоммуникаций, поскольку неполный или неверный учет этих требования приводит к значительному росту временных и материальных затрат производителя на последующую доработку создаваемой электронной аппаратуры и снижению ее конкурентоспособности. Все это и обострило проблему обеспечения ЭМС.

При оценке электромагнитной совместимости средств ТКС должны рассматриваться задачи внутрисистемной оценки ЭМС, когда учитываются непреднамеренные помехи, создаваемые средствами и устройствами конкретного объекта, а также задачи межсистемной оценки ЭМС, когда в качестве источников помех рассматриваются различные типы РЭС уже существующей группировки. В то же время, обеспечение функционирования отдельных подсистем в одной системе также является задачей обеспечения межсистемной ЭМС. В настоящее время задача обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств является очень важной и носит системный характер. Решение этой задачи позволяет обеспечить необходимое качество функционирования радиоэлектронных средств в условиях воздействия непреднамеренных помех различного типа. Оценка электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств является общей задачей, с которой приходится сталкиваться на различных этапах жизненного цикла радиоэлектронных средств различного предназначения и типа.

Так, на стадии планирования и проектирования РЭС актуальность проблемы электромагнитной совместимости все возрастает. Это обусловлено увеличением концентрации РЭС в ограниченных пространствах, расширением их типажа и повышением роли радиоэлектронных средств при решении самых разнообразных задач. При этом отсутствие учета требований ЭМС на стадии планирования и проектирования изделия приводит к серьезным трудностям в обеспечении беспомеховой работы РЭС на последующих стадиях их жизненного цикла.

В частности, на этапе планирования требуется проводить предварительную оценку электромагнитной совместимости средств и формировать требования в тактико-технические задания по электромагнитной совместимости.

На стадии проектирования изделия должна проводиться всесторонняя оценка ЭМС разрабатываемых средств со всеми существующими, которые могут использоваться совместно на одной территории. При этом оценка ЭМС должна проводиться с учетом всего комплекса РЭС объекта и с учетом условий их применения по назначению.

При испытаниях образцов РЭС, в основном, используется экспериментальный метод оценки ЭМС. Однако используются также и теоретические методы оценки электромагнитной совместимости РЭС. Они используются при планировании испытательных работ, позволяя правильно выбирать состав РЭС для проведения экспериментальных работ и режимы их работы, которые потенциально опасны с точки зрения возникновения и воздействия непреднамеренных помех.

На этапе эксплуатации радиоэлектронных средств наиболее остро ощущается проблема электромагнитной совместимости ЭМС. На этом этапе возникают многочисленные задачи по обеспечению беспомеховой работы РЭС. К таким задачам можно отнести оценку степени обеспечения ЭМС при размещении РЭС на объектах и местности, прогнозирование ЭМС при перемещении РЭС и изменении условий их эксплуатации, отработку вариантов мероприятий по обеспечению ЭМС РЭС и т. д.

Это особенно актуально для мобильного комплекса информационного обеспечения, в составе которого предполагается использовать одновременно различные средства связи и телекоммуникаций: средства телевизионных съемок, обработки информации и монтажа телепрограммсредства мультимедийной спутниковой связи, состоящие из возимого и носимого комплектовсредства загоризонтной связисредства радиорелейной связисредства УКВ-радиосвязисредства телевизионного и радиовещания (система ШРД). Исходя из особенностей построения и организации связи средствами МКООПИ задача оценки его ЭМС с РЭС уже функционирующей группировки является очень важной и, несомненно, имеет место при создании рассматриваемого мобильного комплекса.

Исходя из того, что МКООПИ представляет собой сложную многомерную систему, следует необходимость системного рассмотрения, базирующегося на едином подходе ко всем его составным частям с учетом взаимного влияния друг на друга, в части обеспечения ЭМС, и на систему в целом. В связи с этим, для обеспечения конкурентоспособности изготовляемой продукции на внутреннем и внешнем рынке на промышленных предприятиях требуется создание систем управления процессами обеспечения ЭМС (менеджмента в области ЭМС), которая на промышленном предприятии должна являться составной частью системы менеджмента качества (СМК). Требования и рекомендации по разработке, внедрению, функционированию и контролю установлены в семействе стандартов ISO серии 9000. Данное семейство стандартов ISO 9000 регламентирует, прежде всего, комплекс необходимых организационных действий и мероприятий по менеджменту качества, не давая никаких количественных оценок и не учитывая скрытых резервов качества сложных и больших систем. Руководство комитетов ISO, понимая несовершенство такого отношения, основное внимание уделило рассмотрению процессов обеспечения качества. Основной задачей при этом является изменение идеологии процесса проектирования с включением методов проектирования с использованием системы менеджмента качества. На практике это предполагает использование системного подхода к обеспечению ЭМС изделий, начиная с ранних этапов жизненного цикла, а именно, при выборе их концепции построения, в ходе схемотехнического, конструкторского и технологического проектирования, а также в ходе процесса производства с учетом использования средств активного контроля.

Определенные успехи были достигнуты в решении задач обеспечения ЭМС различных ТКС, создании методов оценки электромагнитной обстановки (ЭМО) и ЭМС, методов разработки и гармонизации национальных и международных стандартов и технического регулирования. Большой вклад в области разработки методов, алгоритмов и программ, обеспечивающих выполнение требований ЭМС при проектировании ТКС, внесли отечественные ученые: Кечиев JI.H., Князев А. Д., Князь А. И., Гурвич И. С. и др.- в области разработки НТД: Кармашев B.C., Балюк Н. В. и др. Вопросам менеджмента в области ЭМС посвящены работы зарубежных ученых: Т. Уильямса, Д. Уайта и др.

В тоже время, сегодня в России отсутствует основной документ в области ЭМСрегламент по ЭМС. Это принципиально изменяет действующий в РФ порядок технического регулирования в области ЭМС, в соответствии с которым изготовители не несут ответственности за соответствие разрабатываемых и изготовляемых ТКС требованиям ЭМС, если эти требования не приведены в государственных стандартах или иных нормативных документах, имеющих обязательный характер. Проблема заключается в том, что на сегодняшний момент имеются документы (стандарты), регламентирующие требования ЭМС. Но при этом в РФ отсутствуют соответствующие документы, регламентирующие требования по порядку их реализации. Поэтому, сегодня главный конструктор решает сам, каким образом он будет обеспечивать выполнение требований по ЭМС, заложенные в ТЗ, при условии, что они вообще заданы. Но при этом у нас есть ограничения, которые также заложены в ТЗ — материальные ресурсы и сроки. Для выгоды предприятия и то, и другое должно быть минимальным. Эта самостоятельность дает главному конструктору свободу выбора, которая не связывает его конкретными способами и методами обеспечения ЭМС, но с другой стороны, не гарантирует, что ЭМС будет обеспечена при учете заданных ограничений. Именно все это и определило важность и практическую значимость решаемой в диссертации научно-технической задачи — обеспечение межсистемной электромагнитной совместимости МКООПИ, в том числе его подсистем, локализованных в ограниченном пространстве, с использованием системы менеджмента качества.

Целью настоящей диссертационной работы является повышение качества разработки радиоэлектронных средств и эффективного обеспечения межсистемной ЭМС мобильных комплексов оперативной обработки и передачи информации, в том числе его подсистем, локализованных в ограниченном пространстве, с использованием системы менеджмента качества при ограничении на временные, технические и финансовые ресурсы.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

— анализ методов обеспечения ЭМС при разработке РЭС;

— обоснование использования СМК для обеспечения ЭМС;

— выбор критериев эффективности обеспечения ЭМС МКООПИ с использованием СМК;

— обоснование алгоритма оценки электромагнитной обстановки (ЭМО) в местах предполагаемой дислокации МКООПИ;

— разработка методики оценки ЭМС МКООПИ с радиоэлектронными средствами, размещенными в заданном районе дислокации;

— разработка алгоритма реализации систематизированных мероприятий, обеспечивающих ЭМС при разработке РЭС с использованием СМК;

— разработка проекта стандарта организации, регламентирующего требования по порядку реализации, предъявляемых к продукции, требований по ЭМС.

На защиту выносятся:

1. Алгоритм реализации систематизированных мероприятий, обеспечивающих ЭМС при разработке РЭС;

2. Критерии эффективности обеспечения ЭМС МКООПИ с использованием СМК.

3. Требования к интегральному критерию качества элементов АФУ МКООПИ.

4. Алгоритм оценки электромагнитной обстановки в местах предполагаемой дислокации МКООПИ.

5. Методика обеспечения ЭМС МКООПИ с радиоэлектронными средствами, размещенными в заданном районе дислокации.

Основные научные результаты:

1.Проведено обоснование использования СМК для эффективного обеспечения ЭМС на всех этапах его ЖЦ.

2.Разработан алгоритм реализации систематизированных мероприятий по обеспечению ЭМС при разработке РЭС с использованием СМК.

3.Предложен комплексный подход к решению задачи ЭМС МКООПИ.

4. Разработан проект стандарта организации, регламентирующего требования по порядку реализации, предъявляемых к продукции, требований по эмс.

Практическая значимость результатов работы:

Использование полученных в работе результатов позволяет:

— обеспечить эффективное управление процессом разработки, производства и испытаний РЭС;

— снизить затраты и сократить сроки их разработки за счет более полного учета, существенно влияющих факторов;

— снизить объем последующих доработок, вызванных отсутствием требований ЭМС, на самых ранних этапах проектирования и систематизированных мероприятий, оформленных в виде проекта стандарта организации, регламентирующего порядок выполнения этих требований.

Реализация результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в ОКР «Агитпункт», выполненные при непосредственном участии автора, при разработке МКООПИ. Они нашли практическое применение на ряде предприятий при проектировании перспективных помехоустойчивых средств и устройств систем связи, а также реализованы при разработке мероприятий по обеспечению ЭМС элементов ТКС и в ТЗ на разработку новых перспективных помехоустойчивых видов аппаратуры (ООО «НИИИСТ»). Результаты внедрены в нормативные документы ФГУП «МНИРТИ» (СТП ИУЯШ 460 004.001−2003). Результаты также внедрены в учебный процесс МИЭМ на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы». Имеются 3 Акта внедрения.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в рецензируемых научно-технических журналах. Докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: 10-й Российской НТК по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности, 2008 г., г. Санкт-Петербург- 6-й международной конференции по информационным и телекоммуникационным технологиям в интеллектуальных системах, 2007 г., Грециямеждународной НТК «Инноватика -2007», г. Сочимеждународной НТК «Инноватика -2008», г. Сочи.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 1 статья в журнале из Перечня ВАК РФ.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 78 наименований. Основной текст диссертации изложен на 154 страницах и содержит 39 рисунков и 33 таблицы.

Выводы по главе.

В четвертой главе проводится оценка эффективности функционирования мобильных радиоэлектронных комплексов, которая в значительной степени определяется качеством разработки и изготовления используемых в них АФУ. Перечислены последствия отказа или частичной деградации характеристик АФУ. Во избежание последствий обосновывается использование системной методологии обеспечения эксплуатационной стабильности АФУ на ранних этапах жизненного цикла, а именно при выборе концепции построения АФУ, в ходе его схемотехнического, конструкторского и технологического проектирования, а также в ходе процесса производства АФУ с учетом использования средств активного контроля. Устойчивость антенных устройств мобильных радиоэлектронных комплексов по отношению к возмущающим факторам означает наделение создаваемых устройств свойствами структурно-функциональной целостности. Создание таких антенных устройств основано на системной методологии обеспечения их качества при выборе концепции их построения. Наиболее эффективными инструментами такого подхода являются интенсивно разрабатываемые в последнее время методы СМК. Для АФУ, которые присутствуют в МКООПИ, предложен подход к обеспечению их эффективного функционирования, позволяющий на основе многоуровневого модельного представления создавать системы, технические средства и устройства с заданными системными свойствами, а именно: формализация АФУ МКООПИ с использованием СМК достигается для полного жизненного цикла путем их многоуровневого представления, структурирования элементов описания, декомпозицией оптимизационных и информационных моделей. Разработанные методы и модели обеспечивают формирование и выбор вариантов АФУ с требуемыми показателями качества изделия.

Обосновано, что такое описание АФУ МКООПИ представляет широкие возможности гибкого покрытия локальных целей и создает необходимые условия для декомпозиции, как более структурированного подхода. Декомпозиция указанной модели осуществляется как «по вертикали», так и «по горизонтали», описание которых приведено в диссертации.

При многоуровневом представлении антенных устройств мобильных комплексов возникает последовательность моделей, свойственная методу структурирования функции качества. Использование методов СФК основано на едином руководстве маркетингом, проектированием и производством.

Обосновано, что СФК реализуется на основе последовательности 4 документов: плановая матрица, которая переводит запросы потребителя в контрольные характеристики-двойникиматрица структурирования характеристик продукции, которая переводит выходные данные плановой матрицы в характеристики продукции на предыдущих этапах, т. е. задает требования к продукции вточках контроля при проектировании и производствеплан процесса и контрольные карты, предусматривающие планируемые характеристики и средства их контролятехнологические инструкции, основанные на параметрах продукции или процесса и определяющие те операции, которые надо проводить персоналу при измерениях в точках контроля. Описание этих документов приведено в диссертации.

Обосновывается выбор интегрального критерия качества и сформулированы основные требования к интегральному критерию качества элементов АФУ МКООПИ. В рамках обеспечения качества АФУ МКООПИ, рассмотрены те особенности систем, которые определяют изменение интегрального критерия качества (ИКК) при их функционировании. В данном случае это ЭМС. В ТКС нарушения в каналах связи, вызванные сбоями или отказами в антенных устройствах или в линии связи, могут привести к снижению скорости обмена управляющей информацией и данными, к уменьшению достоверности контроля и эффективности управления. Формирование интегрального критерия применительно к АФУ МКООПИ составляет самостоятельную проблему, поскольку практически все радиотехнические характеристики антенного устройства определяются точностью воспроизведения заданных геометрических размеров и форм элементов конструкции и их взаимного расположения. Выявлено, что при невозможности применения одного критерия из множества частных критериев образуется векторный критерий.

Критический параметр, критический уровень.

Требования ТЗ.

Требования по радиоэлектронной защите.

Требования ЭМС.

Последствия.

Увеличение н 1: стоимости, времени, ШТРАФЫ.

Требования для источников помех.

Требования для уязвимых устройств.

— программа и методики испытаний;

— математический аппарат;

— экспериментальный ' аппарат.

Испытания И макетов.

Испытания макетов.

00 и ПИ ¾.

Опытное ПИЪ ги производство ¿-к.

Лшии3 причин I порычи пш. им ф.ЧО" I и I' |.

Рис. 4.13. Детальное представление алгоритма реализации систематизированных мероприятий обеспечения ЭМС при разработке РЭС с использованием СМК.

Решение многокритериальной задачи определяется условием: для каждого из частных критериев должно быть достигнуто экстремальное значение. На основании всех полученных в работе результатов разработан алгоритм реализации систематизированных мероприятий по обеспечению ЭМС РЭС, который позволяет эффективно обеспечить межсистемную ЭМС МКООПИ с использованием СМК при ограничении на временные, технические и финансовые ресурсы, что в свою очередь повышает качество и эффективность разработки ТКС. Полученные результаты легли в основу проекта'" стандарта предприятия, регламентирующего требования по порядку реализации, предъявленных к РЭС требований по ЭМС.

Заключение

.

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие наиболее значимые научные и практические результаты:

1. Проведен анализ методов обеспечения ЭМС ТКС, который показал, что на сегодняшний день вопросы обеспечения межсистемной ЭМС мобильных комплексов отражены слабо, в связи с чем назрела необходимость разработки эффективных подходов к обеспечению их межсистемной ЭМС, особенно подсистем, локализованных в ограниченном пространстве.

2. Проведено обоснование использования СМК для эффективного обеспечения ЭМС на всех этапах ЖЦ продукции.

3. Предложен комплексный подход к решению задачи ЭМС МКООПИ, на основе учета характеристик ЭМС всех составляющих элементов изделия (в том числе и покупаемых) на всех этапах ЖЦ.

4. Разработан алгоритм реализации систематизированных мероприятий по обеспечению ЭМС при разработке ТКС с использованием СМК, который позволяет эффективно обеспечить межсистемную ЭМС МКООПИ с использованием СМК при ограничении на временные, технические и финансовые ресурсы, что в свою очередь повышает качество разработки РЭС.

5. Обоснован выбор критериев эффективности обеспечения ЭМС МКООПИ с использованием СМК.

6. Обоснован выбор интегрального критерия качества, который позволяет оценивать эффект целевого функционирования, а его показатели обладают свойствами измеримости, полноты и достоверности. Сформулированы основные требования к ИКК элементов АФУ МКООПИ.

7. Предложен алгоритм оценки ЭМО в районах размещения МКООПИ, позволяющий проводить оценку ЭМО в рамках предполагаемого района размещения МКООПИ для всех средств дислоцируемых в нем, а также проводить оценку ЭМО для средств связи МКООПИ при размещении его в конкретной территориальной позиции.

8. Предложена методика оценки условий ЭМС МКООПИ с радиоэлектронными средствами, размещенными в заданном районе размещения, которая может быть применена как при проектировании РЭС, так и в ходе эксплуатации и, которая предусматривает обеспечение беспомеховой работы информационных радиоэлектронных средств в районах их размещения в условиях сложной электромагнитной обстановки.

9. Разработан проект стандарта организации, регламентирующий требования по порядку реализации, предъявляемых к продукции, требований по ЭМС.