Современная электроника -№5, 2022

Реклама



ЖУРНАЛ Здравствуйте, уважаемые друзья! Журнал «Современная электроника» Издаётся с 2004 года Невиданные доселе санкции, развёрнутые Западом против нашей страны, действуют вот уже более 100 дней. Многие Главный редактор Ю. В. Широков рестрикции болезненно ударили именно по высокотехно- Заместитель главного редактора логичным отраслям отечественной экономики, таким как А. В. Малыгин микро- и радиоэлектроника. Но первоначальная паника Редакционная коллегия А. Е. Балакирев, отечественных производителей и поставщиков поутихла; В. К. Жданкин, С. А. Сорокин, Д. А. Кабачник, всем стало понятно, что новая реальность, в которой нам Р. Х. Хакимов теперь жить, – это надолго. Начинают создаваться альтер- Вёрстка А. М. Бабийчук нативные каналы поставок, происходит тотальная перео- Обложка Д. В. Юсим риентация на азиатско-китайский рынок. Насколько болез- Распространение А. Б. Хамидова ([email protected]) ненными будут эти процессы, и удастся ли добиться успеха Реклама И. Е. Савина ([email protected]) в итоге, не потеряв, а, в идеале, нарастив техническую и технологическую мощь, так необходимую стране для обе- Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» спечения суверенитета? «Современная электроника» стре- Генеральный директор К. В. Седов мится быть в курсе самых важных событий отечественного Адрес учредителя и издателя: IT-рынка и с удовольствием делится с вами собранной по 117279, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 108, крупицам ценной информацией. пом/ком/эт I/67/тех Почтовый адрес: 117437, г. Москва, Заходите на наш YouTube-канал, там, как всегда, вы найдёте Профсоюзная ул., 108 много новых роликов на самые актуальные темы! Смотри- Тел.: (495) 232-00-87 те наши репортажи и делитесь ссылками на них со своими [email protected] • www.soel.ru коллегами и деловыми партнёрами! Производственно-практический журнал Мы рады, что вы по-прежнему с нами! Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. Цена свободная Всего вам доброго! Журнал зарегистрирован в Федеральной Юрий Широков, главный редактор службе по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия (свидетельство ПИ № ФС77-18792 от 28 октября 2004 г.) Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес-центр Вэлдан. Тел./факс: (499) 903-69-52 Перепечатка материалов допускается только с письменного разрешения редакции. Ответственность за содержание рекламы несут рекламодатели. Ответственность за содержание статей несут авторы. Материалы, переданные редакции, не рецен- зируются и не возвращаются. Мнение редакции не обязательно совпадает с мнением авторов. Все упомянутые в публикациях журнала наименования продукции и товарные знаки являются собственностью соответствующих владельцев. © СТА-ПРЕСС, 2022 ЧИТАЙТЕ ЖУРНАЛ в ЭЛЕКТРОННОЙ ВЕРСИИ на сайте soel.ru после простой регистрации и в ПЕЧАТНОЙ ВЕРСИИ по подписке 2 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

СОДЕРЖАНИЕ 5/2022 Р Е К Л А М О Д А Т Е Л И РЫНОК 4 Новости российского рынка IETC Electronics· · · · · · · · · 1-я стр. обл., 4 КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ AVD Systems · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 8 Как избежать в условиях санкций технологического «суицида» в отечественной электронике? Александр Гордеев МОРИОН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОНИИП · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·53 Остек-СМТ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 12 Электросамолёты. Что нас ждёт? ПЛАНАР · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 СИММЕТРОН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 Андрей Кашкаров ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 18 О необходимости подавления помех, возникающих в цепях цифровых систем при работе электромагнитных реле большой мощности Илья Струков 22 Инфракрасный радар-парковщик Александр Одинец 24 ЗУ для Li-Ion АКБ 6F22 («Крона») Сергей Глибин ТЕСТПРИБОР · · 2-я стр. обл., 4-я стр. обл. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭРКОН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 26 Разработка автоматизированной системы управления балансировкой шлифовальных кругов на основе цифрового двойника Елизавета Каширская, Аслиддин Назриев 30 Прикладное применение комплексных нейронных сетей Сергей Куликов 33 Цифровизация натурного эксперимента Елизавета Каширская 36 Новейшие кварцевые генераторы с высокой кратковременной стабильностью и особенности их применения Юрий Иванов, Аркадий Никонов 42 Прогнозирование времени отказа оборудования технологического процесса с помощью искусственной нейронной сети Имад Хамамех 46 Проектирование информационно-управляющей системы анализа статистических данных функционирования производственной системы Елизавета Каширская, Елена Воробьёва 48 Прогнозирование состояния технологического процесса Андрей Бриллиантов ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 52 Высокоизбирательные перестраиваемые фильтры Андрей Яковлев, Александр Тюменцев 54 Метод брянских партизан Александр Цуприков 58 Ионизирующие излучения и их воздействие на полупроводниковые материалы (по данным литературных источников). Часть 1 Оксана Вовк, Михаил Марченко, Владимир Соколов СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 3

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ВЫХОД ЕСТЬ ВСЕГДА ● AIPU DC-DC /AC-DC преобразователи – за- К вашим услугам: мена Aimtec, Traco, Peak, MW, BEL и т.д.; ● внутрироссийский контракт, гарантия на В апреле 2022 года на выставке «ExpoElectronica 2022» «ЕТС ЭЛЕКТРО- ● GOOSVN-разъёмы – замена Molex, товар 12 мес.; НИКС» заявила, что одним из преимуществ Amphenol, Weidmuller, WAGO и т.д.; ● таможенная очистка; компании является качественная и финан- ● прямая поставка без посредников; сово доступная собственная брендовая ли- ● CountyTongling реле – замена TE ● возможность консолидации грузов от дру- нейка ЭК, антенн и разъёмов взамен не- Connectivity; доступных из-за санкций производителей. гих поставщиков в Китае; Сейчас, когда рынок дистрибьюторов из- ● MDD защитные диоды – замена IR, ● дистрибьюторские линейки и поддержка вестных брэндов в России практически ис- Littelfuse, IXUS; чез, а партнёры из Китая опасаются вторич- на этапах разработки; ных санкций, одним из ценнейших качеств, ● Dongguan – SMD, DIP-конденсаторы AVX, ● грамотно построенная логистика позволит которыми должен обладать поставщик им- Murata. портных электронных компонентов, стала получить ваш заказ в кратчайшие сроки. гибкость логистических цепочек. Мы явля- Нет ничего ДОРОЖЕ, чем надёжный по- емся дистрибьюторами таких брендов, как: ставщик! www.etcelectronics.ru +7(495)190-60-90 +7(495)227-37-75 БЫСТРОРАЗЪЁМНЫЕ тичных кабельных вводов и разъёмов, пере- ся из алюминия, нержавеющей стали и ни- несла свой опыт на производство быстроразъ- келированной латуни. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ ёмных гидравлических соединителей. В случае если недостаточно стандартных ва- BEISIT Кроме электронной промышленности БРС риантов, возможно изготовление БРС под заказ. имеют большое распространение в системах Новинка компании Beisit – быстроразъ- кондиционирования и вентиляции, в гидрав- Для заказа доступны все соединители, ёмные гидравлические соединители (БРС). лических системах авто- и ж.-д. транспорта, представленные в каталогах, возможна по- в авиационной промышленности. ставка образцов. В современной электронной технике всё острее встаёт вопрос отведения тепла. Вслед БРС Beisit представлены в самых востре- www.symmetron.ru за увеличением рабочих частот и количе- бованных типах соединения, изготавливают- +7 (495) 961-2020 ства ядер электронных компонентов растёт +7 (812) 449-4000 и тепловыделение. Наиболее эффективным способом отвода тепла являются системы с жидкостным охлаждением. Они широко при- меняются в серверных, вычислительных цен- трах и в радиаторах IGBT-модулей. Надёжность систем жидкостного охлажде- ния напрямую зависит от качества комплек- тующих, главным образом, соединительных элементов. Компания Beisit, будучи экспертом в области изготовления качественных герме- МАЛОГАБАРИТНЫЕ РУБИДИЕВЫЕ За это время было произведено более дарты частоты внесены в Госреестр СИ под СТАНДАРТЫ ЧАСТОТЫ FE-5650А 5 тысяч рубидиевых стандартов частоты, номерами 85258-22 и 85318-22. И FE-5680А ОТ АО «МОРИОН» при этом АО «Морион» ведёт непрерывную работу по замещению импортных компо- Всю дополнительную информацию по АО «Морион» (Санкт-Петербург) являет- нентов, используемых в данных изделиях, данным изделиям можно узнать по теле- ся ведущим предприятием России и одним на отечественные аналоги, доля которых фону +7 812 350 7572, а также на сайте из мировых лидеров в области разработки и на сегодняшний день составляет уже более www.morion.com.ru. серийного производства пьезоэлектронных 70%. Данные стандарты частоты успешно приборов и рубидиевых стандартов частоты. применяются как функциональная замена следующих изделий импортного производ- К началу 2022 года предприятие увеличило ства: LPFRS, LCR-900, SRO-100 (Spectratime, мощность производства малогабаритных руби- Швейцария), PRS10 (SRS – Stanford Research диевых стандартов частоты FE-5650A (ГЖКД Systems, США), XPRO (Microsemi/Microchip, 468753.001 ТУ) и FE-5680A (ГЖКД 468753.002 США) и других моделей. Рубидиевые стан- ТУ) до 2000 штук в год, их полный цикл произ- водства ведётся на АО «Морион» с 2015 года. 4 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

РЫНОК На правах рекламы НОВИНКА! МОЩНЫЕ ПЛАНАРНЫЕ Исполнение 1 Исполнение 2 СВЧ-АТТЕНЮАТОРЫ ПР1-22 ● КСВН, не более: 1,25; Возможно изготовление аттенюаторов АО «НПО «ЭРКОН» предлагает мощ- ● номинальное сопротивление входа/вы- с другими номинальными ослаблениями. ные планарные СВЧ-аттенюаторы фланцевого и бесфланцевого испол- хода, Ом: 50; Более подробная информация о новин- нений типа ПР1-22 для работы с те- ● диапазон рабочих температур, °С: от –60 ках и серийно выпускаемой продукции пред- плоотводом. Выпускаются в двух ис- ставлена на сайте www.erkon-nn.ru. полнениях 10 Вт (исполнение 1) и 50 Вт до +150. (исполнение 2). Основные характеристики: ● ослабление на постоянном токе, Аном, дБ: 3, 6, 15, 30; ● допускаемое отклонение ослабления ΔА, дБ: 0,6...1,5; ● рабочий диапазон частот, ГГц: до 2; ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР Средства статического анализа AbsInt ● времени исполнения наихудшего случая СТЕКА ABSINT STACKANALYZER поддерживают широкий спектр микропро- WCET ПО многоядерных процессоров; цессоров и микроконтроллеров, применяе- ПОДДЕРЖИВАЕТ АРХИТЕКТУРЫ мых в ответственных встроенных системах. ● Astree – анализатор исходного C/С++ ко- Все анализаторы AbsInt сопровождаются да для доказательства отсутствия run-time MIPS32 И RISC-V комплектом квалификационной документа- ошибок и состязаний за данные. ции QSK (Qualification Support Kit), что по- Анализаторы компании AbsInt разра- Компания AbsInt, производитель средств зволяет использовать их как инструменты статического (по коду программы) анализа ха- для сертификации по стандартам функци- ботаны с использованием математиче- рактеристик программного обеспечения кри- ональной безопасности DO-178С (авиони- ского аппарата абстрактной интерпре- тически важных встраиваемых компьютерных ка), ISO 26262 (автоэлектроника), IEC 61508 тации (Abstract Interpretation), отсюда и систем, выпустила новую версию анализатора (промышленные системы управления) и др. название компании. Все продукты AbsInt стека StackAnalyzer, поддерживающую микро- доступны для 30-дневного тест-драйва. процессорные архитектуры MIPS32 и RISC-V. Другие анализаторы AbsInt: Дистрибьютор компании AbsInt в России – ● aiT – анализатор бинарного кода для компания «АВД Системы», поставщик Статический анализатор бинарного про- средств разработки программного обе- граммного кода StackAnalyzer предназначен расчёта времени исполнения наихудше- спечения критически важных для безо- для доказательства отсутствия ситуаций пе- го случая WCET (Worst Case Execution пасности сертифицируемых встраива- реполнения стека, которые могут привести Time) ПО одноядерных процессоров; емых компьютерных систем. «Миром к некорректному функционированию крити- ● TimeWeaver – анализатор бинарного кода управляет ПО». ческих систем управления и создать угрозу и трассы инструкций для оценки; жизни и здоровью людей или нанести зна- www.avdsys.ru/absint чительный экономический ущерб. ИМПУЛЬСНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ сигнала в паузе составляет 80 дБ. Опция Два генератора видеоимпульсов мо- С АНАЛИЗАТОРОМ S50180 работает во всём диапазоне частот при- гут быть использованы для управления ПЛАНАР бора, от 10 МГц до 18 ГГц. внутренними модуляторами и внешни- ми устройствами (например, модулято- Анализ СВЧ-компонентов, узлов и из- Максимальная полоса анализа S50180 рами питания), так как оба могут быть делий в импульсном режиме – распро- выведены на BNC-разъёмы прибора. странённая измерительная задача. По равна 300 кГц, что позволяет наблюдать Конфигурируется задержка запуска умолчанию в приборах ООО «ПЛАНАР» профиль импульсов с фронтом нарастания генераторов друг относительно друга. доступны узкополосное и широкополос- от 4 мкс. При этом доступны как измерения Поддерживается схема с внешними ис- ное детектирование радиоимпульсов при S-параметров, так и абсолютные показания точниками запуска и модулирующих ви- измерении S-параметров и волновых ве- мощности на входе каждого из опорных и деоимпульсов. личин. Теперь анализатор цепей S50180 измерительных приёмников. компании ООО «ПЛАНАР» может быть Опция «ПР-001» позволит проводить модернизирован для расширенной под- измерения параметров устройств, кри- держки импульсных измерений. С опцией тичных к нагреву, а также изделий, для «ПР-001» в приборе доступны импульс- которых импульсный режим работы яв- ные модуляторы в обоих портах со време- ляется штатным. Планируется поддерж- нем нарастания 50 нс, два вспомогатель- ка импульсных измерений в других ана- ных генератора видеоимпульсов и анализ лизаторах цепей серий «Компакт» и профиля радиоимпульсов в программном «Кобальт». обеспечении анализатора с дискретиза- цией по времени от 2 мкс. Подавление www.planarchel.ru +7 (351) 729-97-77 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 5

РЫНОК На правах рекламы СОБЫТИЯ «ОСТЕК-СМТ» ПРЕДСТАВИЛ ству – от участка автоматизированного хра- глашаем руководителей сборочно-монтаж- нения компонентов до финальных этапов ных производств своими глазами увидеть ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО контроля качества и финишной сборки. На производство мирового уровня и совер- МИРОВОГО УРОВНЯ макете также были представлены умные ра- шить индивидуальную экскурсию по не- бочие места, диспетчерский центр, зона об- му. Для этого свяжитесь со специалиста- На выставке «ЭлектронТехЭкспо», ко- учения персонала. ми «Остек-СМТ». торая прошла с 12 по 14 апреля в Москве, «Остек-СМТ» представил новинку, не име- В данный момент 3D-макет размещён +7 495 788 44 41 ющую аналогов среди конкурентов, – циф- в демозале «Остек-СМТ» в Москве. При- [email protected] ровое сборочно-монтажное производство мирового уровня. На стенде оно было пре- зентовано в виде большого интерактивно- го 3D-макета. Цифровое производство мирового уров- ня – это комплексное решение, учитываю- щее новые технологические требования и тенденции конструирования передовой тех- ники и позволяющее добиться максималь- ной эффективности предприятия благода- ря цифровым технологиям. Концепция производства мирового уров- ня вызвала большой интерес среди гостей и участников выставки. Многие руководите- ли производств были крайне заинтересова- ны как в модернизации существующего, так и в планировании будущего производства. Любой из посетителей выставки мог как лично, так и в составе экскурсионной груп- пы виртуально пройти по умному производ- Реклама 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

РЫНОК На правах рекламы НОВОСТИ МИРА КИБЕРЗАЩИТА УДАРИЛА те, говорит руководитель отдела развития фических процессорах (GPU) в квантовые бизнеса «Solar Интеграция» компании «РТК- системы, а также над упрощением создания ПО БЮДЖЕТАМ Солар» Екатерина Сюртукова. квантовых алгоритмов. И сегодня NVIDIA Каждая пятая компания в России стол- анонсировала новые шаги на этом пути. Для аппаратных платформ, которые со- кнулась с ростом цен на российские реше- бираются в РФ, также требуются иностран- Компания NVIDIA некоторое время ния для кибербезопасности более чем на ные компоненты, отмечает она: «Россий- назад представила набор инструментов 20%, выяснили в «Ростелеком-Солар». При ские производители не могут обеспечить cuQuantum, который позволяет модели- этом почти половина заказчиков жалуется требуемый рынку объём поставок». ровать работу алгоритмов для кванто- на задержки поставок. Участники рынка ут- вых процессоров на графических про- верждают, что проблема по большей части В «Лаборатории Касперского» поясни- цессорах NVIDIA A100, а точнее на их на стороне самих клиентов: им не хвата- ли, что поставщики ИБ вынуждены искать тензорных ядрах. Это упростило вход в ет вычислительных мощностей для перехо- обходные решения и в ряде случаев про- мир квантовых вычислений. cuQuantum, да на российские решения. Для некоторых думывать «компенсирующие меры», кото- в частности, доступна всем желающим в средств защиты также требуются иностран- рые позволят сохранить приемлемый уро- составе облака AWS. Теперь NVIDIA на- ные комплектующие. Поставщики обеща- вень защиты: «Например, устанавливать ПО мерена объединить квантовые и класси- ют «скорректировать» цены по мере реше- на оборудование, которое перестало обнов- ческие системы. ния логистических проблем. ляться». В компании заверили, что цены не поднимали. Для этого NVIDIA хочет создать интер- «Ъ» ознакомился с исследованием ком- фейс с малой задержкой, который позво- пании «Ростелеком-Солар», посвящённым Собеседник «Ъ» на ИБ-рынке рассказал, лит связать её ускорители вычислений и переходу российских компаний на отече- что сейчас многие заказчики просят вместе квантовые процессоры (QPU). Это позво- ственные решения в сфере обеспечения ки- с софтом поставить и «железо»: «если это лит квантовым компьютерам использовать бербезопасности в связи с уходом иностран- невозможно, проекты по внедрению часто мощный потенциал параллельных вычис- ных поставщиков. откладываются по инициативе самого за- лений GPU для решения классических за- казчика, пока он не найдёт необходимые дач. В частности, предлагается задейство- Согласно результатам опроса, в котором мощности». Многие проекты останавлива- вать их для оптимизации схем, калибровки приняли участие более ста организаций как ются, потому что у заказчиков нет сервер- и исправления ошибок. Графические про- коммерческого, так и государственного сек- ных мощностей, а закупать новое обору- цессоры могут сократить время выполне- тора, 58% заказчиков столкнулись с ростом дование затратно и долго, подтверждает ния этих задач и уменьшить задержку при стоимости отечественных средств защиты гендиректор «СерчИнформ» Сергей Оже- связи между классическими и квантовыми более чем на 20% с марта. гов. компьютерами, которая является основным узким местом для современных гибридных При этом 46% опрошенных говорят о за- Цены на решения в области кибербезо- квантовых систем. держках поставок, 9% – о существенном пасности также могут корректироваться увеличении сроков и 8% – что поставщи- в зависимости от наличия необходимого Также NVIDIA считает, что отрасли кван- ки вообще отказываются их гарантировать. оборудования, считает руководитель от- товых вычислений нужна унифицированная дела технологической экспертизы Softline модель программирования с эффективны- При этом 84% заказчиков в 2023 году пла- Денис Чигин. ми и простыми в использовании инстру- нируют перейти на российские средства за- ментами. Сегодня для программирования щиты: антивирусное ПО, VPN-шлюзы, систе- Если госсектор и крупные корпорации, QPU исследователи вынуждены использо- мы защиты веб-приложений, баз данных и несмотря на рост цен, могут позволить се- вать квантовый эквивалент низкоуровнево- др. Сейчас у половины коммерческих ор- бе использовать отечественные продукты го ассемблерного кода, что находится за ганизаций (51%) доля отечественного ИБ- для обеспечения защиты, то в сегменте ма- пределами возможностей многих учёных. софта составляет лишь 15%. В госсекторе лого и среднего бизнеса этот тренд может Кроме того, сейчас нет единой модели про- у каждой третьей компании (33%) на рос- привести к снижению спроса, отмечает тех- граммирования и компилятора, которые по- сийские средства защиты приходится уже нический директор RuSIEM Антон Фишман. зволили бы выполнять один и тот же алго- более 60% установок, отмечается в иссле- Такие компании и раньше пренебрегали за- ритм на любом QPU. довании. купкой новых ИБ-решений из экономии, а в условиях кризиса они будут направлять NVIDIA намерена предложить набор ин- После начала военных действий РФ на средства в целом на сохранение работы: струментов, который позволит учёным легко Украине 24 февраля многие иностранные «В результате для небольших и средних воплощать свои квантовые алгоритмы сна- вендоры ПО покинули российский рынок компаний угрозы информационной безо- чала на смоделированных QPU, а затем на и остановили поддержку продуктов. Так, пасности вырастут». реальных. Для этого нужен компилятор, по- в частности, за последние три месяца из зволяющий работать в обеих средах. Бла- России ушли поставщики ИБ-решений IBM, www.kommersant.ru годаря сочетанию инструментов для моде- Imperva, Cisco, Fortinet, Microsoft, Norton, лирования квантовых вычислений на GPU, Avast и др. О своем уходе заявили и по- NVIDIA НАМЕРЕНА ОБЪЕДИНИТЬ а также унифицированной модели програм- ставщики оборудования, например, Dell мирования и компилятора, исследователи и HP. КЛАССИЧЕСКИЕ И КВАНТОВЫЕ получат возможность приступить к созда- КОМПЬЮТЕРЫ нию гибридных квантовых центров обработ- Дело в том, что решения по кибербезо- ки данных, считает NVIDIA. пасности поставляются либо в виде про- NVIDIA продвигает идею объедине- граммно-аппаратных платформ, либо в виде ния элементов квантовых и классических www.russianelectronics.ru софта, для которого в любом случае требу- компьютеров для ускорения вычислений. ются мощности, например, серверы или си- В частности, компания работает над внедре- стемы хранения, которые сейчас в дефици- нием своих ускорителей вычислений на гра- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 7

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ Как избежать в условиях санкций технологического «суицида» в отечественной электронике? Александр Гордеев (г. Ульяновск) водством бездислокационного кремния зонной плавки ∅150 мм (НИИП, г. Лыт- Правительство РФ в ускоренном порядке подготовило концепцию нового карино), нет монокристаллов – слитков национального проекта в области электроники с предполагаемым карбида кремния, плохо обстоят дела с выделением на его реализацию 3,19 трлн руб. и на «технологический эпитаксией кремния (отсутствие каче- продукт» – 1,14 трлн руб. (~$14,25 млрд) в частности. Работа ственных моно- и дихлорсиланов), да и запланирована по четырём направлениям: продукт, инфраструктура, в выращивании эпитаксиальных гете- спрос, кадры. рослоев AIIIBV, AIVBIV/AIV, AIIIBVI множество В СМИ отмечается, что программа по реинжинирингу зарубежных проблем. решений и по переносу «зарубежного производства» в РФ и на соседнюю территорию, а также созданию нового электронного Появляется потенциальная угроза машиностроения с достижением целей по 100% импортозамещению по производству фотошаблонов с маски- всем направлениям электроники должна быть выполнена к 2024 году. рующими слоями из-за отсутствия В 2024 году также планируется завершить формирование продуктового фотостекла. портфеля российских технологий. Одной из приоритетных целей является серийный выпуск отечественных микропроцессоров по Проблем много. И в условиях жесто- технологии 28 нанометров, т.е. на технологическом уровне 2010 года чайшего санкционного прессинга таких фирм, как Intel, IBM, Samsung, TSMC. необходимо переосмыслить страте- Напомню, что в современных смартфонах Samsung и Applе, имеющихся гию развития электронной отрасли на российском рынке, используются чипсеты с технологией РФ, начиная со срочных законода- 5 нанометров, и что к 2030 году в смартфонах и айфонах будут тельных актов по структурной пере- использоваться 1–3-нанометровые микропроцессоры. стройке отрасли, т.е. через создание МЭП РФ (в правительстве зародилась I. Рынок II. Оценка технологического такая здоровая идея), включая выяв- уровня отечественной ление критически важных технологи- Мировой рынок полупроводников в электроники ческих прорывных технологий с эле- текущем году превысит $450 млрд, из ментами национальной монополии в них ~70% приходится на цифровые Серийный уровень – 95 нм отдельных сегментах мирового рынка, системы, ~8% – на силовую электрони- («Микрон»); уровень разработок – 65 нм а также кадровую безопасность. ку, ~6–7% – на СВЧ-приборостроение, («Микрон»); 40 нм (НИИ СВЧ РАН). около 5% – на фотонику и оптоэлек- III. Стратегия развития тронику. Этого, в принципе, достаточно для вновь создаваемых оборонительных Что такое «стратегия» в нашем вос- Рынок конечных электронных систем и систем из-за «интерфейсного» поль- приятии? «Искусство побеждать» или устройств колеблется между $1,5…2,0 трлн зователя и уровня его реакции (напри- что-то другое, свойственное только (эквивалент ВВП РФ), в частности, смарт- мер, в боевой авиации). Ниже 100 нм нам? фонов – около $400 млрд. резко снижается радиационная стой- кость цифровых и аналоговых прибо- Принятые и утверждённые «Страте- Драйверами полупроводникового ров, возрастает риск сбоев от ЭМИ- и гия развития электронной промыш- производства являются терагерцовые РЭБ-факторов. ленности России на период до 2025 гг.» цифровые сети, 6G (GSM), искусствен- (август 2007 г.), ФЦП «Развитие элек- ный интеллект, электроавтопром, бес- Россия обладает единичными экзем- тронной компонентной базы и ради- пилотники, квантовая медицина, бан- плярами зарубежных литографов с раз- оэлектроники на 2008–2015 гг.» (поста- ковский безлюдный сектор, системы решением до 10 нанометров. новление Правительства России от безопасности, военная электроника, 26.10.2007 № 809), позже «Программа зелёная энергетика. Но следует понимать, что возник- импортозамещения», Приказ Минпром- ли огромные технологические труд- торга от 31.03.2015 № 662 не достигли Доля России на мировом рынке в ности в масочной фотолитографии, запланированных показателей. И, как 2020 году составляла ~0,4%, в 2022 году в частности, отсутствие высокочув- итог, вице-премьер Ю.И. Борисов на (по прогнозу) она снизится до 0,25%. ствительных к электронному пучку конференции «Электроника в России: На сегодня нам закрыт импорт техно- резистов (ПММА), без чего 65 или даже будущее отрасли» в Москве в декабре логического оборудования, запчастей, 40 нанометров реализовать невозмож- 2019 г. подчеркнул: «…Мы даже не при- материалов (в частности, кремния диа- но, поскольку качественного отече- сутствуем в мировой статистике». метром 200 мм и выше), электронных ственного производства нет. резистов (ПММА), химии, прекурсо- Утверждённая новая «Стратегия раз- ров, корпусных деталей, испытатель- У нас нет не только производства моно- вития электронной промышленности ного оборудования и др. кристаллического кремния ∅200 мм, Российской Федерации на период до но и присутствуют проблемы с произ- 2030 года» от 17.01.2020 № 20-р имеет 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ потолочный параметр (выдержка из 3. В новой Программе необходимо работан проект «Центр экстремальной стратегии): «Разработка изделий по обозначить цели и задачи с дости- электроники, фотоники и фонони- кремниевой технологии с топологи- жением надмирового уровня, с опе- ки», который (по моей версии) может ческой нормой 5 нм с последующим режением на 5–7 лет технологиче- являться основой программы опере- выпуском изделий на их основе на зару- ских достижений стран G7 и Китая жения мирового уровня – «Ответка-Э». бежных фабриках и переносом про- (без таких целей говорить о держав- Проект направлен губернатору Улья- изводств в Российскую Федерацию…» ности, гарантиях и прочности наци- новской области А.Ю. Русских на пред- (необходимо отметить, что промыш- ональной безопасности просто бес- мет анализа возможности создания с ленное производство 5-нанометровых смысленно). участием Правительства РФ в Левобе- микропроцессоров на фирмах TSMC, режье г. Ульяновска новой электрон- Samsung налажено в 2019 году). 4. «Сквозные»проектыМ.В.Мишустина– ной Приволжской технологической это идеологическая и практическая долины с потенциалом, превосходя- Выводы по целям и задачам Новой находка, но их необходимо увязать щим известную Силиконовую долину стратегии может сделать каждый с программой развития отечествен- в Калифорнии (США). (в зависимости от степени профессио- ной экстремальной электроники, фо- нализма в электронной отрасли). тоники и фононики, опережающей Проект также представлен на анализ мировой уровень, т.е. сделать их кон- в АО «Концерн радиостроения «Вега» В январе 2020 года Ю.И. Борисов под- курентоспособными или, во многих (фактически являющегося модерато- черкнул необходимость строительства случаях, внеконкурентными на ми- ром одного из важнейших сегментов двух новых фабрик мирового класса. ровом рынке, т.е. создать предпосыл- проекта). Концерн «Вега», обладающий Уместно отметить, что 5-нанометро- ки для разработки «Программы им- одним из лучших в Европе технологи- вая технология стоит никак не меньше портозамещения» уже в обратном ческим участком 3D-сборки для радио- $15 млрд, а разрабатываемая в настоящее порядке для Нового и Старого Света. фотоники, планировал выполнить на время 3-нанометровая топологическая основе LPE GaAs глубокую модерниза- технология – от $20 млрд. К 2025 году 5. Заменить идеологию и стратегию цию комплекса ДРЛО. Большой инте- TSMC планирует взять рубеж до 1 нано- импортозамещения на идеологию рес к проекту есть также в КТРВ, Центре метра (т.е. от 200 млрд транзисторов национального лидерства в важ- поддержки инвестиционных проек- на один чип). К 2030 году TSMC освоит нейших технологических сегментах тов МГТУ им. Н.Э. Баумана. Часть про- субнаноразмерность в 3D MOSFET, т.е. мирового рынка, в том числе через екта была представлена на Междуна- соразмерность с постоянной решётки, создание мощного пакета интеллек- родном военно-техническом форуме предположим, GaAs (0,56 нм), с веро- туальной собственности (напомним, «Армия-2021» в Кубинке под патрона- ятностью объёма инвестиций около что иск к РФ в рамках импортозаме- жем заместителя председателя ВПК, $50 млрд. Другими словами, для успеш- щения в $290 млрд – это только «пер- где вызвала большой интерес, а также ного достижения мирового уровня необ- вая ласточка», всё ещё впереди). на совещании главных конструкторов ходимо инвестировать ежегодно до РКС. К проекту позитивно отнеслось 1/2 оборонного бюджета, что, конеч- 6. Конечно, необходимы сильные законо- корпоративное НТС одной из фирм по но, проблематично. То есть в результа- дательные акты, к примеру, изменение поручению руководства АО «Концерн те принятой Стратегии Россия окажется Патентного закона РФ, создание закона ВКО «Алмаз-Антей». «Росатом» изучает в числе технологически отсталых стран? «Об инновациях» (об этом законе в РФ потенциальные и практические стар- практически никто, кроме узких кру- таповские шаги по частичной реали- Естественно, необходим выход, гов специалистов, понятия не имеет), зации проекта. поскольку на кону национальный суве- внести изменения в устаревший, не ренитет и национальная безопасность. отвечающий требованиям времени Проект вызвал большой интерес на Выход, конечно, есть. закон № 44-ФЗ (от 05.04.2013, в ред. от региональном НТС в области электро- 16.04.2022) «О контрактной системе ники в Ростовской области. Частично На примере ситуации, сложившейся в сфере закупок товаров, работ, услуг (терагерцовая энергетика и комнатная в отечественном автопроме (возвраще- для обеспечения государственных и му- сверхпроводимость) проект был озву- ние на ВАЗе к производству «пятнаш- ниципальных нужд» не на платформе чен на Президиуме РАН. Проект нахо- ки» из «запасников» прошлого века), «плагиата/импортозамещения», а на ос- дится на рассмотрении в комитете по гражданской авиации, Роскосмосе нове опережения зарубежного уровня. науке и образованию Госдумы. Со стар- («Сфера-М»), цифровых системах и дру- таповской частью проекта ознакомлен гих отраслях, становится очевидным, 7. Резко усилить роль государства в раз- вице-премьер правительства. что общепринятая стратегическая схе- витии отечественной электронной ма развития отечественной электрони- индустрии (как могут конкуриро- Проект привлёк внимание некоторых ки нуждается в фундаментальной кор- вать в одинаковый период времени финансовых кругов Арабского мира. По ректировке. Нужно отказываться от 1,14 трлн рублей финансирования в РФ стопам проекта сильные технологиче- «походов в историю» (импортозаме- с $1,4 трлн господдержки в Китае? Как?! ские шаги сделала Германия (компания щение) и необходимо вводить новые “3-5 Power Electronics GmbH”). стратегические методы. IV. Предпосылки и 1. В недрах правительства зреет здоро- фундаментальные основы для Цель проекта новой Стратегии и Программы Цель проекта «Центр экстремальной вая идея: создать МЭП РФ. развития отечественной 2. Нужно привлечь новые, профессио- электроники до 2030 года электроники, фотоники и фононики» – разработка и массовое производство нальные интеллектуальные ресурсы На основании публикации «Как заво- в рамках ФЦП нового эволюционно- по созданию национальной програм- евать мировой рынок электроники в го направления в электронике: высоко- мы развития отечественной экстре- посткремниевую эпоху?» [1] мною раз- мальной электроники до 2030 года. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 9

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ Новые материалы под ФЦП на основе отечественных технологий твёрдых телах или, точнее, в твёрдом вакууме (если по Нильсу Бору подсчи- № Кристалл Применение Ширина запрещённой зоны, эВ μn см2/В×с T , °C (ЭКБ) тать удельную долю объёма элементар- п/п j ных частиц – нуклонов и электронов, – 7800 то она окажется в пределах ~10–10% от 1 LPE GaAs (1а, 1б) 2, 3, 4, 6, 7, 8 1,43 250 300 нормированного/единичного объема, – 470 допустим, V = 1,0 см3). 2 LPE GaP (1а, 1б) 4, 5, 6, 7 2,27 300 Основные направления рабо- 3 3С/Si (1а) 3, 4, 8, 9 2,4 ты Проекта и предполагаемой ФЦП «Ответка-Э» следующие: 4 GaN (тринитридный) 2, 3, 4, 5, 6, 7 3,4 До 2000 700 ● новые, не известные на рынке мате- (1а, 1б) риалы: полупроводник (1а), диэлек- 5 Ga O (1а, 1б) 4, 6, 7 4,9 < 300 900 трик (1б) (см. таблицу); 23 5,5 – 1100 ● силовая гиперчастотная ЭКБ (2); ● СВЧ-приборы нового поколения (3); 6 AlN (тринитридный) (1б) 4, 5, 6, 7 20 000 1100 ● терагерцовые аналоговые и цифро- (mp) вые приборы (4); 7 Diamond (C) (1а, 1б) 5,5 1300 ● петагерцовые приборы (5); – 1700 ● аналоговая и цифровая фотоника (6); 8 BN (1а, 1б) 3, 5 6,4 – ● аналоговая и цифровая фононика (7); 9 Al2O3 (1б) 4, 6, 7 До 8,2 ● магноника (8); ● комнатная (до +120°С) сверхпрово- температурной, радиационно-стойкой, принципов для создания новых элек- димость (9). гиперскоростной электронной, фотон- тронных, фотонных и фононных про- ной и фононной продукции. дуктов лежит «сшивание» зонной и V. Сквозные проекты на основе релятивистской теорий транспорта и ФЦП «Ответка-Э» с тремя Задачи генерации электромагнитной энергии, сегментами мирового рынка 1. Увеличение доли отечественной ЭКБ теории квантовой надсветовой телепо- с потенциалом до $1 трлн ртации, фононной телепортации энер- (краткое описание) на мировом рынке на порядок. гии, скин-фазового переноса энергии, 2. Реализация как минимум трёх сквоз- квантово-точечной энергетики Пойн- 5.1. 6G и мини-спутники тинга, авторская физика мультизонной с «магнитной подвеской» ных проектов с потенциалом ниш проводимости (эффект водородоподоб- мирового рынка в 1 триллион дол- ного расщепления запрещённой зоны), Системы 6G будут выполнены в окнах ларов, а именно: моды Блоха, торможение/ускорение прозрачности атмосферы на частотах ● 6G, в том числе мини-спутниковый электромагнитной энергии в твёрдых 240…320 ГГц (λ = 1,25 ÷ 0,94 мм) на осно- широкополосный Интернет со ско- телах, терагерцовый эффект поляри- ве нового поколения LPE/MOCVD – ростями до 100 Гбит/с; зационной катастрофы (динамиче- GaAs униполярно-инжекционной, зон- ● 7G, в том числе мини-спутниковый ская комнатная сверхпроводимость по но-релятивистской и циклоидной, по широкополосный Интернет со ско- Клаузиусу–Моссотти), эффекты отри- дрейфовому пролёту, ЭКБ. Базовые ростями до 2–3 Тбит/с; цательных наноёмкостей и наноиндук- станции на магнетронах. ● магнитодинамический терагерцовый тивностей, циклоидный перенос носи- сверхэкономичный ДВС-автомобиль; телей заряда, одновременные дырочная Мини-спутниковое бортовое энерго- ● терагерцовые бифотонно-фонон- и электронная рекомбинации с взаим- обеспечение будет выполнено на осно- ные суперкомпьютеры планшетно- но скомпенсированными модами Бло- ве солнечных радиационно-стойких го типа; ха и многое другое, в том числе такая батарей с удвоенным КПД в сравнении ● «черноволновая» система распозна- «экзотика», как коэффициент усиления с кремниевыми. Двигатели – гибрид- вания образов в собственном тера- по току в транзисторе в схеме с общей ные, а именно: ионно-криптоновые герцовом излучении для искусствен- базой 10…100 (h21B), что противоречит и, в перспективе, с «магнитной подве- ного интеллекта и безопасности; всем канонам теории зонной проводи- ской». Скорости – от 100 Гбит/с. ● другие. мости, переосмысление корпускуляр- Отличительная особенность опере- ной модели атома по Резерфорду–Бору 5.2. 7G и мини-спутниковый жающей мировой уровень новой ФЦП на принципах Гейзенберга, построение широкополосный Интернет от предыдущих Стратегий, програм- петагерцовой электроники на прин- мы импортозамещения (План меро- ципах не оптической, а собственной Физические основы терагерцовой приятий по импортозамещению от запрещённой зоны ядро – s, p уровни – электроники в окнах прозрачности 31.03.2015 г. к приказу Минпромторга твёрдовакуумное межатомное про- атмосферы 5,0…7,5 ТГц подробно изло- № 662, где под п. 75 значилось освое- странство (от десятков электронвольт) – жены в [2], [3], [4], [5]. ние собственного производства микро- на основе физики твёрдого вакуума по процессора 1891ВМ12Я с проектной Ричарду Фейнману и другие. В принципе, архитектура цифровой нормой 28 нанометров/2021 г. с запу- системы 7G будет аналогичной 6G, с той ском новой, по факту «аварийной» Про- Другими словами, всё вышесказан- лишь разницей, что генераторы частот, граммы в апреле 2022 – январе 2024 г.) ное – это постепенная замена зонной управляемые напряжением, усилитель- состоит в том, что она выстраивается теории проводимости на релятивист- ные приёмо-передающие тракты, цифро- на фундаментальной науке и практиче- скую. вые системы будут выполнены на основе ских технологиях отечественного про- поляризованных диэлектриков AIIIBV, AIIIBVI исхождения без копирования импорт- Соответственно, должно быть и пере- и терагерцовой генерации (синтезатор ных аналогов. строение идеологии уже устаревшей Новая ФЦП должна стать «техноло- зонной (полупроводниковой) тео- гическим учебником» для стран 7G и рии проводимости на релятивист- Китая. В основе новых физических скую модуляцию, генерацию транс- наработок, уникальных физических порта электромагнитной энергии в 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ частот), а объёмно-акустические филь- VI. Риски ● пересмотр госпрограмм по цифро- тры будут созданы на гетероструктурах вой экономике (цифровая транс- AIVBIV и тринитридных AIIIBV диэлектри- Риски, конечно, имеются. К ним отно- формация, совершенно очевидно, ках. ЦАП-АЦП будут реализованы на фото- сятся: столкнулась с огромными пробле- нах и фононах. Скорости – до 2–3 Тбит/с. ● «генетическая лысенковщина»; мами); ● кадровый голод, особенно сегодня, в 5.3. Магнитодинамический ● политическая воля и активное уча- терагерцовый сверхэкономичный миграционный период; стие государства в новой ФЦП. ДВС-автомобиль (в том числе HEV) ● активная работа начинающих стар- Литература Электромобиль в России, Африке, таповских конкурентов (фирма большинстве стран Южной Америки, «3-5 Power Electronics», г. Дрезден, Гер- 1. Гордеев А.И. Как завоевать мировой на Ближнем Востоке, в Юго-Восточной мания); рынок электроники в посткремниевую Азии будет использоваться только на ● деятельность Китая в области LPE эпоху? // Современная электроника. дорогах с твёрдым покрытием. Кроме GaAs технологий (предполагается, 2021. № 5. того, окружающая среда (тропосфера, что создаётся или создана «Гауссов- поверхность Земли) может не выдер- ская» пушка для ВМФ на LPE GaAs/ 2. Гроссе П. Свободные электроны в твер- жать токсичности Li-технологий. InGaAs-тиристорах); дых телах. М.: Мир, 1982. ● охрана от плагиата вновь создава- В этой связи исключительно актуаль- емого сверхмощного (до сотен па- 3. Гордеев А.И. Перспективные терагерцо- но создание нового поколения ДВС/ тентов РФ) пакета интеллектуальной вые поляризованные информационные HEV-двигателей с практически удвоен- собственности (для патентования в системы в 2 ч. // Современная электро- ным КПД с минимальным загрязнением ЕС и США необходимы $8–15 тыс. на ника. 2016. № 6; № 7. атмосферы. Это реально с применени- каждый патент, эти стратегические ем сверхмагнитной поляризационно- издержки должно взять на себя го- 4. Кукушкин С.А., Осипов А.В. Оптические терагерцовой ионизации бензольных и сударство). свойства, зонная структура и проводи- пропановых молекул в камере внутрен- мость межфазной границы раздела гете- него сгорания. Это альтернативные и VII. Заключение роструктуры 3C-SiC(111)/Si(111), выра- надёжные технологические решения щенной методом замещения атомов // по сравнению с водородными ДВС. Для ускоренного развития отече- Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46, вып. 22. ственной электроники и националь- 5.4. Бифотонно-фононные ной монополизации отдельных сег- 5. Гордеев А.И., Войтович В.Е., Звонарёв А.В. терагерцовые компьютеры ментов мирового рынка необходимо: Новая физическая твердотельная элек- планшетного типа ● создание МЭП РФ (сегодня отече- троника на основе терагерцового рас- щепления и деформации запрещённой Решения на основе квантовой кубит- ственная электроника – «дитя у се- зоны LPE SiGaAsSi-кристаллов. Ч. 1 // Ради- ной запутанности фотонов и квантово- ми нянек»); отехника. 2017. № 10. точечной фотонной энергетики под- ● создание прорывной ФЦП по экс- робно описаны в [6]. тремальной электронике, фотони- 6. Гордеев А.И., Войтович В.Е., Святец Г.В. ке и фононике с опережением зару- Перспективные фотонные и фононные 5.5. «Черноволновая» система бежного уровня на 5–7 лет («твёрдая отечественные технологии для тера- распознавания образов в нефть»); герцовых микропроцессоров, ОЗУ и собственном терагерцовом ● изменение закона № 44-ФЗ в поль- интерфейса с сверхнизким энергопо- излучении для искусственного зу программ, опережающих миро- треблением // Современная электро- интеллекта и безопасности вой уровень; ника. 2022. № 2. ● принятие закона «Об инновациях» Основные концентрированные эле- (не путать с НИОКР) и охране интел- 7. Вальт Е., Гордеев А., Святец Г. Терагер- менты проекта показаны в публика- лектуальной собственности в элек- цовые квантовые технологии для циф- ции [7]. тронике, модернизация Патентно- ровых денег, гиперскоростного SWIFT го закона РФ; и безопасного безлюдного банкинга на элементах искусственного интел- лекта // Современная электроника. 2021. № 6. НОВОСТИ МИРА Установка, созданная HPE Cray EX, опи- LUMI основан ровно на тех же компонен- рается на новейшие процессоры Epyc 64C и тах, что и Frontier, просто количество CPU В МИРЕ ПОЯВИЛСЯ ускорители Instinct MI250X, то есть построе- и GPU меньше. на на компонентах AMD. Это первый супер- ПЕРВЫЙ СУПЕРКОМПЬЮТЕР компьютер эксафлопсного уровня. Его про- www.ixbt.com изводительность достигает 1,1 exaFLOPS. ЭКСАФЛОПСНОГО УРОВНЯ. FRONTIER СОБРАН НА Система Fugaku, которая была лидером КОМПОНЕНТАХ AMD рейтинга несколько лет, имеет производи- тельность лишь 442 PFLOPS, то есть более Рейтинг суперкомпьютеров Top500 обно- чем вдвое меньше. При этом суперкомпью- вился, и в нём появился новый лидер. При- тер LUMI, замыкающий тройку лидеров, поч- чём он более чем вдвое превосходит систе- ти на порядок отстаёт от Frontier, имея про- му, занимающую второе место. изводительность в 151,9 PFLOPS. К слову, Итак, самым мощным суперкомпьютером в мире стал Frontier. Эта система установ- лена в ОкРиджской национальной лабора- тории. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 11

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Электросамолёты. Что нас ждёт? Андрей Кашкаров ([email protected]) относительно небольшой мощности электродвигатель, запитанный посред- В статье рассматривают новинки самолётостроения ством контактного провода. По тому же с электродвигателями в качестве силовой установки и проблемные условному принципу – через генератор вопросы развития отрасли электросамолётов: от частных и силовой электродвигатель, переда- и коммерческих, в том числе беспилотных, моделей до перспектив ющий вращающий момент колесной перевода авиапарка на полностью электрические самолёты. паре, – работают мощные тепловозы, Также поднимаются вопросы и разъяснения о причинах и факторах, к примеру, старый М-62, дизель-элек- тормозящих развитие отрасли в сторону производства летательных трические подводные лодки и другие аппаратов с электросиловыми установками. силовые машины. Ни один контактный провод, ни одна электроподстанция не Что такое электросамолёт трическая часть «гибрида» упрощённо выдержат нагрузку в виде электродви- будет состоять из электродвигателя, гателя в «чреве» мощного электрово- Cначала нужно договориться о смыс- электрогенератора, аккумуляторной за, который сдвигает и катит состав лах. Под термином «электросамолёт» батареи (АКБ). ДВС при этом исполь- из вагонов весом в сотню тысяч тонн. принято понимать электрифициро- зует химическое топливо, в то время как Поэтому в тепловозах и неатомных ванный летательный аппарат. Но не ДВС типичного самолёта питается от подводных лодках первой силовой каждый аппарат имеет электрический авиационного бензина с перспективой установкой является ДВС – дизельный двигатель. В некоторых источниках и его замены в будущем на водородное двигатель внутреннего сгорания. Он разработках [1] различают три уровня топливо. На фоне этого техническо- передаёт вращение на электрогенера- электрификации самолётов: частич- го Монблана мы видим успехи разра- тор, а электрогенератор питает сило- но электрифицированный, полно- ботчиков в самолётостроении, осно- вые электродвигатели, которые способ- стью электрический и гибридный. При- ванном на полностью электрических ствуют вращению колес (на железной вычный самолёт оснащён турбо- (или машинах с двигателями, питающимися дороге) и вала-винта в морских и реч- винтовым) двигателем внутреннего от электрической энергии АКБ, со все- ных судах, включая подводные. сгорания (ДВС), преобразующим хими- ми их достоинствами и недостатками. ческую энергию сгорающего топлива Успехи в этой отрасли, рассчитанной Так, ещё в начале 2000-х годов раз- в механическую и создающим тягу: пока на малую (частную) и коммерче- работчики задумались о «полностью силу, толкающую летательный аппа- скую авиацию, таят в себе много инте- электрических самолётах», где основ- рат сквозь поток воздуха. В современ- ресного. ным источником энергии были бы ном самолёте управление оборудовани- мощные литий-ионные аккумулятор- ем (регулировка крыла, выпуск шасси Из истории развития ные батареи. Таким должен был стать и др.) выполняют электроприводы с по задумке летательный аппарат без питанием от системы электроснабже- Как ни странно, но об электросамо- ДВС, где всё оборудование работает на ния и тем самым преобразуют электри- лётах думали конструкторы ещё в пер- электроэнергии, а тягу создают мощ- ческую энергию в механическую. Этот вой половине ХХ века. Мы знаем прин- ные электродвигатели с питанием от вариант и принято называть частично цип работы тягового электродвигателя, аккумуляторов. И вот подобные моде- электрифицированным. «Гибридный электровоза на железной дороге. Даже ли стали появляться. самолёт» предполагает гибридную, то там силовая электроустановка питает- есть совмещённую из разных типов ся не от контактного провода, натяну- Реализованные проекты силовую установку. Она преобразует того над железнодорожным полот- энергию дважды: сначала в механиче- ном, а от силовых генераторов внутри На рис. 1 представлен электросамо- скую с помощью ДВС, затем в электри- электровоза, которые, в свою очередь, лёт Yuneec International E430 произ- ческую с помощью генераторов. Элек- приводят во вращательное движение водства КНР с электродвигателем и питанием от литий-полимерных акку- Рис. 1. Электросамолёт Yuneec International E430 Рис. 2. Персональный одноместный электросамолёт Heaviside СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 12 WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 3. Двухместный электрический самолёт Velis Electro Рис. 4. Коммерческий электросамолёт Cessna Caravan 208B муляторов. Рынок и разработки в обла- Рис. 5. Электросамолёт Extra 330LE показала реализованные идеи пило- сти электрического самолётостроения тируемых электрических летатель- стремительно развиваются. воздуху до пяти пассажиров (макси- ных аппаратов, за которыми будущее, мальный расчётный эквивалентный пока с питанием на литий-ионных АКБ. В 2017 году впервые продемонстри- вес 600 кг) без дозарядки на расстоя- Параллельно разработчики рассматри- рован персональный одноместный ние до 160 км. Это совместное произ- вают альтернативные варианты пре- электросамолёт Heaviside Kitty Hawk водство компаний MagniX и AeroTEC, образования энергии для подзарядки (рис. 2). Конструкция обеспечивает реализованное в 2020 году. В этом при- АКБ на борту ЭС от солнца и топливных вертикальный взлёт и посадку по вер- мере немаловажное значение имеет элементов, когда химическая энергия толётному принципу на площадке с цена эксплуатации (топлива). Так, цена водородного топлива преобразуется в минимальными размерами 10×10 м. 30-минутного полёта Cessna Caravan электрическую без процессов горения. Персональное аэросредство может пре- 208B составляет всего 6 USD. Для срав- одолеть на одном заряде батареи до нения, при использовании обычного От России представлена разработ- 160 км, примерно как от Петербурга до авиационного бензина полёт обошёлся ка первого отечественного аппарата финской границы. Надо заметить, что бы в 300–400 USD. Поэтому считается, «Сигма-4» на базе планера Централь- электрические и гибридные летатель- что применение гибридных силовых ного института авиационного мото- ные аппараты тише обычных, в кото- установок позволит в будущем умень- ростроения им. Баранова (ЦИАМ). рых используется ДВС. Если вертолёт шить расход топлива на 70%. Разработки в России ведут также кон- с турбодвигателем, барражирующий структоры проектного комплекса на высоте 500 м, у земли создаёт звук в Пока «большое аэротакси» Cessna «Гражданские самолеты» НИЦ «Инсти- 60 дБ (по громкости примерный ана- Caravan 208B проходит сертифика- тут имени Н.Е. Жуковского». Предпола- лог шума от проезжающего рядом мото- цию, разработчики занимаются его гаемая максимальная дальность полё- цикла), то электросамолёт Heaviside на более мощной версией для 9 пассажи- та 100 км при максимальной скорости той же высоте полёта у земли создаёт ров. Максимальная скорость 340 км/ч 100 км/ч. Всесторонние лётные испы- звук в 38 дБ (звук, сопоставимый с гром- в 2017 году зафиксирована у ЭС (элек- тания начались только осенью про- ким разговором людей). Возможно, тросамолёта) Extra 330LE произ- шлого года (рис. 6). В подтверждение перспективный полный переход ави- водства Siemens (рис. 5). Согласно нашего рассказа об истории гибрид- ации на «электродвигатели» позволит пресс-релизам, известная ранее произ- ных силовых установок (выше) ЦИАМ строить площадки для взлёта в черте водством РЭА компания в партнёрстве разработал гибридный вариант элек- города, и эксплуатация летательных с Airbus работают над созданием реги- тросамолёта: летающую лабораторию аппаратов не будет приносить жите- ональных авиалайнеров, работающих Як-40ЛЛ. Он совершил первый полёт с лям «шумового» дискомфорта. на гибридных установках. Международ- ная авиационная выставка МАКС-2021 Двухместный электрический само- лёт Velis Electro, детище компании Pipistrel (рис. 3), уже прошёл сертифи- кацию Европейского агентства авиаци- онной безопасности (EASA). Скорость до 181 км/ч, время в полёте (считая от запуска двигателей) до 50 минут обе- спечивают две мощных АКБ на борту. Сертификация означает запуск в серию летающего аппарата и возможность его эксплуатации в коммерческих целях. На его фоне выгодно смотрится боль- шой коммерческий электросамолёт Cessna Caravan 208B (рис. 4), облада- ющий возможностью перемещать по СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 13

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 6. Аппарат «Сигма-4» Рис. 7. Дроны-такси компании Hover включённым в воздухе электродвига- совершенствование технологии АКБ в тива в развитии электрических лета- телем. В носовой части установлен воз- погоне за увеличением энергоёмкости тельных аппаратов вместимостью в душный винт, приводимый в движение при прочих равных условиях тормозит несколько десятков человек и, в част- электродвигателем, созданным по уни- развитие некоммерческого парка мощ- ности, небольших «аэротакси» логич- кальной технологии на высокотемпе- ных летательных аппаратов. Поэтому на и реальна. Техническое и интеллек- ратурных сверхпроводниках (ВТСП). появление СЭА связывают с успехами туальное развитие рассматривают как А электроэнергию он получает от гене- в электрохимии. форму и элементы Четвёртой про- ратора, который вращается двигателем мышленной революции, которую внутреннего сгорания. При повышении Очевидная причина повышенно- также именуют Индустрия 4.0 [2]. Тер- температуры ВТСП проводят электри- го спроса на электрификацию в про- мин появился в 2011 году в Германии ческий ток почти без сопротивления изводстве – забота об экологии, это и обозначал технологии «умных» заво- и потери энергии; это привело к уве- мировой тренд. По данным Междуна- дов, синоним Четвёртой промышлен- личению КПД двигателей, то есть даёт родной ассоциации воздушного транс- ной революции. Это условно новый перспективу наращивать мощность при порта IATA от 2020 года, на долю ком- подход к производству, основанный снижении массогабаритов аппарата. мерческой авиации приходится 2–3% на массовом внедрении информа- К чему это приведёт – покажет время. выбросов углекислого газа [1]; к приме- ционных технологий в промышлен- Пока российские разработки выглядят ру, за один условно короткий перелёт ность, масштабной автоматизации на фоне других скромно. из Лондона в Рим образуется и попа- бизнес-процессов и распростране- дает в атмосферу 234 кг углекисло- нии искусственного интеллекта. Такие Перспективы развития отрасли го газа на одного человека – больше, факторы, как увеличение производи- чем выдыхают граждане некоторых тельности труда, улучшение безопас- Предполагается, что к 2050 году условно малых стран за календарный ности работников за счёт сокращения получат распространение самолёты с год. Сокращение количества выбросов рабочих мест в опасных условиях тру- гибридными силовыми установками и в атмосферу – понятная забота. Пред- да, повышение конкурентоспособно- электродвигателями. В фаворе техни- полагается, что СЭА по определению не сти и многое другое, вполне согласу- ческие решения, в которых источник создаёт загрязняющего выхлопа. Одна- ются и с созданием принципиально электрической энергии – топливный ко абсолютно экологичными их тоже новых продуктов. элемент, а потребитель – электромотор. считать рано, так как производство и Сия компоновка подходит для отдель- утилизация АКБ загрязняют окружаю- Проблемное поле ного класса «региональных» самолё- щую среду. тов. Не только от газотурбинных уста- Несмотря на то что «полностью новок, но и от ДВС с их неизменными Кроме того, один из важных факто- электрические самолёты» теперь про- выхлопами газов стремятся отказаться ров – снижение затрат на эксплуата- ходят испытания, а некоторые даже и на земле: беспилотные электротягачи цию. Расчёты и оптимизация затрат на сертифицированы (см. выше), прой- в будущем будут доставлять самолеты на топливо формируют политику разви- дёт ещё много времени, прежде чем взлётно-посадочную полосу. Такой пер- тия авиахолдингов с акцентом на про- они смогут конкурировать с при- спективный подход в разы снизит коли- изводство и эксплуатацию электро- вычными нам лайнерами с турбод- чество выбросов в атмосферу. Ближай- самолётов. Электрические двигатели вигателями по грузоподъёмности и шее будущее за гибридными силовыми устроены иначе, чем ДВС, имеют мень- дальности перелётов. Всё дело в источ- установками, с которых мы начали экс- ше соприкасающихся частей, менее никах питания электродвигателей. курс в историю технического прогрес- подвержены износу. Возможно, элек- Разработки в области новых компо- са. Полностью или «совершенно элек- трические самолеты будут реже нуж- зитных материалов для АКБ ведутся трические авиасистемы» – ввожу новый даться в техобслуживании, что снизит активно и показывают, что по состо- термин «СЭА» – начали путь с «малой эксплуатационные расходы. Сегодня янию на 2022 год энергия АКБ уступа- авиации» из-за ограниченной дально- расходы только на топливо действу- ет «классическому» топливу для ДВС сти, вместимости пассажиров, главное – ющего авиапарка достигают 30% экс- в удельной энергоёмкости: количе- массогабаритов АКБ. Как мы отметили, плуатационных затрат и, разумеется, стве накопленной энергии. Условно влияют на прибыль. Поэтому перспек- 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ реактивное топливо содержит при- Особенности электропитания ЭС ограничена энергоёмкостью акку- мерно в 30 раз больше энергии, чем и «заправки» муляторных батарей. может быть накоплено в литий-ион- ной АКБ. Самолёт с турбодвигателями «Правильная», в соответствии с реко- Со временем эксплуатации любая во время полёта расходует топливо, мендациями производителя, зарядка АКБ теряет свою ёмкость; вопрос, в становится легче, что приводит к ещё электрическим током для дрона-аэро- частности, какова динамика потерь меньшему расходу топлива на остаток такси и электросамолёта – залог дли- во времени и насколько сильно умень- пути. Вес АКБ, пока значительный в тельной безупречной работы его аккуму- шается ёмкость. Дальность пролёта до общем весе малого летательного аппа- ляторных батарей и силовой установки. следующей подзарядки – это доволь- рата, составляет постоянную величи- Определяющий качественный пара- но условный параметр. Зависит он и от ну. Для рентабельных полетов можно метр аккумуляторной батареи – качества: фактической энергоёмкости будет использовать батареи с энерго- энергоёмкость. Чем выше значение (новизны) АКБ; стиля полёта (субъек- ёмкостью 2 кВт⋅ч/кг. Пока сей показа- энергоёмкости АКБ, тем на большее тивно зависит от пилота), условий тель не превышает 250 Вт⋅ч/кг. Инно- расстояние полёта может рассчиты- полёта (форсированный режим при вации реализуются в наши дни с такой вать производитель электросамолёта до взлёте и маневрах, спокойный полёт условной скоростью, что за прошед- следующей подзарядки. Ввиду того, что на одной высоте, спуски, посадки), ший год энергоёмкость аккумуляторов электросамолёт по своему определению погоды (встречный и боковой ветер); увеличилась примерно на 3% при про- должен обеспечить уверенный уровень параметров конкретного ЭС и его сило- чих равных условиях их веса и габари- безопасности в воздухе относительно, вой установки, таких как её мощность, тов. Перспектива такова, что мощные скажем, электромобиля, передвигающе- масса аппарата, средняя скорость пере- АКБ, источники энергии для массо- гося по земле, которому «падать неку- движения в конкретном полёте и неко- вого развития ЭС, станут коммерче- да», к системе электропитания первого торые другие параметры. Даже темпера- ски привлекательными при достиже- предъявляются повышенные требова- тура окружающей среды, при которой нии удельной мощности 600 кВт/кг. ния, включая и аварийные батареи на преимущественно эксплуатируется Удельная мощность – условное коли- борту. (и хранится) ЭС, влияет на эксплуа- чество тока, которое может выдавать тационные характеристики его АКБ. аккумулятор на единицу веса. Пока- От чего зависит дальность Исходя из этого, сравнивать «пробег» затели современных (по состоянию полёта или качество АКБ, а также периодич- на 2022 год) АКБ находятся в преде- ность зарядки можно только условно. лах 10 кВт/кг. Дополнительное зна- Для электросамолёта, как и для элек- При рекомендованной производите- чение имеет зависимость сохране- тромобиля, топливо – это электриче- лем «зарядной политике» шансы того, ния энергоёмкости современных АКБ ский ток. Источником электрического что АКБ конкретного ЭС максимально от разных температурных режимов. тока является мощная аккумулятор- (условно) долго сохранит свою энер- То есть эксплуатация АКБ при значи- ная батарея, установленная на транс- гоёмкость, выше, следовательно, заме- тельных отрицательных температу- портном средстве. Кроме того, систе- на АКБ будет отложена на максималь- рах – на большой высоте полета и в ма электропитания ЭС построена так, но долгосрочную перспективу. соответствующих климатических поя- что при работе силовых электродви- сах – требует дополнительных иссле- гателей аккумуляторы заряжаются по Электросамолёт заряжается по анало- дований для безопасности полётов. той же принципиально аналогичной гии с электромобилем. Теоретически, с Разумеется, всё сказанное надо вос- схеме, как заряжаются АКБ автомоби- помощью «понижающего», выпрямля- принимать условно, но даже эти све- ля от работы его электрогенератора ющего и стабилизирующего адаптера дения показательны и информативны. при заведённом двигателе внутренне- тока, любую АКБ можно зарядить от го сгорания (ДВС). Ток зарядки АКБ, как обычной розетки осветительной сети Будущее небесного такси в случае с автомобилем и электромоби- с напряжением 230–240 В переменно- Москвы лем, так и в ЭС, относительно невелик, го тока. Однако для промышленного что определяется техническими пара- оборудования применяют специаль- Из пресс-релизов известно, что ком- метрами электрогенераторов (мощ- ные зарядные станции соответствую- пания Hover планирует запускать пас- ность определённо зависит от габа- щей мощности. Любая современная и сажирские беспилотные (управление в ритов и веса, что в случае с ЭС важно), «фирменная» зарядная станция для ЭС автоматическом режиме с земли) дро- иначе можно было бы вовсе не расходо- представляет собой интеллектуальное ны-такси в небо Москвы уже в 2024– вать электроэнергию АКБ, а «летать» на и многофункциональное электрон- 2025 годах с расчётной доставкой с энергии, вырабатываемой электрогене- ное устройство с защитой по напря- Красной площади до «Москва-Сити» ратором, вращение которого связано жению и току, с режимом автоматиче- за 20 мин (рис. 7). Это время пока счи- с силовым электродвигателем – некий ского отключения функции «заряда» тается максимальным и связано с тех- упрощённый для понимания аналог при наборе АКБ полной ёмкости (при ническими параметрами АКБ. За 1 км замкнутого цикла электропитания или полной зарядке). По тому же принципу предполагается взимать с пассажира «вечного двигателя». Итак, АКБ электро- заряжаются современные электронные 200 рублей. Однако поглядим, не приба- самолёта заряжаются в полёте от гене- устройства, имеющие аккумуляторы, к вится ли к этой цифре дополнительный раторов, однако пока можно говорить примеру, смартфоны; «перезарядить» их «0» ко времени запуска проекта. Расчёт- только о подзарядке, условной ком- невозможно, даже если кабель питания ная высота полёта беспилотного аэро- пенсации расхода энергии АКБ, а не о остаётся подключённым к зарядному такси – 100–150 м, а регулируемая ско- полной зарядке. Поэтому до появления устройству. Действуют те же правила: рость – до 200 км/ч. новых разработок, которые, несомнен- заряжать желательно до набора полной но, будут появляться, дальность полёта ёмкости, не прерывая процесс зарядки. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 15

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Атомные батарейки и зарядка с помо- жение АКБ, зарядный ток) и зарядных и для электромобилей, стоит около щью беспроводных технологий – тако- соединительных кабелей с разъём- 25–35 тыс. руб. во будущее рынка сохранения энергии. ными соединениями. При цене фир- Не случится трагедии, если владелец менной зарядной станции, не предна- В регионах России сеть зарядных аккумулятора, к примеру, торопится и значенной для коллективной зарядки станций пока развита недостаточно, вынужден прервать зарядку устройства. сразу нескольких потребителей, от 145 что является условным барьером для Но не в случае, когда речь идет о зарядке до 300 тыс. руб. приобрести её может развития рынка электромобилей и электросамолётов, поскольку недозаря- только владелец электрокара, распо- электросамолётов. Пока в России заре- женный аккумулятор не обеспечит рас- лагающий соответствующими сво- гистрировано около 11 000 электрока- считанный полёт по конкретной дли- бодными средствами. Для сведения, ров, а отдельные экземпляры СЭА и ЭС тельности маршрута. Таким образом, «зарядная колонка» – устройство для только проходят испытания. мы говорим о желательной практике небольшого (до 3) парка мобильных применения зарядных станций. электропотребителей (электромоби- Литература лей, электросамолётов) с возможно- Электросамолёты можно заряжать стью одновременной зарядки – обой- 1. РБК: Электросамолёты: как авиация гото- от профессиональных ЗУ для элек- дётся в сумму более 1 млн рублей, а вится к революции // URL: https://trends. тромобилей с некоторой доработкой дополнительный, к примеру взамен rbc.ru/trends/industry/610812b29a79470 последних и адаптацией под конкрет- утерянного, зарядный кабель, как df7a3f7b4. ные условия электропитания (напря- 2. Шваб К. Четвёртая промышленная револю- ция. М.: Эксмо, 2016. НОВОСТИ МИРА «АЭРОДИСК» АНОНСИРОВАЛА дить его производство. Объём оператив- Система «Восток 5» работает под управ- НОВЫЕ СХД СЕРИИ «ВОСТОК» ной памяти с ECC варьируется в пределах лением фирменной ОС «Аэродиск Вос- 64...512 Гбайт. ток», помимо поддержки уже упомянутых НА РОССИЙСКИХ ПРОЦЕССОРАХ протоколов и режимов она может похва- По умолчанию новая СХД предлагает че- статься реализацией «тонких» томов (thin «ЭЛЬБРУС» И «БАЙКАЛ» тыре порта MiniSAS HD (SFF-8644) на кон- provisioning), создания снимков, клонирова- троллер, сетевая часть может иметь до че- ния и сжатия данных на лету. Также имеет- У процессоров «Эльбрус» непростая тырёх 1GbE-портов, но дополнительные кон- ся опциональная поддержка дедупликации, судьба, особенно в последнее время, ког- троллеры дают поддержку до двух портов SSD-кеширования, многоуровневой иерар- да встал вопрос о переносе их производ- FC-32 или двух 100GbE, а также InfiniBand, хии хранения (tiering) и различных режимов ства с мощностей TSMC. Но платформа про- тоже до двух 100-Гбит/с портов. Система репликации. должает развиваться, и интерес российских может работать как блочное хранилище разработчиков аппаратного обеспечения к iSCSI/FC/InfiniBand либо в файловом режи- Компания-производитель позициониру- ней не ослабевает. Компания «Аэродиск», ме с поддержкой NFS, SMB и интеграцией ет новинку как СХД, предназначенную для создатель и производитель решений в об- c Active Directory. Также она может служить выполнения широкого круга задач в го- ласти хранения данных, анонсировала но- основой для построения кластера СХД из сударственном и коммерческом секторе. вую компактную платформу СХД на базе 32 узлов (16 шасси). Кроме того, сейчас «Аэродиск» готовит к CPU от МЦСТ. выпуску вариант СХД «Восток» на базе Дисковые массивы могут быть организо- отечественных Arm-чипов Baikal. Пока речь Это первое решение подобного класса: ваны практически в любой уровень RAID, от идёт о Baikal-M, но до конца года плани- в 2U-шасси вмещается два контроллера с 0 до 60P. Всего каждая система «Восток 5» руется освоить и более мощные Baikal-S. поддержкой горячей замены. Все имеющи- способна обслуживать до 608 накопителей Это позволит использовать СХД в высо- еся на российском рынке аналогичные по в дисковых полках 2U (24 × SAS-3 SFF) или конагруженных сценариях, тогда как ва- форм-фактору решения построены на ба- 4U (до 108 × SAS-3 LFF). Поддерживаются риант на базе Baikal-M будет предназна- зе зарубежных процессоров, а «Эльбрус» как традиционные механические жёсткие чен для массовго рынка и типовых задач до этого обычно применялся только в бо- диски SFF/LFF с интерфейсом SAS-3, так хранения данных. лее крупных СХД. Поскольку компактные и твердотельные, объёмом до 30,72 Тбайт системные платы для «Эльбрус» отсутство- (1 DWPD) или 6,4 Тбайт (3 DWPD). www.aerodisk.ru вали, перед разработчиками «Аэродиска» стояла достаточно серьёзная задача. Новинка, входящая в серию «Восток 5», стала плодом сотрудничества «Аэродиск», «КБ Электроника», «Резонит» и МЦСТ. В итоге в 2U-шасси удалось вместить кон- троллеры, а также реализовать достаточно высокоскоростной интерконнект благодаря применению специальных PCIe-райзеров, позволяющих оснастить каждый контрол- лер двумя высокоскоростными сетевыми адаптерами. При этом новинка получила поддержку не только уже освоенных чи- пов Эльбрус-8С и 8СВ, но и более совре- менного Эльбрус-16С, когда удастся нала- 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НОВОСТИ МИРА СОЗДАТЕЛЬ ПРОЦЕССОРОВ компания запустила производство по 4-нано- чём они вряд ли будут заинтересованы. Но «ЭЛЬБРУС» ХОЧЕТ метровому техпроцессу. В настоящее время это единственная команда в России, способ- ИМПОРТОЗАМЕСТИТЬ TSMC она вплотную приблизилась к 3 нм и 2 нм. ная разрабатывать процессоры с собствен- «МИКРОНОМ» ной архитектурой, и как-то придётся её под- С производством «Микрона» ситуация в держивать», – сказал источник издания. Производство процессоров «Эльбрус», вы- корне другая. Самый современный техпро- пуск которых на фабриках TSMC в Тайване цесс, освоенный российским чипмейкером, Также следует отметить, что ещё задолго был прекращён из-за санкций, может быть – это 65 нм почти 20-летней давности, но до спецоперации на Украине, повлёкшей за перенесено на завод «Микрона» в Зеленогра- МЦСТ будет доступен максимум 90 нм, о чём собой санкции и отказ TSMC от выпуска рос- де. Российский чипмейкер отстаёт от TSMC в Константин Трушкин сообщал еще в апреле сийских CPU, российские потребители бы- плане освоенных техпроцессов, современные 2022 г. Тогда же МЦСТ рассматривала вари- ли недовольны производительностью «Эль- 16-нанометровые «Эльбрусы» он выпускать ант создания отдельной компании «Эльбрус», брусов». В декабре 2021 г. Сбербанк провёл не в состоянии. ИТ-отрасль считает переход не имеющей к ней никакого отношения и не тестирование двух типов серверов на «Эль- к выпуску российских CPU по древним топо- подпадающей под антироссийские санкции. брусах» и заключил, что в нынешнем виде логиям «большим шагом назад». их использование в организации совершен- Теперь, судя по всему, вариант по созда- но исключено в силу их технического несо- Компания МЦСТ рассматривает воз- нию отдельной компании не рассматривается. ответствия. На тестирование банку МЦСТ можность переноса производства процес- «Видим, что на отечественных фабриках мож- предоставила «железо» на «Эльбрусах-8С». соров «Эльбрус» из Тайваня в Россию, пи- но создавать достойные процессоры с суве- шет РБК. Разработчик ведёт переговоры ренными российскими технологиями для кри- Спустя несколько дней крупнейшие госком- с компанией «Микрон», называющей себя тической информационной инфраструктуры, пании России раскритиковали серверы на оте- «чипмейкером №1 в России». сферы информационной безопасности и дру- чественных процессорах. Ими были отмечены гих рынков, – сказал Трушкин. – Для достиже- дороговизна, недостаточная производитель- Как сообщил РБК замгендиректора по ния достаточной практической производитель- ность и низкая энергоэффективность такого маркетингу МЦСТ Константин Трушкин, ности видим большой резерв в переработке оборудования. Тестировать они могли только у компании есть планы по запуску произ- исходного кода и оптимизации программно- серверы на процессорах «Эльбрус», посколь- водств процессоров в Зеленограде. Пред- го обеспечения под архитектуру “Эльбрус”». ку готовых серверных решений на других рос- ставители «Микрона» на момент публикации сийских процессорах, которые можно было бы материала не подтверждали и не опровер- Константин Трушкин не сообщил, входит показать заказчикам, пока нет. Потенциаль- гали информацию о переговорах с МЦСТ. ли в планы МЦСТ на ближайшее будущее ные покупатели оборудования отметили, что поиск вендора, способного обеспечить вы- готовы переходить на отечественную техни- Выпуск процессоров «Эльбрус» полно- пуск процессоров компании по современным ку, только если она будет справляться со все- стью прекратился в конце февраля 2022 г. нормам. Тем временем «Микрон» пока не ми сценариями использования и окажется не Их производство базировалось на мощно- раскрывает идеи по освоению новых акту- дороже зарубежных аналогов. стях тайваньской компании TSMC – круп- альных техпроцессов. Вместо этого он соби- нейшего в мире контрактного вендора чи- рается вдвое увеличить выпуск кремниевых Глава ассоциации предприятий компью- пов. TSMC отказалась от сотрудничества пластин для чипов с топологией 180–90 нм. терных и информационных технологий с МЦСТ в рамках антироссийских санкций (АПКИТ) Николай Комлев смотрит на воз- и под давлением властей США. Точно так В настоящее время объём их выпуска со- можность перевода «Эльбрусов» на россий- же она поступила с «Байкал электроникс» ставляет 3000 в месяц. К 2025 г. «Микрон», ес- ское производство немного более оптими- (производитель CPU серии Baikal), а в мае ли всё пойдёт по плану, сможет выдавать 6000 стично. Он сообщил РБК, что в нынешнее 2020 г. в аналогичной ситуации оказалась таких пластин за тот же период времени. Раз- время «существует немало задач, для ко- китайская Huawei со своими чипами Kirin. мер финансовых вливаний для осуществления торых вполне хватило бы микросхем с не этого плана составит в пределах 10 млрд руб. самым высоким разрешением». На момент публикации материала не бы- ло известно, планирует ли «Байкал электро- Многие представители российской ИТ- «Вопросы быстродействия для таких за- никс» выпускать свои процессоры в России. сферы отрицательно оценили план МЦСТ по дач не столь критичны, к тому же скорость «Мы рассматриваем все существующие ва- переходу на отечественное производство. или производительность конечного изделия рианты организации производства и ведём Со слов неназванного источника РБК на ИТ- можно нарастить за счёт хорошо настро- множество линий переговоров, однако пока рынке, данная идея является «большим шагом енного софта», – сказал он. Однако, с его не имеем возможности комментировать, да назад» по причине возвращения к древним то- слов, необходимо адаптированное под та- и не хотим публично делить шкуру неубитого пологиям. Он также добавил, что перенос вы- кие CPU программное обеспечение, которо- медведя», – сообщил генеральный директор пуска «Эльбрусов» на мощности «Микрона» го в настоящее время не так много. «Байкал электроникс» Андрей Евдокимов. обойдётся в несколько миллиардов рублей и растянется по меньшей мере на год. По мнению Николая Комлева, инвести- На 30 мая 2022 г. стороны не сообщали, ции в разработку софта под «Эльбрусы» не на каком этапе находятся переговоры и как По прогнозам источника издания, о ши- очень перспективны. «С одной стороны, вы- скоро «Микрон», в теории, может наладить роком спектре использования «Эльбрусов», пускать его тиражами меньшими, чем мил- выпуск «Эльбрусов». Одно известно точно – выпускающихся по техпроцессам до 90 нм, лионы, десятки миллионов, получается не самые современные процессоры МЦСТ рос- можно будет и не думать. Он считает, что очень рентабельно, – сказал изданию гла- сийский чипмейкер производить не сможет. они найдут своё применение в тонких кли- ва АПКИТ. – С другой – большие тиражи ентах, кассовых аппаратах или в каком-то микросхем по устаревшей технологии мо- В ассортименте МЦСТ имеются процессо- спецприменении. «Компьютеров с такими гут быть не востребованными» ры с топологией от 130 до 16 нм включитель- процессорами будет мало, и разработчики но. Возможностей TSMC хватало для выпу- софта должны будут адаптировать его, в www.russianelectronics.ru ска любого из них, так как ещё в конце 2021 г. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 17

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ О необходимости подавления помех, возникающих в цепях цифровых систем при работе электромагнитных реле большой мощности Илья Струков, АО «ВНИИ «Сигнал» (г. Ковров) щая сложная очистка бункера. Иногда воздействие мощной помехи способно В статье рассматриваются способы снижения электромагнитных вывести аппаратуру управления полно- помех, возникающих в цепях цифровой аппаратуры при работе стью из работоспособного состояния, электромеханических реле (контакторов). что потребует его замену или ремонт, произойдёт аварийная длительная Существует множество источников ● правильная прокладка линий связи остановка отгрузки продукции из про- помех, способных вызвать сбой или датчиков информации с устройства- изводства. отказ электронных систем. ми РЗ, а при необходимости – защи- та линий связи от действия помех и Мероприятия по помехозащи- Вспомним, какие существуют наибо- подавления самих помех; щённости необходимо учитывать лее часто встречающиеся виды помех. не только на начальном этапе раз- 1. Помехи, вызванные срабатыванием ● применение витых пар, защитных работки аппаратуры, но и в процес- экранов для прокладки сигнальных се её серийного изготовления – из-за выключателей, реле, пускателей, кон- цепей; постоянных изменений в конструк- такторов, – наносекундного диапа- ции электронных комплектующих, зона маломощные (по международ- ● правильное конструирование аппа- вносимых разработчиками этих ной классификации – EFT). ратной части устройства. самых комплектуюших. Такие изме- 2. Помехи, вызванные работой ре- Решение этих вопросов находит- нения могут привести к непредска- активных нагрузок (двигатели, зуемым последствиям. трансформаторы, а также зарядов ся в ведении разработчиков аппара- конденсаторов и отдачей накоплен- туры и должны решаться на стадии В 2020 году на АО «ВНИИ «Сигнал», ной энергии обратно), – микросе- проектирования схем и интерфей- г. Ковров (входит в холдинг ГК «Ростех»), кундного диапазона мощные (по сов [2]. Если для самого процесса был зафиксирован отказ серийного международной классификации – измерения последствия воздействия электрогидравлического цифрового surge). помех не являются столь критичны- следящего привода (системы) в части 3. Электростатические помехи, напри- ми (не учитывая временную потерю несанкционированной перезагрузки мер, от прикосновения человека или точности измерения в процессе про- цифрового блока управления. заряженных предметов (по междуна- хождения помехи), то для аппарату- родной классификации – ESD). ры управления, содержащей микро- В ходе проведения анализа была 4. Радиопомехи – от работы близкора- контроллер или микроЭВМ, такие установлена причина отказа системы: сположенных радиопередатчиков. последствия могут быть критичными перезагрузка микроЭВМ «Багет-83В» 5. Помехи от природных источников и закончиться полным «зависанием» ЮКСУ.466225.028, входящей в состав (грозовые разряды). устройства и остановкой технологи- цифрового блока управления. 6. Смешанные – например, от дуги сва- ческого процесса. Восстановить рабо- рочного аппарата (широкополосные тоспособность «зависшего» компью- Было установлено, что перезагруз- и при этом мощные). тера получится только программной ка происходила из-за помехи (шума) При этом реальные помехи – это перезагрузкой или полным аппарат- (рис. 1), возникающей в цепи всегда комбинация вышеперечислен- ным перезапуском, иногда с выклю- «SWITCHR» («переключатель») ЭВМ ных помех. чением из сети. «Багет-83В» (разработчик и изгото- Поэтому при разработке аппаратуры необходимо учитывать требования по При этом текущие значения сигналов Рис. 1. Помеха, возникающая при обеспечению помехозащищённости. или промышленные материалы, кото- срабатывании контактов электромеханических Помехозащищённость – это способ- рые подвергались обработке (с помо- реле. Коммутируются 220 В 400 Гц, ток 3 А. ность аппаратуры правильно функци- щью микроЭВМ), например смешению, Параметры помехи: амплитуда – 5 В, онировать в условиях электромагнит- разрезанию, растворению, дозирова- время воздействия – 120 нс ных помех [1]. нию и т.п., уйдут в брак, так как про- Необходимая помехозащищённость цесс их обработки не был закончен обеспечивается только при комплекс- до конца. Если процесс дозирования ном решении ряда вопросов: или смешения требует малого време- ● обеспечение должного превышения ни, например, при смешении горячих уровней информационных сигналов компонентов, его остановка приобрета- над уровнем помех; ет ещё более трагические последствия – компоненты остывают и затвердевают прямо в бункере – требуется последую- 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 2. Вариант доработки для защиты свободных входов микроЭВМ от воздействия электромагнитных помех витель АО КБ «Корунд-М», г. Москва) Рис. 3. Нерекомендуемая разводка силовых цепей в цифровых системах при включении/выключении элек- тромеханических контакторов типа же была доработана (рис. 2). Необхо- 3. Проводники контактной группы, об- КНЕ 220/230 для электровентилятора димо отметить, что применение элек- ходя реле вокруг, создают петлю – из- ЭВ-11-3660 (220 В 400 Гц, 3 фазы) из тромеханических реле (контакторов) лучается радиоволна. состава блока охлаждения, входящего в цифровых и слаботочных системах в состав системы. крайне нежелательно. 4. Нарушен принцип полной гальвани- ческой изоляции нагрузки и управле- Причина отказа системы была тем Использование таких реле заставит ния нагрузкой – присутствует значи- более непонятна, что привод серийно мало того, что делать петлю вокруг тельная ёмкостная связь между всеми производился в течение 7 лет, в кон- самого реле при выводе проводника проводниками, а значит, и связь по струкциях приборов на этапе разра- с клеммы контактной группы на вво- переменному току. ботки были реализованы мероприятия дную клемму щита, расположенную, Чем плотнее корпус прибора запол- (витые пары, экранированные провода, например, снизу, так ещё и вынудит гальваническая развязка питания борт- прокладывать этот проводник парал- нен проводниками и чем длиннее сети и радиоэлементов) по помехоза- лельно с проводником катушки управ- параллельно идущие проводники, тем щищённости цифровых элементов, ления, который идёт непосредственно больше будет между ними ёмкость. изменения в конструкцию электриче- в управляющий контроллер в том же Дополнительно ситуацию ухудшат ских и электромеханических приборов корпусе прибора. параллельно идущие в этом же корпу- не вносились. се проводники неотфильтрованного Нарушится принцип полной гальва- сетевого питания, так как не все разра- При проведении более тщатель- нической изоляции (развязки) и соз- ботчики РЭА задумываются о помехо- ного анализа было установлено, что дастся перекрёстная ёмкость между все- защищённости и пожаробезопасности. электромагнитная помеха проходила ми проводниками, а значит, и связь по В случае прохождения мощной помехи, по свободной (незащищённой) цепи переменному току. На чертеже (рис. 3) например, от сварочного аппарата или «SWITCHR» ЭВМ «Багет-83В», что вос- это наглядно видно. молнии, либо при переключении само- принималось микроЭВМ как логиче- го реле она с лёгкостью перекинется с ская «1» и приводило к перезагрузке Недостатки такого решения. проводника на проводник через воз- электронного прибора. 1. Проводники контактной группы никшую ёмкость и проникнет в управ- ляющий контроллер – произойдёт сбой. Оказалось, что в конструкцию «Багет- реле идут параллельно или пересе- В свою очередь, напомним, что совмест- 83В» разработчики в рамках импор- каются с проводниками катушки ная прокладка линий (в одном канале тозамещения внесли изменения. управления – между ними возника- без разделения перегородкой) напря- В результате микро-ЭВМ стал более чув- ет перекрёстная ёмкость и связь по жением менее 42 В с линиями более ствителен к помехам (шумам) подобно- переменному току. 42 В – запрещена ПУЭ (п. 2.1.16 изд. 7), го рода. После выяснения окончатель- 2. Проводники общего питания кор- что дополнительно сильно затрудняет ной причины отказа разработчикам пуса идут параллельно или пересе- использование таких реле. микроЭВМ было сообщено о недостат- каются с проводниками контактной ках в конструкции «Багет-83В» и даны группы, между ними возникает пе- То есть при управлении реле, напри- рекомендации по их устранению. рекрёстная ёмкость и связь по пере- мер, нагрузкой напряжением 220 В, при менному току. Конструкция электронных приборов с применением данных микроЭВМ так- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 19

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 4. Рекомендуемая разводка силовых цепей в цифровых системах приборы не имеют механических контактов, которые, собственно, и Рис. 5. Эксплуатационные данные твердотельных полупроводниковых реле создают шумы при замыкании/раз- типа МО26-ХХХ-12-МК фирмы АО «Электрум АВ» мыкании. С этой точки зрения пред- ставляют интерес разработки АО выводе проводника с контактной груп- 3. Малая плотность проводников в ко- «Электрум АВ», г. Орел. Предприятие пы он обязательно пересечётся в одном робах – низкая ёмкость между ними. специализируется на разработке и канале с проводником катушки управ- изготовлении твердотельных реле, ления на 24 В, что уже недопустимо пра- 4. Принцип гальванической изоляции оптоэлектронных гальванически раз- вилом (см. рис. 4.). нагрузки и управления нагрузкой ре- вязанных реле и т.д. ализован в полной мере. Достоинства такого решения. Присутствует крайне незначитель- Твердотельное реле переменного 1. При использовании реле такого вида тока типа МО26-ХХХ-12-МК предна- ная (исчезающе малая) ёмкостная связь значено [3] для: (описанных выше) проводники ка- между клеммами катушки управления ● плавной подачи трёхфазного напря- тушки управления не пересекаются с и клеммами контактной группы, а зна- проводниками контактной группы – чит, почти отсутствует связь и по пере- жения в нагрузку; перекрёстная ёмкость между ними менному току. ● аварийного отключения потребите- отсутствует. 2. Проводники общего питания щита Какая же альтернатива существу- лей при пропадании одной из питаю- идут в своём отдельном коробе, ни с ет электромеханическим реле? Это – щих фаз и при возникновении внеш- чем не пересекаясь, – перекрёстная твердотельные реле, реле на оптро- него сигнала аварии. ёмкость отсутствует. нах, служащих для гальванической После подачи управляющего напря- развязки входа и выхода реле. Такие жения микроконтроллерная схе- ма управления определяет очерёд- ность подключённой трёхфазной сети. Это необходимо для организа- ции правильной последовательно- сти управления силовыми ключами (тиристорами). Также схема управ- ления проверяет наличие всех трёх силовых питающих фаз, и при отсут- ствии хотя бы одной происходит ава- рийная блокировка работы твердо- тельного реле. Для наглядного отображения состоя- ния, оперативного изменения настро- ек и управления твердотельное реле МО26-ХХХ-12-МК имеет возможность по средствам интерфейса RS-485 общаться с управляющей программой. При отладке программы использовался преобразователь RS-485/USB, тип изде- лия C2000-USB. Таким образом, использование твер- дотельных реле вместо электромеха- нических способствует повышению помехозащищённости аппаратуры. Реализация комплекса мер по поме- хозащищённости при разработке аппаратуры позволит далее эксплуа- тировать её с высокой степенью надёж- ности. Литература 1. Правила устройства электроустановок, ОАО «ВНИИЭ», 2003. 2. Электротехнический справочник / ред. В.Г. Герасимова. Т. 3. Кн. 2. М., 1988. 3. Паспорт «Микропроцессорное устрой- ство токовой защиты типа МПТ», МПТ20МК/ МПТ200МК-Изм. 5 Изв. 200- 16, прот. № 10; предл. № 274, АО «Элек- трум АВ»; 2020. 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ НОВОСТИ МИРА ПЕТЕРБУРГСКИЕ УЧЁНЫЕ водством доцента кафедры МНЭ СПбГЭТУ Во всём тихоокеанском регионе падение «ЛЭТИ» Натальи Андреевой. рынка акций американских технологических ПРЕДЛОЖИЛИ НОВУЮ МОДЕЛЬ компаний привело к уменьшению спроса ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ Данные соединения представляют со- на IT-оборудование, а расточительные ра- ПАМЯТИ НЕЙРОМОРФНЫХ бой нанослоевые композиции в виде по- нее IT-бизнесы вынуждены затянуть пояса. КОМПЬЮТЕРОВ следовательности слоёв оксидов алюми- Например, серверные чипы для ЦОД были ния и титана, синтезированных методом важным фактором роста полупроводнико- Как рассказали в Санкт-Петербургском атомно-слоевого осаждения. Они обеспе- вой индустрии в течение пары лет, но сокра- государственном электротехническом чивают многоуровневую перестройку ре- щение расходов технологическими компа- университете (СПбГЭТУ) «ЛЭТИ» имени зистивного состояния в широком диапазо- ниями может серьёзно изменить ситуацию. В. И. Ульянова (Ленина), широко распро- не величин для нового поколения памяти в странённая и недорогая кремниевая вы- нейроморфных архитектурах, – пояснили в Хотя дефицит полупроводников, длив- числительная техника сегодня подходит к пресс-службе вуза. шийся более 18 месяцев, в последнее вре- пределам своих возможностей по компакт- мя становится всё менее острым, в первые ности, быстродействию и надёжности. Осоз- В СПбГЭТУ «ЛЭТИ» также отметили, что три месяца текущего года время поставок навая это, научные группы по всему миру для разработки эквивалентной схемы и со- с момента заказа комплектующих всё же ищут новые более эффективные материа- ответствующей системы уравнений учёные увеличилось с 42 до 53 дней. При этом сни- лы и принципы работы компьютеров. Петер- вуза в ходе экспериментов измерили основ- жение спроса на них может негативно ска- бургский вуз в этом плане не исключение. ные характеристики синтезированных струк- заться на компаниях, накопивших большие тур и провели анализ протекающих в них запасы электронных компонентов. физических процессов. Реализацию и апро- бацию предложенной модели исследовате- ли выполнили в среде MATLAB. Сейчас учё- ные стараются интегрировать модель мем- ристоров в библиотеки SPICE-моделей, которые широко используют исследовате- ли и разработчики во всем мире. iot.ru По мнению учёных СПбГЭТУ «ЛЭТИ», од- ДЕФИЦИТ ЧИПОВ ОСЛАБЕВАЕТ, В Восточной Азии, где расположены боль- но из перспективных направлений поиска – шинство поставщиков, могут ощутить не- разработка мемристоров. Эти наноразмер- И ЭТО ПЛОХАЯ НОВОСТЬ ДЛЯ гативные последствия от падения объёмов ные электрические элементы способны под АЗИАТСКИХ ЭКОНОМИК заказов чипов. Известно, что санитарные действием напряжения изменять значение ограничения в Шанхае и других китайских своего сопротивления и «запоминать» но- Производители чипов и другие постав- городах в связи со вспышкой COVID-19 вое состояние на длительное время. При щики комплектующих для электроники в вызвали падение спроса и предложения этом, чтобы «хранить» заданный уровень последние пару лет получали огромные не только в самом материковом Китае, но сопротивления (резистивного состояния), прибыли за счёт высокого спроса на свою и в соседних экономиках – на Тайване и в таким устройствам не нужно потреблять продукцию. Тем не менее меняющаяся эко- Южной Корее. энергию, благодаря чему можно создавать номическая обстановка в мире способна не- миниатюрные и энергонезависимые элемен- гативно сказаться как на показателях самих По некоторым данным, южнокорейский ты с функциями и обработки, и хранения поставщиков полупроводников, так и участ- экспорт немного вырос в мае в сравнении информации. никах их логистических цепочек. с аналогичным месяцем прошлого года, но только потому, что в 2021 году в мае было «Разработанная схемотехническая мо- Как сообщает The Wall Street Journal, меньше рабочих дней. По данным Morgan дель описывает функционирование и ха- замедление роста китайской экономики и Stanley, экспорт полупроводников и пане- рактеристики плёночных структур на осно- экономические колебания в американском лей для дисплеев в сравнении с апрелем, ве материалов, перспективных для созда- технологическом секторе снизят спрос на наоборот, упал. Снятие санитарных огра- ния мемристоров, с учётом вариабельности электронику со стороны как обычных поль- ничений в китайских городах может приве- их основных параметров с целью повыше- зователей, так и корпоративных клиентов. сти к кратковременному росту, но серьёз- ния точности результатов моделирования и Уже начали сокращаться поставки смартфо- ных изменений не ожидается как минимум эффективности проектирования устройств, нов и компьютеров. Так, по данным агент- до начала 2023 года. использующих мемристоры в качестве эле- ства IDC, в первом квартале 2022 года по- ментной базы, прежде всего, нейроморф- ставки упали на 8,9% в сравнении с первым Складывается весьма непростая ситуа- ных вычислительных устройств, принципы кварталом прошлого, а поставки компью- ция. Гиганты вроде TSMC, вероятно, мень- функционирования которых подобны алго- теров за тот же период снизились на 5,1%. ше пострадают благодаря своей доминиру- ритмам работы мозга,» – прокомментиро- ющей позиции на рынке, а вот более мел- вал профессор кафедры микро- и наноэ- В целом в мире по мере снятия панде- кие азиатские бизнесы ожидают непростые лектроники (МНЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Ев- мийных ограничений интерес покупателей времена. гений Рындин. смещается с покупки товаров на услуги. Ситуация усугубляется с развитием эко- wsj.com Материалы и структуры мемристоров номического кризиса и продолжающими- синтезировала группа учёных под руко- ся вспышками COVID-19 в Китае. В Подне- бесной в первом квартале продажи смарт- фонов упали на 14,1%. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 21

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Инфракрасный радар-парковщик Александр Одинец ([email protected], г. Минск, Беларусь) ника формируется уровень лог. «0», кото- рый записывается в выходной регистр. В статье рассмотрено устройство, помогающее припарковать автомобиль в стеснённых условиях. Его также можно использовать Индикатором степени приближения и в других случаях, когда требуется приблизительная оценка служит линейная шкала из шестнадцати приближения объекта к препятствию. Благодаря схемотехническому светодиодов, действующая по принципу исполнению возможна реализация устройства на ПЛИС. светящегося столба. При дальности, пре- вышающей пределы чувствительности Общие сведения ность). То есть чем дальше препятствие, данного прибора, светятся все шестнад- тем слабее отражённый от него свет. цать светодиодов шкалы, а с приближе- В данном устройстве использует- нием к препятствию светящийся столб ся метод локации с помощью инфра- Измерение интенсивности производит- укорачивается (уменьшается число све- красного излучения, рассмотренный ся шестнадцатиступенчатым способом, тящихся светодиодов). Шкала может в статье [1]. Сущность метода состоит причём в процессе измерения чувстви- состоять из разноцветных светодиодов. в следующем. Поскольку использова- тельность приёмника остаётся макси- ние светового излучения в локации на мальной и неизменной. Изменяется (шест- Схема и принцип работы небольших расстояниях не позволя- надцатью ступенями) яркость посланного ет определять расстояние по скорости навстречу препятствию инфракрасно- Схема электрическая устройства пока- возврата отражённого сигнала (как это го излучения. Яркость этого излучения зана на рис. 1, а временна′ я диаграмма его делается в акустической локации), здесь ступенчато нарастает, и, когда её будет работы – на рис. 2. Устройство состоит из: применяется способ, в котором измеря- достаточно для приёма цифровым фото- ● задающего генератора на элементах ется не скорость возврата отражённо- приёмником с фиксированным порогом го сигнала, а его интенсивность (мощ- чувствительности, на выходе фотоприём- DD1.1 и DD1.2, стабилизированного кварцевым резонатором ZQ1 на ча- VD1-VD8 R2 - R9 R19 R20 ȼ стоту 432 кГц; 1N4148 510 Ɉɦ 330 10K ● счётчиков-делителей: DD2.1, DD2.2, DD5 DD7 DD3.1, DD3.2; ● схемы формирования импульсов RG 1 3 14 DS RG R21 - R28 HL2-HL9 синхронизации DD4.1…DD4.4; 4 220 Ɉɦ ● буферного регистра DD5, DD6; ȼ 1 DR 2 5 ● выходного регистра DD7, DD8; 2 & 6 DA1 15 ● резистивной матрицы R2…R17; 3 2 Q0 1 ● ИК-излучающего светодиода HL1 и 4 3 + 11 SH Q1 фотоприёмника DA1; 5 10 1 ɋ Q2 2 ● светодиодной линейки HL2…HL17; 9R 6 11 ɦɤɎ 12 ST Q3 3 ● стабилизатора питающего напряже- 7 12 ȼ 13 OE Q4 4 ния DA2. 8 13 Q5 5 Датчик состоит из инфракрасного Q6 6 светодиода от пульта ДУ телевидеотех- 8C DA1 - TFMS5360 Q7 7 ники и интегрального фотоприёмни- ка типа TFMS5360 со встроенным уси- 10 MR Q7’ 9 лителем-компаратором и резонансным фильтром на частоту 36 кГц. Свет, излу- DD6 VD9-VD16 R10 - R17 чаемый ИК-светодиодом, модулирован 1N4148 510 Ɉɦ такой же частотой, поэтому система RG маловосприимчива к помехам от каких- то устройств, излучающих инфракрас- 1 DR 1 3 HL1 DD8 ное излучение. Единственное, что может 2 & 2 4 помешать работе датчика, это включён- VT1 14 DS RG R29 - R36 HL10-HL17 ный пульт дистанционного управления 35 ɄɌ972A 220 Ɉɦ телевизором или другой телевидеоаппа- 46 R18 ратурой. Но пультами для телевизоров 9R 5 10 1K 11 SH Q0 15 крайне редко пользуются на парковках 6 11 Q1 1 и в гаражных боксах. 12 ST Один полный цикл работы устройства 13 OE Q2 2 состоит из 16 тактов (см. рис. 2), в каж- 7 12 Q3 3 дом из которых формируется по одно- 8C 8 13 Q4 4 му импульсу синхронизации буферного («Clk1») и выходного («Clk2») регистров. =4ɄȽɰ Q5 5 Ток на ИК-светодиод HL1 поступает Q6 6 Q7 7 DD1.1 DD1.2 10 MR Q7’ 9 1&3 4 &6 2 5 R1 ȼ Ʉ DD2.1 DD1.3 DD1.4 DD3.1 12DD4.1 1 C CT2 1 3 1 C CT2 1 3 13 13 & 10 & & DD4.3 24 11 24 &11 10 45 8 45 8 Clk2 2R 86 2R 86 12 9 9 DD3.2 DD4.2 DD4.4 ȼ R37 DD2.2 13 C CT2 1 11 1&3 5 & 6 Clk1 10 K 2 4 13 C CT2 1 11 fT ɄȽɰ 2 10 4 9 2 10 C1 49 12 R 88 ɦɤɎ 12 R 88 ''ɄɊɅȺ+&1 ''ɄɊɂɊ+&1 ȼ DA2 17 VD17 ''ɄɊɂȿ+&1 ''ɄɊɂɊ+&1 2 ''ɄɊɂȿ+&1 DD7 - 74AC 595N ȼ ''ɄɊɅȺ+&1 DD8 - 74AC 595N +ɋ 8 + ɋ '$ɄɊȿɇȺ/ 1000 ɦɤɎ 1000 ȼ ɦɤɎ ȼ Рис. 1. Инфракрасный радар-парковщик. Схема электрическая принципиальная 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ через резистивную матрицу R2…R17 и DD3.1 зависит от текущего состояния буфер- ɜɵɜɨɞ ного регистра (DD5, DD6). В начальный DD3.1 момент времени буферный регистр ɜɵɜɨɞ обнулён, а значит, на всех его выходах присутствуют уровни лог. «0». Ток через Clk1 ИК-светодиод равен нулю. По спаду пер- Clk2 вого же отрицательного импульса «Clk1» DD3.2 в первый разряд регистра DD5 записы- ɜɵɜɨɞ вается уровень лог. «1» и через резистор DD3.2 R2 и светодиод HL1 начинает проте- ɜɵɜɨɞ кать ток, равный 1/16 от максимально- ɜDɵDɜ3ɨ.ɞ2 го значения. Модуляция ИК-излучения DD3.2 с частотой 36 кГц происходит благода- ɜɵɜɨɞ ря подаче прямоугольных импульсов на базу транзистора VT1 с выхода младше- Рис. 2. Временна′я диаграмма работы устройства го разряда счётчика DD2.2 (вывод 11). ɋɬɨɪɨɧɚɩɟɱɚɬɧɵɯɩɪɨɜɨɞɧɢɤɨɜ Инфракрасный сигнал, излучённый светодиодом, отражается от препятствия R4 VD3 R19 R20 и попадает на фотоприёмник DA1. Если мощности отражённого сигнала окажет- +ȼ VD17 HL1 C3-+' DD6 DD5 + DA1 ся достаточно (препятствие близко), то на GND выходе фотоприёмника DA1 будет сфор- DA2 Ʉ C2- мирован уровень лог. «0», который по спа- ɗȻ ду первого же импульса синхронизации -+ VD16 VD15 VD14 VD13 VD12 VD11 VD10 VD9 VD8 VD7 VD6 VD5 VD4 VD2 VD1 «Clk2» запишется в первый разряд выход- C4+ C3- ного регистра DD7. Если мощности отра- жённого сигнала окажется недостаточно, DD3 DD4 R18 R17 R16 R15 R14 R13 R12 R11 R10 R9 R8 R7 R6 R5 R3 R2 то в первый разряд выходного регистра VT1 DD7 будет записан уровень лог. «1». C1 DD8 DD7 После прохождения шестнадцати тактов работы устройства в буферный ZQ1 регистр (DD5, DD6) будет записано шест- надцать логических единиц, а в выходном R1 регистре (DD7, DD8) окажется инфор- мация о расстоянии до объекта. По спа- DD1 ду импульса на выходе старшего разряда DD2 счётчика DD3.2 и дифференцированию его цепочкой C1-R37 эта информация R37 будет переписана в выходные триггеры- R36 защёлки ИМС DD7, DD8. Одновременно R35 будут обнулены ИМС DD5, DD6 буферно- R34 го регистра. Таким образом, на светодиод- R33 ной линейке HL2…HL17 будет отображать- R32 ся информация о расстоянии до объекта R31 в виде убывающего столба. Когда же пре- R30 пятствие удалено за пределы чувствитель- R29 ности парковщика, создаётся эффект све- R28 чения всех шестнадцати светодиодов. R27 R26 Конструкция и детали R25 R24 Устройство собрано на печатной плате R23 из двустороннего фольгированного сте- R22 клотекстолита толщиной 1,5 мм разме- R21 рами 100×150 мм (рис. 3). После монта- жа ИК-светодиода HL1 и фотоприёмника HL17 HL16 HL15 HL14 HL13 HL12 HL11 HL10 HL9 HL8 HL7 HL6 HL5 HL4 HL3 HL2 DA1 на плату приклеивают перегородку из чёрной светонепроницаемой пласт- ɋɬɨɪɨɧɚɤɨɦɩɨɧɟɧɬɨɜ массы, чтобы исключить возможность прямого попадания ИК-излучения све- HL17 HL16 HL15 HL14 HL13 HL12 HL11 HL10 HL9 HL8 HL7 HL6 HL5 HL4 HL3 HL2 тодиода на фотоприёмник. ИМС серии КР1564 заменимы на ИМС серии КР1554 R1 DD1 DD2 R37 R36 R35 R34 R33 R32 R31 R30 R29 R28 R27 R26 R25 R24 R23 R22 R21 ZQ1 C1 DD8 DD7 DD3 DD4 R18 100 VT1 R17 R16 R15 R14 R13 R12 R11 R10 R9 R8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 ɗȻ VD16 Ʉ VD15 VD14 +- VD13 C4- C3+ VD12 VD11 DA2 VD10 VD9 VD17 VD8 VD7 VD6 VD5 VD4 VD3 VD2 VD1 GND HL1 C3-' DD6 DD5 C2- DA1 +ȼ + + R19 R20 150 Рис. 3. Инфракрасный радар-парковщик. Схема печатной платы или их импортные аналоги 74HCxx или ных деталей, начинает работать сразу же 74ACxx. Маломощные кремниевые дио- при включении. Единственное, что может ды могут быть из серий КД521, КД522, потребоваться – это подобрать сопротив- 1N4148 или аналогичные. Резисторы ления резистивной линейки R2…R17 при применены типа МЛТ-0,125. Оксидные условии использования ИК-светодиода, конденсаторы могут быть типа К50-35 рассчитанного на больший рабочий ток, или импортные. Интегральный пятиволь- к примеру, SFH485. В таком случае можно товый стабилизатор использован типа получить ещё бо′льшую дальность рабо- КР142ЕН5А. Фотоприёмник DA1 может ты на отражение. быть типа TFMS5360 или аналогичный на частоту 36 кГц от телевидеоаппаратуры. Литература В настройке и отладке устройство не 1. Абрамов С.М. Инфракрасный радар // нуждается и, при использовании исправ- Радиоконструктор. 2004. № 1. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 23

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ЗУ для Li-Ion АКБ 6F22 («Крона») Сергей Глибин (г. Москва) ЗУ собрано на микросхеме DA1 К142ЕН3А. Микросхемы серии Предлагается вариант ЗУ на интегральных стабилизаторах серии К142ЕН3, К142ЕН4 [2] способны под- К142ЕН3, К142ЕН4 для заряда Li-Ion аккумуляторных батарей 6F22 держивать заданное выходное напря- («Крона») с номинальным выходным напряжением 7,4 В. жение в ЗУ литиевых аккумуляторов на этапе CV с достаточно стабиль- Владельцы большинства моделей да и сложностям схемных решений. ным уровнем. Резистивный делитель малогабаритных цифровых мульти- В настоящее время, с появлением в R6R7R8, задающий выходное напря- метров в качестве штатного источ- широкой продаже Li-Ion АКБ типо- жение на этапе CV, подключён к выхо- ника питания обычно используют размера 6F22 с номинальным напря- ду микросхемы через диод VD2. Диод гальваническую батарею типораз- жением 7,4 В, ёмкостью 500–650 мA·ч отключает АКБ GB1 по окончании мера 6F22 с номинальным выходным (и более), становится целесообраз- заряда от выхода микросхемы. Нали- напряжением 9 В, более известную у ным их приобретение и установка чие встроенных узлов защиты в микро- нас в просторечии под названием взамен никелевых благодаря низ- схеме для ограничения максимального «Крона». кому саморазряду, большому коли- тока нагрузки обеспечивает постоян- честву циклов заряд/разряд, мало- ство зарядного тока на этапе СС. Рези- Сейчас далеко не каждый знает, что му внутреннему сопротивлению стор R4, задающий зарядный ток на это название произошло от бренда и отсутствию эффекта памяти [1]. этапе СС, включён по типовой схеме [2]. солевой батареи, выпускавшейся пред- Конечно, при этом сразу возникает Предусмотрено автоматическое отклю- приятием «Крона» во времена СССР с потребность в подходящем ЗУ с осо- чение АКБ GB1 от ЗУ по достижении надписью «Крона» на корпусе батарей. бым алгоритмом работы, состоящем конечного зарядного тока. Для автома- От них питалось большинство отече- из двух этапов: сначала – CC (англ. тического отключения применён узел ственных малогабаритных (карман- Constant Current – постоянный ток), на транзисторе VT1. По достижении ных) приёмников тех лет. Приёмники затем – CV (Constant Voltage – посто- конечного зарядного тока, заданного остались в прошлом, а название бата- янное напряжение) [1]. резистором R2, транзистор закрывает- реи продолжает жить. ся, и на вход выключения микросхемы Схема ЗУ приведена на рис. 1. DA1 (вывод 6) через резистор R1 посту- Для её замены на аналогичные Основные технические параметры: пает напряжение более 0,9 В. Заряд АКБ Ni-Cd или Ni-MH (далее никелевые) ● напряжение питания, 12 В; прекращается. Диод VD1 ограничива- аккумуляторные батареи (АКБ) ● зарядный ток на этапе СС, 250 мА; ет падение напряжения на резисторе было опубликовано немало статей ● выходное напряжение на этапе CV, 8,4 В; R2 до уровня не более 0,8 В. о зарядных устройствах (ЗУ), раз- ● конечный зарядный ток, 30 мА. личных по своим алгоритмам заря- Печатная плата и расположение элементов ЗУ приведены на рис. 2. Рис. 1. Схема зарядного устройства Микросхема DA1 К142ЕН3А заменима на К142ЕН3Б, К142ЕН4А, К142ЕН4Б, 142ЕН3, 142ЕН4 или на КР142ЕН3 в пластмассовом корпусе 1102.9-5 (SIP-9). Последняя имеет другое расположение выводов. Нумерация её выводов указа- на на рис. 1 в скобках, а печатная пла- та и расположение элементов приве- дены на рис. 3. Следует отметить, что при заряжен- ной АКБ, когда транзистор VT1 закры- вается и формирует сигнал выклю- чения на выводе 6 микросхемы DA1, светодиод HL1 L-53MGD или его ана- лог гаснет не до конца, продолжая светить с малой яркостью. Это свя- зано с тем, что остаточное напряже- ние на верхнем выводе резистора R5 превышает 2 В. Для сверхъярких све- тодиодов малой мощности требует- ся большее прямое напряжение для свечения, поэтому они будут гаснуть полностью. При их установке яркость свечения в рабочем режиме ЗУ уста- 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 2. Печатная плата ЗУ и расположение его элементов Рис. 4. Фото собранного устройства Рис. 3. Печатная плата и расположение элементов на КР142ЕН3 навливают подбором номинала рези- равное 8,4±0,1 В. Возможно, понадобит- Рис. 5. Теплоотвод для устройства от стора R5. ся небольшая корректировка номина- видеокарты ла резистора R6 или R7 из-за разбро- Фото собранного устройства пока- са опорного напряжения микросхем, 5…10% резистор можно определить из зано на рис. 4 и рис. 5. Теплоотвод достигающего ±10% [2]. По завершении формулы снят со старой компьютерной видео- установки отрезок провода удаляют. карты. Он закреплён на крепёжных ЗУ готово к работе. R2 = 0,6/(Iк + 0,01) . пластинах микросхемы DA1 двумя Ток Iк подставляют в амперах, доба- винтами М3 через сквозные отвер- Конечный зарядный ток (Iк) можно вочное число 0,01 учитывает ток потре- стия. Для исключения деформации изменить. Сначала рассчитывают по бления микросхемой (в амперах). корпуса микросхемы под пласти- закону Ома сопротивление нагрузки, Зарядный ток на этапе СС изменяют нами со стороны печатной платы подключаемой вместо АКБ: подбором сопротивления резистора R4, установлены две шайбы, а со сторо- подключив к ЗУ разряженную АКБ, или ны теплоотвода – два вкладыша из R = Uвых/Iк. из формулы алюминия размером 9×9 мм и тол- Для конечного тока 30 мА оно равно R4 = 1,25/Iз – 0,5 – 0,023(Uвх – Uвых)/Iз, щиной 3–4 мм с отверстиями диа- 280 Ом. Подключают нагрузку сопро- где Iз – зарядный ток в амперах. метром 3 мм. Для лучшего теплового тивлением, полученным при расчёте, контакта на вкладыши снизу и сверху к выходу ЗУ. Вместо резистора R2 уста- Литература нанесён тонкий слой теплопроводя- навливают подстроечный сопротив- щей пасты. лением 30…50 Ом. Подают питание и 1. Хрусталёв Д.А. Аккумуляторы. М.: Изум- движком подстроечного резистора, руд, 2003. 224 c. После сборки перед эксплуатаци- плавно уменьшая его сопротивле- ей необходимо установить значение ние, добиваются гашения или резко- 2. Игнатьев Ю. Микросхемы К142ЕН3 и выходного напряжения ЗУ для этапа CV. го падения яркости свечения светоди- К142ЕН4. Справочный листок // Радио. Установку проводят без подключения ода HL1. Далее удаляют подстроечный 1986. № 4. C. 61; № 5. С. 59, 60; № 6. С. 61. АКБ. Сначала отрезком монтажного резистор, измеряют его сопротивле- провода замыкают выводы конден- ние и устанавливают постоянный сатора С2. Затем подают напряжение резистор из имеющихся в распоря- питания 12 В и подбором резистора R8 жении с сопротивлением, более близ- устанавливают выходное напряжение, ким к измеренному. C погрешностью СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 25

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Разработка автоматизированной системы управления балансировкой шлифовальных кругов на основе цифрового двойника Елизавета Каширская, Аслиддин Назриев за количеством материала, и перед тем как материал будет заканчиваться, ЦД Актуальная задача металлообработки вообще и обработки даст визуализированное сообщение о шлифованием в частности – обеспечение заданного уровня качества том, что нужно пополнить материал на выпускаемых изделий, для чего необходима своевременная складе. Также идёт запись в базу данных балансировка шлифовального круга. Экспериментальные исследования, (рис. 2), сколько было израсходовано и проведённые авторами данной работы, показали, что автоматизация сколько осталось на складе материала. балансировки шлифовальных кругов на основе цифрового двойника в процессе его работы помогает устранить дисбаланс во время Входными значениями ЦД являют- шлифования, при этом повышая качество работы и экономя ресурсы ся (рис. 3): и время. На основе данного заключения был разработан цифровой ● состояние станка; двойник для разных станков балансировки шлифовальных кругов. ● готовность шлифовального круга; В статье проведён обзор применения цифрового двойника ● количество используемых деталей технологического процесса шлифования и балансировки шлифовальных кругов. Определены причины возникновения вибрации при круглом на складе. шлифовании, также были изучены методы борьбы с ними для Выходные значения ЦД: повышения точности обработанной детали. Поставлена и решена ● состояние станка; задача разработки системы управления и цифровым двойником ● готовность шлифовального круга к технологического процесса. работе; ● количество правок; Введение высокое качество выпускаемых заго- ● остаток и сколько было израсходо- товок. вано материала на складе; В отрасли металлообработки один из ● дисбаланс круга; важнейших процессов – это шлифова- Основная часть ● колебания шлифовального круга. ние деталей. Возникающие вследствие неуравновешенности круга динамиче- Разработка автоматизированной Разработка программного ские силы вызывают вибрацию шпин- системы управления обеспечения системы управления деля станка, вследствие чего ухудшает- балансировкой шлифовальных ся качество шлифуемой поверхности, кругов на основе цифрового Система управления – это сово- чрезмерно растёт износ подшипни- двойника купность элементов и набор средств, ков и круга, уменьшается срок служ- позволяющих собирать сведения о бы станка. Цифровой двойник (ЦД) техноло- контролируемом объекте и средствах гического процесса позволяет управ- воздействий, которые были направле- На геометрическую точность обра- лять процессом балансировки и пред- ны на поведение объекта для достиже- ботки, в первую очередь, влияет урав- сказывает, когда круг разбалансируется, ния поставленных целей. новешенность шлифовального круга. а также ЦД может предсказывать, через Тщательная балансировка шлифоваль- какой промежуток времени нужно сде- Устройство для автоматической ных кругов гарантирует длительную лать правку круга (рис. 1). ЦД следит балансировки шлифовальных кругов и безопасную эксплуатацию станка и состоит из электронного измеритель- ного прибора с датчиком колебаний. Рис. 1. Авария и правка шлифовального круга Рис. 2. База данных шлифовальных станков и кругов 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 3. Структурная схема цифрового двойника балансировки Рис. 4. Узел регулирования масс балансира аб лансировать круг) можно поворотом K2 на 60° против часовой стрелки. Понят- Рис. 5. Схема сил, действующих в плоскости центра тяжести круга в начальный момент но, что сила P(t), действующая на вра- балансировки (а, б) щающийся шпиндель шлифовального круга, изменится за время поворота K2 Неуравновешенность шлифовально- точность обработки (размер, продоль- от P(t) = Δ до P(t) = 0. го круга определяется измерительным ную и поперечную геометрию). устройством. На рис. 5б представлена упрощённая Для создания модели процесса балан- модель колебательной системы шпин- Для разработки системы управления сировки шлифовального круга нужно деля при воздействии переменной была создана математическая модель. построить траекторию движения цен- силы P(t). Поскольку наиболее важны- тра масс системы непосредственно во ми являются колебания в направлении Моделирование процесса время работы шлифовального круга. радиальной силы резания, рассматри- балансировки Узел регулировки масс (рис. 4) пред- ваются перемещения шпинделя вдоль ставляет собой два кольца с регулиру- оси X, совмещённой с направлением На качество обработки и точность емыми массами 1 и 2, помещённые в радиуса шлифовального круга. влияют погрешности, возникшие центре тяжести шлифовального круга вследствие дисбаланса шлифовально- на плоскости 3, в пазу 4. Уравнение движения расчётной мас- го круга. Балансирующие устройства, сы для этой схемы имеет вид: разрабатываемые в мире, позволяют Производится балансировка поворо- балансировать шлифовальный круг в том колец поочередно 1 и 2 в сторону , (1) процессе обработки деталей. Возни- снижения дисбаланса при последова- кает вопрос о влиянии балансировки тельном подключении привода к пер- где h – коэффициент затухания коле- на качество поверхности обрабатыва- вому кольцу, затем вновь ко второму баний системы; емой детали. и т.д. Дисбаланс снижается со временем до требуемого уровня. Задачей баланси- x – расстояние между центром масс Образующуюся при круглом шлифо- ровки является создание вектора силы, шлифовального круга и мгновенным вании поверхность можно рассматри- равного вектору дисбаланса и проти- центром его вращения; вать как след движения одной произво- воположно направленного ему, за счёт дящей линии по другой: образующей поворота регулируемых масс 2 и 1. На c – жёсткость шпинделя; по направляющей. Производящие рис. 5a показана схема действующих — частота собственных коле- линии задаются формирующими дви- сил в плоскости центра тяжести кру- жениями, точность которых обусловле- га в начальный момент балансировки. баний; на классом точности станка. Здесь K1 и K2 – дисбалансы регулируе- K1, K2 – дисбалансы регулирующих мых масс 1 и 2, а Δ – дисбаланс шлифо- Для оценки этого влияния необходи- вального круга. Если рассмотреть слу- масс; мо проанализировать весь частотный чай, где показано K1 = K2 = Δ и α = 60°, m – суммарная масса шлифовально- спектр относительных колебаний с то очевидно, что получить замкнутую целью качественной оценки влияния систему трёх данных векторов (т.е. отба- го круга и шпинделя; отдельных частот на характер формо- α – угол между Д, К1 и К2; образования и, в конечном итоге, на t – время; ω – разность между угловой скоро- стью регулирующей массы и угловой скоростью круга. Работа была реализована с помощью программы SimInTech в структурной схеме, показанной на рис. 6. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 27

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ нение шлифовального круга. Приме- ры работы ЦД представлены на рис. 8, 9 (смотрите в электронной версии жур- нала). Рис. 6. Структурная схема системы управления Визуализация системы управления (СУ) Рис. 7. Система управления на стенде завода «ФИЗПРИБОР» На визуализации СУ показана балан- Программная часть системы ● готовность круга к работе (шлифо- сировка шлифовального круга, на кото- управления вальный круг с каждой правкой ста- рой будет загораться сигнал о том, новится меньше по размерам, при- включён или выключен станок. Пока- На рис. 7 показана программа систе- мерно на 5 процентов от начального зывается, в каком состоянии находит- мы управления. Система управления состояния). ся балансир (в работе/включен/готов), была разработана с помощью матема- ЦД будет выдавать значения дисба- также есть окна, на которых виден теку- тической модели. щий, допустимый и программный дис- ланса круга, а система управления будет баланс круга. Кнопки выбора режи- Описание программных блоков: исправлять дисбаланс. ма работы балансировки нужны для 1. блок «Входные данные» собирает выбора ручного или автоматического На визуализации показана модель режима, также есть лампочка аварии и значения с датчиков и передаёт в ЦД, которая выполняет балансиров- кнопка сброса аварии, сигнал правки. программу; ку шлифовального круга (рис. 8 смо- Измерения колебаний показывает шка- 2. блок «Служебные блоки» – функцио- трите в электронной версии журнала). ла, где отклонение может быть на 3 гра- нальный блок «БКИН», который по- На визуализации есть кнопка включе- дуса вправо и 3 градуса влево. Пример казывает напряжение на выходе из ния и выключения ЦД, также есть лам- работы СУ представлен на рис. 10, 11 блока; па, которая загорается при аварии, и (смотрите в электронной версии жур- 3. блок «Стойка ввода аналоговых па- кнопка для сброса аварийного режи- нала). раметров для 4HZ02» не использует- ма. Дополнительно показан график ся в системе; правки и окно, где выводится количе- Заключение 4. блок «Система управления» – схе- ство правок за весь жизненный цикл матичное представление системы шлифовального круга, также есть В процессе работы были изучены управления; кнопка сброса правки. Кнопка сброса принципы технологического процес- 5. блоки из базы данных отправляют на правки нужна для обнуления значения са шлифования деталей типа «вал». другую машину параметры, которые правки – это будет происходить, если В результате работы был проведён срав- получают с цифрового двойника; система автоматически не будет сбра- нительный анализ оборудования и 6. блок «Выходные данные» передаёт сывать значение после выполнения спроектированы система управления и сигналы из программы на датчики. замены шлифовального круга. Состо- цифровой двойник процесса баланси- яние круга зависит от его правки, при ровки шлифовальных кругов. Предло- Визуализация цифрового каждой правке шлифовальный круг в женный цифровой двойник прогнози- двойника среднем теряет 5 процентов от своих рует и мониторит входные и выходные предыдущих размеров. Окно «Состоя- данные технологического процесса Цифровой двойник будет делать ние станка» показывает число 1, если балансировки шлифовального круга, четыре предсказания: станок включен, и значение 0, если ста- а также записывает в базу данных зна- ● сколько материала осталось на скла- нок выключен. Информацию о станке чения, которые обрабатывает цифро- ЦД получает от системы управления. вой двойник. Применение разработан- де (будет учитываться, сколько шли- Окно «Остаток на складе» и «Израсхо- ной системы позволит добиться более фовальных кругов было использова- довано материала» берётся из базы дан- точной обработки деталей типа «вал» и но и сколько осталось); ных, которая ведёт подсчёт количества тем самым снизить затраты и время на ● через какое время необходимо материала, база данных показана на обработку деталей. сделать правку (правка круга бу- рис. 2. Модель балансировки показы- дет зависеть от того, насколько вает, на какой угол происходит откло- Какими бы точными ни были стан- часто происходила балансиров- ки, процесс шлифования всегда сопро- ка круга); вождается различными возмущения- ● когда наступит дисбаланс круга; ми, поэтому дальнейшее повышение точности шлифования возможно лишь с применением автоматическо- го управления и диагностики, чем и определяется актуальность данного исследования. Для диагностики про- цесса была предложена схема расчё- та, которая позволила теоретически исследовать поведение неуравнове- шенного шлифовального круга в про- цессе работы с учётом упругих свойств абразива. 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Результаты моделирования могут International Conference on Control in 7. Kashirskaya E.N., Kholopov V.A., быть использованы для решения задач Antonov S.V., Pimenov A.V. Transient оптимизации процесса шлифования, Technical Systems (CTS), IEEE. P. 307–310. oscillatory processes at the balancing device прогнозирования качества выпускае- operation of abrasive wheel grinder. J Phys мых изделий и проектирования систем 3. Zarubin G., Deev К.А. Process model Conf Ser 1679:022070 // URL: https://doi. автобалансировки. В результате тести- org/10.1088/1742-6596/1679/2/022070. рования прототип системы продемон- of digital manufacturing // Russian стрировал стабильную и корректную 8. Московский завод «ФИЗПРИБОР». работу. Выявленные недостатки были Engineering Research. 2017. V. 37. М. 8. Программно-технические комплексы оперативно устранены. Однако систе- средств автоматизированного управле- му можно развивать в дальнейшем Р. 714–719. ния ПТК САУ: описание комплекса тех- для большего количества выполняе- нических средств // Документация про- мых задач. 4. Byrne G., Ahearne E., Cotterell M., дукта. 2017. С. 20–40. Литература Mullany B., O’Donnell G.E., Sammler F. High 9. ГОСТ Р 57412-2017. Компьютерные моде- ли в процессах разработки, производства 1. Kashirskaya E.N., Kurnasov E.V., Kholopov V.A., Performance Cutting (HPC) in the New Era и эксплуатации изделий. Shmeleva A.G. Methodology for assessing the implementation of the production process of Digital Manufacturing – A Roadmap. 10. Генис Б.М. Шлифование на кругош- // 2017 IEEE II International Conference on лифовальных станках // Б.М. Генис, Control in Technical Systems (CTS), IEEE. Procedia CIRP 46:1–6 // URL: https://doi. Л.Ш. Доктор, В.С. Терган. М.: Высш. шк., P. 232–235. 1965. 57–59 с. org/10.1016/j.procir.2016.05.038. 2. Kashirskaya E.N., Kholopov V.A, 11. Степынин С.С. Цифровой двойник как Shmeleva A.G., Kurnasov E.V. Simulation 5. Pan X., Lu J., Huo J., Gao J., Wu H. A Review инструмент подготовки производства model for monitoring the execution of // Сб. тезисов докладов XLIV Между- technological processes // 2017 IEEE II on Self-Recovery Regulation (SR) Technique нар. молодёжной научн. конф. «Гага- ринские чтения – 2018». М.: НИУ МАИ, for Unbalance Vibration of High-End 2018. 245 с. Equipment. Chinese J Mech Eng 33:89 // URL: https://doi.org/10.1186/s10033-020- 00514-7. 6. Okita T., Kawabata T., Murayama H., Nishino N., Aichi M. A new concept of digital twin of artifact systems: Synthesizing monitoring/inspections, physical/ numerical models, and social system models. Procedia CIRP 79:667–672 // URL: https:// doi.org/10.1016/j.procir.2019.02.048. НОВОСТИ МИРА ЗАКРЫТЫЙ АМЕРИКАНЦАМИ зал Алексей Калинин, председатель сове- пании крупные западные корпорации, сре- РОССИЙСКИЙ ЗАВОД JABIL та директоров компании. О покупке произ- ди которых Amazon, Apple, CiscoSystems, КУПИЛА КОМПАНИЯ «АКВАРИУС» водственно-логистического комплекса «Ак- Hewlett-Packard, Ericsson, Tesla и т.д. вариусом» стало известно в марте 2022 г. Российский производитель серверов и СХД Инвестиции в проект составят 5 млрд руб. С февраля 2022 г. «Аквариус» официально «Аквариус» приобрёл завод американской принадлежит ИТ-интегратору «Смарт текно- компании Jabil в Твери. Помимо этого, ком- На заводе Jabil в Твери с 2009 г. выпуска- лоджис». Это стало следствием многомесяч- пания забрала к себе несколько десятков уво- лась потребительская электроника, в част- ной битвы за контроль над «Национальной ленных сотрудников с производства, среди них ности, телевизоры и дисплеи, телекомму- компьютерной корпорацией» (НКК) меж- технологи, инженеры, операторы и т.д. Всего никационное и сетевое оборудование, при- ду семьей Калининых (Алексея и его отца на заводе площадью 27 тыс. кв. м планируется ставки для приёма сигналов спутникового и Александра, основателя и акционера компа- организовать до 1,5 тыс. рабочих мест. Произ- цифрового телевидения, а также POS тер- нии) и группой акционеров Леонидом Голь- водство серверов, СХД, ПК, ноутбуков и план- миналы и промышленное оборудование. денбергом и Евгением Лачковым, а также шетов на нём начнётся в ближайшее время. На заводе Jabil в том числе выпускали ЖК- президентом (на тот момент) НКК Денисом телевизоры Sony, а также цифровые IPTV- Фроловым, в декабре 2021 г. было заклю- Общая площадь производственного ком- приставки Cisco. чено мировое соглашение. Его исходом ста- плекса в Твери составляет 27 тыс. кв. м. ла договорённость о продаже крупнейшего Это в два раза больше комплекса «Аквари- В России у компании Jabil была налажена актива НКК – группы «Аквариус» – «Смарт уса», располагающегося в Ивановской обл. обширная партнёрская сеть с точками сбо- текнолоджис», подконтрольного Калинину. (14 тыс. кв. м). В ближайшие месяцы на но- ра оборудования на гарантийное и послега- вой площадке будет развёрнуто производство рантийное обслуживание, включая Москву, Согласно базе ЕГРЮЛ, 99% долей (участки конвейерной сборки, роботизирован- Санкт-Петербург, Калининград, Казань, Са- ООО «Аквариус» с 27 декабря 2021 г. принад- ные линии сборки оборудования, а также авто- мару, Ростов и пр. Ремонтный центр в Тве- лежит ООО «Смарт холдингу», 1% – Владимиру матические линии сборки и монтажа печатных ри также обслуживал бытовую и промыш- Степанову и менее 1% остаётся у Александра плат). На заводе будут выпускать всю произ- ленную электронику. Об этом в одном из Калинина. В свою очередь, с 16 февраля 2022 водимую «Аквариусом» продукцию: серверы, своих интервью заявил Филипп Костемаль г. 64% долей ООО «Смарт холдинга» находятся системы хранения данных (СХД), персональ- (Philippe Costemale), глава Jabil в России. у ООО «Смарт текнолоджис». Остальные 33% ные компьютеры, ноутбуки, планшеты, моно- принадлежат Александру Калинину и 3% – груп- блоки, принтеры и МФУ. Стоимость завода в Корпорация Jabil Circuit была основана в пе «Аквариус». Наконец, ООО «Смарт текно- компании не раскрывают. Оборудование на Мичигане в 1966 г., это третья по величине лоджис» на 40% принадлежит Алексею Кали- нём будет только «Аквариуса». компания в мире, которая занимается кон- нину, а остальные 60% в равных долях распре- трактной сборкой сложной электроники. У делены между Олегом Кот, Надеждой Бланкет «Это позволит до конца года увеличить Jabil размещены сотни заводов в 30 странах и Антоном Ефремовым. производственные мощности “Аквариуса” в мира, на которых работает больше 180 тыс. 2,5 раза: до 2,5 млн устройств», – расска- сотрудников. Конечные потребители ком- www.russianelectronics.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 29

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Прикладное применение комплексных нейронных сетей Сергей Куликов ственная не подойдёт. Также на данный момент нет другого метода для описа- На сегодняшний день нейронные сети имеют очень широкое распро- ния фазовых явлений без комплекс- странение по всему миру. Они также используются во всех сферах ных чисел. деятельности человека и вместе с этим принесли новый способ обработки, анализа и прогнозирования данных. Если значение величины и фазы для цели обучения известны априори, то Введение занном с нейронной сетью. Например, разумнее использовать комплексно- эффекты синхронизации существу- значную модель, поскольку в ней огра- Алгоритмы обучения оказали огром- ют в человеческом мозге и, как пред- ничений вводится больше, чем в моде- ное влияние на многие области ком- полагается, играют ключевую роль в ли с реальным значением. пьютерных наук и нашли множество зрительной системе. Такие эффекты применений в различных областях, отсутствуют в основных реализациях Также комплексные нейроны пре- таких как компьютерное зрение, био- нейронных сетей. Так или иначе, ком- восходят вещественные тем, что они информатика, передвижение роботов плексные нейронные сети имеют боль- могут обучаться линейно в N-мерном и распознавание речи. Эти алгоритмы шое значение в наше время. пространстве, в котором они определе- избегают ручного решения конкретных ны. Это очень важно, так как позволя- проблем, предпочитая вместо этого В этой работе предлагается вариа- ет обойтись без нелинейных проекций «учиться» и адаптироваться в соответ- ция модели свёрточной нейронной на пространство, которое определено ствии с набором примеров, называе- сети (СНН) с комплексными входны- с большей размерностью. мых обучающим набором. ми параметрами. А если оценить эффективность обу- Алгоритм обучения состоит из гру- Основная часть чения одного нейрона, вещественно- бой модели и метода настройки пара- го и комплексного, то победит в этом метров в соответствии с обучающим Предпосылки работы сравнении комплексный нейрон. Это набором. Нейронные сети являются На данный момент практическое связано с тем, что функциональность примером такой модели. Они состоят одного комплексного нейрона намного из множества взаимосвязанных про- применение комплексных нейрон- больше, нежели у вещественного. Поэ- стых вычислительных блоков, комби- ных сетей не ограничивается одним тому комплексная нейронная сеть того нация которых приводит к сложной коротким списком. Существует множе- же размера, что и вещественная, будет функции. Эта модель была впервые ство причин, по которым комплексные обучаться быстрее. представлена в 1940-х годах и периоди- сети сильно востребованы. чески изучалась в последующие годы. Основная идея Во многих областях применения, Комплекснозначная или просто ком- Мы же рассмотрим вариацию моде- таких как беспроводная связь или обра- ли СНН (свёрточная нейронная сеть) ботка звука, где комплексные числа воз- плексная нейронная сеть (КНС) – это с комплексными входными параме- никают естественным образом, суще- сеть, которая основывается на ком- трами. Комплексные числа уже давно ствует корреляция между реальной и плексных числах: комплексными явля- доказали свою полезность для обработ- мнимой частями сложного сигнала. ются входные данные, веса и функция ки изображений (например, преобра- Такие задачи можно решить только активации. зование Фурье является комплексным) используя области частот, для опреде- и были рассмотрены в контексте, свя- ления которых потребуется комплекс- Процесс обучения с комплексным ная нейронная сеть, обычная веще- методом (backpropagation) предметной области аналогичен процессу обучения Трава Биссектриса Z = Σn wn⋅xn Песок Слой 1 «Учебная мишень» x1 Слой 2 Y = e(x1, x2) x2 H n Вода Рис. 1. Пример комплексной функции активации Рис. 2. Схематичное отображение составляющих искусственной КНС Фурье СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 30 WWW.SOEL.RU

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 3. Схема отдельного комплексного нейрона скрытого слоя Рис. 4. Результат составления матрицы КНС с уменьшенным количеством нейронов в реальной предметной области. Так- Краткое содержание ров (нормированные коэффициенты в же ошибка, вычисленная после прохода В литературе нет единого мнения о результате преобразования Фурье), а n – (forward pass) НС, передаётся обратно это размер вектора входных данных. каждому нейрону в сети, а веса коррек- наиболее подходящей функции акти- тируются в обратном проходе. вации для КНС. Основное требование На рис. 3 показана схема отдельного состоит в том, чтобы иметь нелиней- комплексного нейрона скрытого слоя. Рассмотрим комплексную модель как ную функцию, которая не подвержена Где xi – входные данные, wi – веса, f(net) – обобщение вещественных СНН, которая взрыву или исчезновению градиентов функция активации, out(xi) – выход- обрабатывает комплексные входные во время обучения. ные данные. данные и веса. Также разберём простой пример преимущества комплексных Если взять функцию сигмовидной Веса, расположенные в первом слое, нейронных сетей над обычными. активации прямого распростране- подразумевают под собой физический ния (forward pass), то окажется, что смысл частот, а веса, расположенные Методика работы она неоптимальна для многих видов во втором, имеют значение коэффи- Для упрощения преобразований прикладных задач. Возьмём пример циентов для ряда Фурье. Следователь- распознавания двоичных растровых но, количество входов для каждого ней- будут использованы в примере следу- изображений с использованием пре- рона в выходном слое равно m × n, что ющие методы. образований Фурье. совпадает с количеством коэффициен- 1. Преобразования Фурье. тов для ряда Фурье. 2. Разложение функций в ряд Фурье После таких преобразований изо- бражение будет инвариантным к сле- Оптимизация структуры (формулы): дующим трансформациям: изменению Само создание матрицы – затраты ● комплексный ряд Фурье от одной пе- положения, изменению размера и вра- щению, что позволит нам правильно большого количества вычислительных ременной: обучить комплексную нейронную сеть. ресурсов. Но мы сможем уменьшить количество нейронов в скрытом слое ; (1) В результате расчётов получается в n раз. Тогда каждый нейрон в скрытом комплексный вектор. слое имеет n выходов, если в КНС n вхо- ● формула ряда Фурье от двух незави- дов. Это приводит к изменению количе- симых переменных: Другой пример – прогноз временны′ х ства связей, и именно оно уменьшается рядов с определённой точностью. Сети в n2 раз без потери качества аппрок- . (2) прямого распространения с функцией симации функций. Результат составле- сигмоидальной активации не позволя- ния такой матрицы комплексной ней- Общая формула ряда Фурье для функ- ют предсказать ошибку по количеству ронной сети можно увидеть на рис. 4. ций от «k» переменных: скрытых нейронов. Чтобы предсказать эту ошибку, потребуется использовать Принцип работы КНС . (3) некоторый ряд для скорости сходимо- Разберём работу этой КНС, записан- сти, для которой уже выведены формулы 3. Прогнозирование временны′ х рядов расчёта. В этом примере будет исполь- ной в матричной форме (формуле). с заданной точностью. зоваться в качестве такового ряд Фурье. Матричная запись функций актива- Одна из первых работ по описанию Архитектура ций комплексных нейронов, распо- комплексной функции активации Разберём архитектуру КНС, её слои, ложенных в скрытом слое, показана в была выполнена Наумом Айзенбер- выражениях 5…7. гом. Согласно его концепции, много- веса и их смысл. значный нейрон (МН) – это нейронный На изображении (рис. 2) схематично (5) элемент с n входами и одним выходом, лежащим на единичном круге (при- показываются составляющие искус- (6) мер на рис. 1), и с комплекснозначны- ственной КНС Фурье. После входных ми весами. Отображение описывается данных x_1, x_2, …, x_n находится скры- (7) следующим образом: тый слой, который является, по сути, матрицей из m × n комплексных ней- . (4) ронов. Где m – это кол-во дескрипто- Здесь xi – это комплексные перемен- ные. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 31

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 6. Графический интерфейс для использования КНС, созданный на C# Рис. 5. Код полученной комплексной Разработан класс KNN_Simple, в кото- комплексном виде, также она очень нейронной сети ром реализованы следующие методы: хорошо подойдёт для распознавания ● KNN_Simple – параметризованный бинарных изображений. Она может В этих выражениях n является разме- аппроксимировать функцию, оставляя ром входного вектора x, m – это раз- конструктор, на вход: количество все свойства преобразования Фурье, мер выходного вектора скрытого слоя входных нейронов, количество вы- что делает её работу легко анализиру- y_1, f – вектор-функция активации, j – ходных нейронов и количество ней- емой. Ведь именно неанализируемость это мнимая единица, w – это матрица ронов скрытого слоя соответственно; работы нейронных сетей приводит к весов, k – кол-во выходов КНС. ● functionActivate1Layer – функция ак- тому, что в научных проектах от них тивации первого слоя; иногда отказываются, решая задачи Пример использования ● OutputFirstLayer – получение резуль- другими методами. Также физический Возьмём, к примеру, классификацию тата активации первого слоя; смысл весов позволит использовать эту ● OutputOutLayer – вывод последнего нейронную сеть для численного разло- фотографий. (выходного) слоя; жения функции многих переменных в Перед тем как приступить к рас- ● NetworkOut – проход (forward pass) ряд Фурье. Разновидность применений и вывод результата прохода. комплексных нейронных сетей силь- познаванию, лучше применить алго- Для использования написанной ком- но растёт, особенно в последнее деся- ритмы бинаризации, чтобы решение плексной нейронной сети использовал- тилетие. было приведено к общему виду, после ся набор данных из открытого доступа, чего вектор полностью подаётся в НС. предусмотрен графический интерфейс, Недостатки КНС В нашем случае с сигмоидальной функ- созданный на C# (рис. 6). Элементы Существенным недостатком данной цией активации вещественная и мни- интерфейса: 1 – поле распознанных мая составляющие подавались отдель- символов, 2 – поле для рисования сим- нейронной сети является наличие боль- но, после чего вектор распознавался. вола, 3 – поле распознанного символа. шого количества связей, намного пре- Кнопки: «Очистить» – очищает рису- вышающего количество связей сетей, Использовались нейронные сети двух нок, «Распознать» – распознаёт рисунок, основанных на вещественных числах. типов: сеть прямого распространения с сиг- «Учить» – если сеть неправильно дала моидальной функцией активации и КНС. ответ, нужно скорректировать значение Литература и нажать на эту кнопку для обучения. В результате объём полученной обу- 1. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциаль- чающей выборки составил 660 ком- Заключение ного и интегрального исчисления. Т. 3. плексных векторов, разделённых на М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. 33 класса, что соответствует количе- Даны определения комплексным ней- ству символов кириллицы. ронным сетям (КНС). Доказана необ- 2. Осовский C. Нейронные сети для обработ- ходимость КНС на разных прикладных ки информации / пер. с польск. И.Д. Рудин- Перейдём к самой реализации на примерах. Проведены этапы разработ- ского. М.: Финансы и статистика, 2004. языке программирования. ки нейронной сети и её работы, реали- зация её кода на языке программиро- 3. Brouwer Friso C.G., Tingdahl Kristofer Полученные результаты вания C#. M., Connolly David. A guide to the Код полученной комплексной ней- Practical Use Of Neural Network // URL: Достоинства КНС https://www.researchgate.net/ ронной сети показан на рис. 5. Комплексная нейронная сеть име- publication/289828233_A_Guide_to_the_ Practical_Use_of_Neural_Networks. 32 ет огромную сферу прикладного при- менения: её можно использовать для 4. Guberman N. On Complex Valued работы с сигналами, заданными в Convolutional Neural Networks // URL: https://deepai.org/publication/on-complex- valued-convolutional-neural-networks. WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Цифровизация натурного эксперимента Елизавета Каширская кой результатов проведения экспери- мента. Несомненным преимуществом В статье рассмотрена возможность и преимущества аналитического натурного моделирования является эксперимента по сравнению с натурным. Приведены два примера возможность охвата всего диапазона проведения аналитического эксперимента с последующим изменения параметров процесса или вычислительным этапом в качестве иллюстрации цифровизации технического устройства. аналоговой информации. При проведении вычислительно- Введение бует определения граничных усло- го (компьютерного) эксперимента в вий эксплуатации производственно- силу его дискретности испытатель не Часть экологической сферы Земли, го оборудования и не требует более может быть уверен в том, что им охва- содержащую технические, созданные точных параметров. При этом натур- чены все возможные значения пара- людьми сооружения, принято назы- ные испытания элементов технологи- метров и условий. Вполне возможна вать техносферой. Цифровая транс- ческого оборудования требуют продол- ситуация, при которой какие-то кри- формация техносферы включает в жительного времени и существенных тические значения факторов могут себя множество независимых процес- ресурсов. Не всегда удаётся получить оказаться не кратными шагу измене- сов, одним из которых является замена все требуемые параметры из-за физи- ния параметров, в силу чего компью- натурного эксперимента вычислитель- ческих ограничений по съёму данных терная программа получения резуль- ным. Но даже в условиях цифровиза- с измерительных преобразователей. татов расчёта их может «проскочить». ции невозможно полностью отказаться Таким образом, возникает необходи- от натурных экспериментов при про- мость замены классических натурных В том случае, когда задача проекти- ектировании новых технических объ- экспериментов цифровыми. рования может быть полностью реше- ектов и полностью перейти на прове- на аналитически, необходимости в про- дение вычислительных экспериментов. Существует множество классифика- ведении экспериментов не возникает, но Причина состоит в том, что вычисли- ций экспериментальных исследова- существует огромный класс задач, не тельный эксперимент всегда носит дис- ний. Эти классификации отличаются поддающихся аналитическому реше- кретный характер, в то время как моде- основанием деления на типы. По типу нию, но допускающих упрощённое тео- лируемые процессы по большей части моделей, используемых в эксперимен- ретическое решение с последующим являются непрерывными. те, всевозможные эксперименты обыч- получением по построенной модели но разделяют на материальные и мыс- числовых данных для любых возмож- Основная часть лительные (или мысленные). ных наборов параметров модели. Такой вид получения результатов исследования В процессе жизненного цикла про- Мы предлагаем несколько отличаю- назовём аналитическим экспериментом. мышленного изделия необходимо про- щуюся классификацию, не противо- водить различные виды экспериментов речащую ГОСТ [7] и Международному Почему же подобное исследование и испытаний, как над производимым стандарту [8], представленную на рис. 1. мы называем аналитическим экспе- изделием, так и над технологическим риментом, а не аналитическим расчё- оборудованием. Подобные испытания Рассматриваем три типа экспери- том? Дело в том, что при классическом достаточно трудоёмки и продолжитель- ментов. Опытом, в соответствии с [1], аналитическом расчёте должны приме- ны, что серьёзно увеличивает сроки принято называть воспроизведение няться известные или вновь создавае- ввода нового изделия в производство, исследуемого явления в определён- мые теоретические модели исследуе- а также приводит к росту себестоимо- ных условиях. Качественный экспери- мой системы. Мы же ведём речь о том, сти изделия, особенно в условиях мно- мент устанавливает только факт суще- чтобы вместо теоретических (обосно- гономенклатурного мелкосерийного ствования какого-либо явления, но при ванных и доказанных) моделей приме- производства. этом не даёт никаких количественных нять приближённую схему, абстраги- характеристик объекта исследования рующуюся от целого ряда параметров Достаточно большое количество [9]. Количественный эксперимент [9] не системы, в целях быстрого получения производственных испытаний тре- только фиксирует факт существования результата. Использование подобно- того или иного явления, но и позволяет го метода допустимо, если его сопро- Типы экспериментов установить соотношения между коли- вождать обширным вычислительным Опыт чественными характеристиками явле- экспериментом, охватывающим зна- ния и количественными характеристи- чительную выборку входных параме- Качественный эксперимент ками способов внешнего воздействия тров системы. на объект исследования. Количественный эксперимент Вычислительный эксперимент, про- Количественные эксперименты водимый непосредственно после ана- Натурный эксперимент можно подразделить на три вида. При литического, позволяет с помощью натурном моделировании применяет- большого разброса исходных данных Вычислительный эксперимент ся довольно сложная методика плани- получить цифровую картину исследу- рования эксперимента с последующей емого объекта, явления или процесса. Аналитический эксперимент громоздкой статистической обработ- Такое совокупное исследование мож- Рис. 1. Классификация экспериментальных исследований СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 33

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ но считать аналитико-вычислитель- а ным экспериментом. Аналитико-вычислительный экспе- римент (аналитический эксперимент, завершающийся вычислительным, то есть числовым экспериментом) может служить характерным примером циф- ровизации аналоговой информации. Аналитический эксперимент, завер- шающийся вычислительным (число- вым) экспериментом, является харак- терным примером цифровизации аналоговой информации. Рассмотрим два примера проведения аналитического эксперимента. Определение толщины стенок б вакуумного баллона Рис. 2. Вакуумный баллон: a) cхематичное представление, б) баллон в разрезе Баллон представляет собой замкну- тую оболочку, рассчитать напряжения Рис. 3. Воздушный стержень и деформации которой – очень непро- стая задача из области теории оболо- n = 1,5 – коэффициент запаса проч- Осевая сила, действующая на объём чек. По этой причине обычно вместо ности по пределу текучести. воздуха, находится по формуле: расчёта с использованием зубодроби- тельных формул проводится натур- Для стали 40Х, рекомендуемой для изго- , ный эксперимент. Но для получения товления резервуаров, σт = 355 Н/мм2 = числовых результатов в любом диа- = 3,55×108 Па. В результате получим, что где E – модуль упругости, Па, пазоне изменения параметров можно возможно использование тонкостенно- F – площадь поперечного сечения, м2, применить упрощённую схему расчёта, го баллона, толщина стенок которого x – горизонтальная координата, м, тем самым оцифровав аналитическое может колебаться от 1,5 до 3 мм. u – длина элементарного объёма воз- решение. Вакуумный баллон можно представить как цилиндр, на который Таким образом, с помощью прибли- духа, м, со всех сторон действует внешнее дав- жённых аналитических исследований – скорость перемещения объёма ление p, Н/м2 (рис. 2а). (аналитического эксперимента) и числовых подсчётов удалось получить воздуха, м/с. Возьмём для примера вакуум 10–5 мм значение толщины стенок баллона, не Давление на единицу площади попе- ртутного столба, что соответствует дав- прибегая к сложным законам теории лению порядка 10–8 атмосфер: оболочек и без проведения экспери- речного сечения: мента. А взяв в качестве входных дан- атм = 0,00134 Па. ных большой массив значений ради- при квадратном сечении со стороной уса, давления и марок материала, мы 2 м F = 2×2 м2. Пусть диаметр баллона составля- можем получить цифровую картину ет 80…100 мм (рис. 2б). Объём балло- изменения толщины стенок баллона Перемещение элементарного объё- на будем считать равным 1800 см2, что в зависимости от исходных данных. ма воздуха: соответствует высоте примерно от 20 до 30 см. Воздушный стержень , Максимальное нормальное напря- Рассмотрим замкнутый объём возду- где V0 – начальная скорость, жение в стенках баллона определяет- ха под давлением, так называемый воз- Xn = cos knx – n-я гармоническая ся по формуле душный стержень (рис. 3). составляющая перемещений, , Па, (1) – закон изменения номе- где p – избыточное атмосферное дав- ров гармоник, ление на стенки баллона, Па, R – радиус баллона, м, δ – толщина стенок баллона, м. Нужно без проведения натурного экс- перимента определить минимальную толщину стенок баллона. Из формулы (1) получим: , где – допустимое нормальное WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 напряжение в стенках баллона, Па, σт – предел текучести материала, Па, 34

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ – собственная частота n-й время и скорость перемещения возду- ние цифрового двойника машиностро- ха при длине трубы 2 м составят соот- ительного технологического процесса гармоники колебаний, ветственно: // Вестник машиностроения. 2019. № 9. С. 37–43. E – объёмный модуль упругости воз- , 2. Холопов В.А., Гантц И.С., Антонов С.В. Применение информационных техно- духа, . логий при решении задач мониторинга ρ = 1,28 кг/м3 – плотность воздуха при Итак, с помощью приближённых выполнения производственных процес- аналитических исследований (анали- сов в концепции Индустрии 4.0 // Про- нормальных условиях, тического эксперимента) и числовых мышленные АСУ и контроллеры. 2019. подсчётов удалось получить значение № 4. С. 49–58. t – время, с. скорости и времени перемещения воз- 3. Панайоти В.А., Мешков В.В., Курнасов Е.В. духа в воздушном стержне, не прибегая Технология снижения температуры при Так как – скорость перемеще- к сложным теоретическим зависимо- шлифовании быстрорежущей стали // стям и без проведения эксперимен- Вестник машиностроения. 2020. № 1. ния, то та. А взяв в качестве входных данных С. 68–72. большой массив размеров, давления и 4. Чижиков В.И., Курнасов Е.В. Матема- , других исходных данных, мы можем тическая модель взаимодействия двух получить цифровую картину измене- роботов при синхронном выполнении где . ния результатов расчёта в зависимости совместной работы // Вестник машино- от входных параметров. строения. 2020. № 7. С. 11–15. Так как E = pa2, при давлении в 1 атм Приведённые примеры наглядно 5. Холопов В.А., Каширская Е.Н., Шмеле- демонстрируют простоту проведения ва А.Г., Курнасов Е.В. Интеллектуальная (101 325 Па) и при скорости распро- аналитического эксперимента по срав- система мониторинга выполнения маши- нению с натурными опытами. ностроительных технологических про- странения упругих волн в воздухе (ско- цессов // Проблемы машиностроения и Заключение надёжности машин. 2019. № 5. С. 98–112. рость звука в воздухе) полу- 6. Холопов В.А., Каширская Е.Н., Соклаков Ф.В., Современные тенденции рынка тре- Сухастерин А.Б. Информационно-управ- чим буют от промышленных предприятий ляющая система для управления техноло- всё большей гибкости к номенклатуре гическим процессом посредством циф- при давлении в 10 атмосфер (1 013 250 Па): производимых изделий, что, в свою рового двойника // Промышленные АСУ . очередь, требует минимизации вре- и контроллеры. 2020. № 8. С. 46–50. мени ввода в производство новых 7. ГОСТ 24026-80 Исследовательские испы- Так можно вычислить объёмный изделий. Предлагаемый подход заме- тания. Планирование эксперимента. Тер- модуль упругости воздуха при разных ны части натурных экспериментов мины и определения. Библиографиче- условиях. и испытаний на цифровые позволит ское описание. М.: Изд-во стандартов, существенно решить задачу уменьше- 1991. 70 с. При x = l ния времени как на разработку новых 8. Международный стандарт ИСО 8402 изделий, так и на технологическую под- Управление качеством и обеспечение , готовку производства. Предложенный качества. Словарь. М.: Изд-во стандар- подход является неотъемлемой частью тов, 1994. 20 с. где – масса единицы длины воз- цифровой трансформации производ- 9. Чубинский А.Н., Русаков Д.С., Батырева И.М., душного объёма. Тогда ства. Варанкина Г.С. Методы и средства научных исследований. СПб., 2018. 109 с. В итоге получим . Литература где , 1. Холопов В.А., Антонов С.В., Курнасов Е.В., . Каширская Е.Н. Разработка и примене- При нормальных условиях , , ρ = 1,28 кг/м3 получим . Итак, при давлении, пропорциональ- ном 105 Н/м2, и массе воздуха примерно 3 кг получим ускорение 3,3×104. Тогда НОВОСТИ МИРА РОСКОСМОС: СОЗДАНИЕ И ЗАПУСК Всего на орбиту будут выведены около доступа в интернет и 264 спутника «Мара- 380 СПУТНИКОВ В РАМКАХ 380 спутников. В систему войдут семь аппа- фон» для Интернета вещей. Также в «Сфе- ПРОЕКТА «СФЕРА» ОБОЙДЁТСЯ ратов «Экспресс», четыре «Экспресс-РВ», ру» войдут два спутника связи «Ямал», три В 180 МИЛЛИАРДОВ РУБЛЕЙ 12 спутников «Скиф» для широкополосного спутника ДЗЗ «Смотр», 84 спутника оптиче- ского наблюдения «Беркут-О» (обзорный), Из этой суммы на ближайшие три года зало- «Беркут-С» (среднего разрешения) и «Беркут- жен 21 миллиард рублей, – написано в журнале. ВД» (высокодетальный), 12 аппаратов ра- диолокационного наблюдения «Беркут-X» и Сейчас финансирование проекта мно- «Беркут-XLP». Развёртывание всех группиро- госпутниковой орбитальной группировки вок планируется начать в 2025 году. «Сфера» предполагает, что в течение 2022– 2024 годов на проект будет выделяться по www.ixbt.com семь миллиардов рублей ежегодно. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 35

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Новейшие кварцевые генераторы с высокой кратковременной стабильностью и особенности их применения Юрий Иванов, Аркадий Никонов φ(t) – случайные изменения фазы (фазовый шум). Кратковременная стабильность частоты – один из основных параметров кварцевых генераторов, используемых в измерительной Графически это можно представить аппаратуре. Наиболее часто именно она определяет стабильность всей в виде нескольких периодов сигнала, измерительной системы на коротких временах. Новейшие генераторы наложенных друг на друга. производства АО «Морион» могут обеспечивать стабильность частоты 8×10–14 за 1 секунду. В статье приводится описание таких генераторов В идеальном генераторе амплитуд- и аспекты их применения для достижения таких уровней стабильности. ный ε(t) и фазовый φ(t) шумы должны быть равны 0. Но в любом реальном Стабильность частоты – основная и долговременную. Кратковременная генераторе они всегда присутствуют характеристика любых генераторов, нестабильность определяется за вре- и могут быть обнаружены в выход- определяющая рабочие характери- мя от долей секунды до нескольких ном сигнале. В основном нас будет стики аппаратуры, в которой они десятков секунд и имеет в основном интересовать фазовый шум, кото- применяются. Частота генераторов случайную природу. Долговременная рый и вызывает отклонение часто- может отклоняться от первоначаль- нестабильность определяется за вре- ты от номинального значения. Для ного значения под действием раз- мя от нескольких часов до несколь- измерения частоты всегда необхо- ных дестабилизирующих факторов ких лет. Она уже является в основ- дим какой-то временной интервал. – таких как изменение температу- ном систематической и определяется Этот интервал обычно называется ры, старение кварцевого резонато- старением кварцевого резонатора. временем наблюдения или усред- ра, воздействие вибрации, неста- На рис. 1 представлен схематический нения [2]. При измерении частоты бильность питающего напряжения график нестабильности частоты от счётчиками частоты этот интервал и т.п. Основной мерой стабильно- времени и разница между кратковре- обычно называют временем счёта. сти частоты является относитель- менной и долговременной нестабиль- Ниже показан график относитель- ное изменение частоты, оно опре- ностью [1]. ного изменения частоты кварцевого деляется как отношение разности генератора, полученный счётчиком текущей и номинальной (первона- Рассмотрим сигнал от кварцево- частоты HP53132 с установленным чальной) частоты к этой номиналь- го генератора – математически его временем счёта 0,1 с. ной частоте. можно описать следующим уравне- нием [1–3]: Основной мерой кратковременной Принято разделять нестабиль- нестабильности является двухвыбо- ность частоты кварцевых генерато- , рочная стандартная девиация (девиа- ров по времени на кратковременную где V0 – амплитуда сигнала, ция Аллана) [1–3]. Вычисляется она сле- дующим образом: ν0 – номинальная частота, ε(t) – случайные изменения ампли- , туды (амплитудный шум), где – относительное изменение частоты за время наблюдения τ, Рис. 1. Долговременная и кратковременная стабильность кварцевых Рис. 2. Сигнал кварцевого генератора генераторов СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 36 WWW.SOEL.RU

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 3. График относительного изменения частоты кварцевого Рис. 4. График девиации Аллана генератора с временем счёта 0,1 с Рис. 5. Стабильность для разных типов генераторов: кварцевых, рубидиевых, цезиевых, водородных Стабильность частоты кварцево- го генератора напрямую зависит от – операция усреднения по вре- резонатора. На графике девиации Алла- качества кварцевого резонатора, тех- мени. на (рис. 4) он проявляется увеличени- нологии его изготовления, конструк- ем значения с ростом времени усредне- тивных решений. Оценивать качество То есть девиация Аллана опреде- ния. Старение резонатора может начать изготовления кварцевого резонатора ляется бесконечным усреднением сказываться на результатах оценки и его влияние на стабильность часто- разности двух соседних отсчётов даже при малых временах усреднения ты можно в основном только стати- частоты, отстающих друг от друга на (10 секунд и даже чуть меньше), в осо- стически – изготавливая опытные время τ. Понятно, что при практиче- бенности если генератор был выклю- партии генераторов и измеряя их ском применении берётся некото- чен долгое время. параметры. Это довольно трудный и рое конечное число таких усредне- долгий процесс. ний. Обычно для надёжной оценки Если представить стабильности раз- необходимо провести усреднение, по ных типов генераторов на одном гра- Конечно, чтобы реализовать все крайней мере, 100 раз. При этом мож- фике, то можно получить картину, возможности резонатора при проек- но переписать формулу для её исполь- представленную на рис. 5. тировании кварцевого генератора, зования уже с конечным количеством должны быть учтены многие нюан- усреднений: Можно видеть, что на коротких вре- сы. Мы можем сказать, что у нас есть менах наблюдения стабильность пре- целая линейка прецизионных кварце- , цизионных кварцевых генераторов вых генераторов, в которых применя- превышает стабильность рубидиевых ются однотипные резонаторы, но при где M – количество усреднений. и цезиевых генераторов и находится на этом их кратковременная стабильность Если провести расчёт девиации Алла- одном уровне с водородными стандар- лежит в диапазоне от нескольких еди- тами частоты. С увеличением времени ниц 10–12 (ГК199) до 8·10–14 (ГК336R). на для данных, представленных на стабильность кварцевых генераторов Для обеспечения высокой кратковре- рис. 2, при разных временах наблю- ухудшается из-за старения кварцево- менной стабильности крайне важно: дения, то можно получить следующий го резонатора. Конечно, представлен- ● максимально устранить влияние из- график, на котором по оси Х отложено ный на рис. 5 диапазон стабильностей время наблюдения (τ). для кварцевых генераторов относится менения температуры окружающей только к одному из их самых стабиль- среды; Можно обратить внимание, что гра- ных типов – термостатированному ● обеспечить чистое питание цепей ге- фик изменения частоты на рис. 3 имеет кварцевому генератору. нератора и особенно цепи варикапа; постоянный наклон. Этот наклон появ- ● использовать элементную базу с ляется вследствие старения кварцевого крайне низкими собственными шу- мами. На первом пункте остановимся чуть более подробно. Чтобы уменьшить тем- пературную нестабильность в прецизи- онных кварцевых генераторах приме- няется термостатирование. Кварцевый резонатор и все чувствительные к измене- нию температуры элементы помещаются внутрь термостата, в котором поддержи- вается постоянная температура (рис. 6). Температура внутри термостата уста- навливается несколько выше (обычно на 5–15оС) верхней рабочей темпера- туры эксплуатации генератора. Такая конструкция позволяет получить тем- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 37

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 6. Схема конструкции Рис. 7. Типовое время выхода прецизионных генераторов на разные нормы по суточному старению термостатированного генератора от времени в выключенном состоянии пературную стабильность ±1·10–9 в на уровне 8·10–14. И конечно, он гораз- Управление частотой при необхо- стоградусном интервале. То есть при до более устойчив к изменению тем- димости может обеспечиваться либо изменении температуры на 1оС ста- пературы. аналоговой цепью, либо цифровой. бильность такого генератора ориенти- Генераторы с цифровым управлением ровочно будет равна ±1·10–11. Измене- Как уже было отмечено, старение содержат внутри себя ЦАП, и управле- ния на десятые доли градуса достаточно кварцевого резонатора сильно сказы- ние частотой осуществляется с помо- для того, чтобы наблюдать нестабиль- вается при увеличении времени наблю- щью подачи кода. При таком вариан- ность в 10–12 знаках. дения. Вообще, старение очень силь- те управления ухудшение стабильности но зависит от того, сколько генератор минимально. Однако в моменты изме- Чтобы перейти к стабильности в был выключен до этого. Ниже показа- нения кода управления неизбежно 10–13…10–14, нужно максимально ниве- ны характерные кривые суточной ста- ухудшение кратковременной неста- лировать влияние температуры при бильности в зависимости от времени бильности и фазовых шумов. В гене- эксплуатации и измерении. Генера- выключения генератора (рис. 7). раторах с аналоговым управлением торы с лучшей температурной ста- для приведения частоты генератора бильностью также могут и обеспечить Так, чтобы обеспечить стабильность к номиналу на вход управления необ- меньшие величины кратковременной 1·10–10 за сутки после выключения на ходимо подать управляющее напряже- нестабильности. В таких генераторах 2 дня, генератору нужно будет про- ние. На земляном выводе генератора уже применяется двойное термоста- работать 4 дня. Большой уход часто- возникает падение напряжения, зави- тирование, а также дополнительные ты сразу после включения начинает сящее от протекающего тока нагрева- меры по уменьшению чувствительно- сказываться уже при времени наблю- тельных транзисторов термостата, и сти к динамическим изменениям внеш- дения в несколько секунд. Чтобы при таком подключении оно попада- них условий. Конечно, это увеличивает показывать кратковременную неста- ет в цепь управления и ухудшает темпе- габариты и потребление генератора [6]. бильность в 10–13 и тем более в 10–14, ратурную и кратковременную стабиль- генераторам обязательно нужно дать ность частоты. Для уменьшения этого В качестве примера можно привести поработать в течение нескольких влияния необходимо уменьшить сопро- два наших генератора: ГК341 и ГК336. часов, а лучше обеспечить постоян- тивление (длину) общей цепи проте- ГК341 – это генератор с одинарным ный режим работы таких генерато- кающих токов питания генератора и термостатированием, он обеспечивает ров в аппаратуре. цепи управления. Кардинальным спо- температурную стабильность ±1·10–9 и собом является использование разных имеет габариты 50×50×16 мм. Девиация Также стоит обратить внимание на земель. Но такой путь снижает уни- Аллана за 1 секунду для такого генера- зависимость стабильности от управ- фикацию генераторов и накладывает тора может достигать 1,5·10–13. Конечно, ления частотой генератора. Генера- достаточно серьёзные ограничения на это достигается при соответствующих тор без возможности перестройки схемотехнику оборудования. При этом условиях эксплуатации. Незначитель- частоты будет обладать большей ста- всё равно остаются дополнительные ные изменения температуры способ- бильностью, чем с ней. В таком гене- источники шумов в цепи управления, ны ухудшить стабильность генерато- раторе отсутствуют цепи управления например, такие как термоэлектриче- ра. ГК336 – это генератор с двойным частотой с варикапом, который вно- ский эффект [6]. термостатированием, при этом в каче- сит собственные шумы. Наш самый ста- стве внутренней ступени в нём исполь- бильный на сегодняшний день генера- Одной из перспективных возможно- зуется тот же ГК341. Его габаритные тор ГК336R без перестройки частоты стей увеличения стабильности являет- размеры уже 92×80×50 мм, зато и тем- может обеспечить девиацию Аллана ся применение в аппаратуре генерато- пературная стабильность может дости- за 1 секунду, равную 8·10–14, и темпе- ров с большим допуском по точности гать ±1·10–11. Большие габариты внеш- ратурную стабильность ±1·10–11. Воз- настройки (отклонением от номиналь- ней ступени термостата позволяют можность управления частотой сра- ной частоты). В большинстве случаев обеспечить хороший температурный зу ухудшит эти показатели до 1·10–13 и демпфер. Такой генератор может обе- ±2·10–11 соответственно. спечить девиацию Аллана за 1 секунду 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 8. Внешний вид рабочего места для измерения очень малых Рис. 9. Габаритный чертёж ГК336R-ТС величин кратковременной стабильности в аппаратуре технически это вполне и, конечно, к приборам для измере- σу23 – результат измерения между 2 и допустимо (при обработке сигнала это ния. На рис. 8 представлен внешний 3 генераторами. всё можно учесть) и даже будет иметь вид измерительного места. свои преимущества: меньше вероят- В процессе производства мы отбира- ность биения частот. Чтобы обеспе- В-третьих, в качестве опорного гене- ем опорные генераторы с очень малы- чить номинальную частоту, кварце- ратора выступает такой же кварцевый ми кратковременными нестабильно- вые элементы резонаторов доводят генератор с сопоставимой кратковре- стями. Величина их нестабильности до нужной толщины, стравливая или менной стабильностью. При этом ста- определяется методом трёх генерато- допыляя электроды. Это, конечно, вли- новится необходимо учитывать вклад ров, при этом берётся несколько три- яет на качество металлизации кварце- опорного генератора в результаты ад. Величина нестабильности отобран- вого элемента. Отказ от этой техноло- измерений. Если кратковременная ных опорных генераторов измеряется гической операции помогает немного стабильность опорного генератора каждые полгода. повысить уровень стабильности. Откло- известна, то можно вычислить кратко- нение частоты генератора от номина- временную нестабильность измеряемо- На сегодняшний день нашим самым ла при этом существенно расширяет- го генератора по следующей формуле: стабильным прецизионным генерато- ся и составляет примерно несколько ром является ГК336R-ТС, в нём учтены сотен 10–6. , все описанные выше нюансы. Это гене- где σу – результат измерения на опор- ратор с двойным термостатированием, Измерение кратковременной неста- ный генератор, обладающий внушительными габари- бильности генераторов в 10–14 знаках тами. также требует специального подхода. σуREF – кратковременная нестабиль- Во-первых, мы максимально устраня- ность опорного генератора, Он изготавливается на частоту ем влияние дестабилизирующих фак- 10 МГц с очень широким допуском по торов: σуDUT – кратковременная нестабиль- точности настройки (±300·10–6), что ● генератор перед измерением нахо- ность измеряемого генератора. позволяет не проводить дополнитель- ные операции травления и допыле- дится во включённом состоянии на В случае если кратковременная ния электродов. Частота 10 МГц наибо- измерительном стенде несколько ча- нестабильность опорного генератора лее отработана и исследована у нас на сов, чтобы максимально устранить неизвестна, используется метод трёх сегодняшний день, что также позволяет влияние старения. При этом чем боль- генераторов [4, 5]. Его суть заключает- нам обеспечить низкую кратковремен- ше требуемое время наблюдения, – ся в том, что попарно проводятся три ную нестабильность. Большие габарит- тем дольше генератор должен про- измерения между каждым из генера- ные размеры 92×80×50 мм (см рис. 9, 10) греваться; торов. Тогда кратковременную неста- позволяют обеспечить хороший темпе- ● генератор при измерении помеща- бильность для каждого из трёх гене- ратурный демпфер. ется под специальный колпак, чтобы раторов можно найти по следующим устранить влияние изменения темпе- формулам: Стоит обратить внимание, что ратуры. Само помещение максималь- ГК336R выпускается без возможности но изолировано; , управления частотой. Всё это позволяет ● сам измерительный стенд располо- получить сверхнизкие показатели кра- жен на специальном виброустойчи- где σу12 – результат измерения между 1 тковременной нестабильности в 8·10–14 вом рабочем столе. и 2 генераторами, за 1 секунду. Во-вторых, накладываются серьёзные требования к помещению, окружающей σу13 – результат измерения между 1 и Данный генератор является специ- обстановке, соединительным кабелям 3 генераторами, альной версией ГК336-ТС, у которо- го уже есть возможность перестройки частоты и более малый диапазон точ- ности настройки. Но при этом его кра- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 39

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 10. Внешний вид ГК336 Рис. 11. Кратковременная нестабильность для ГК336R тковременная нестабильность состав- Литература 4. Ekstrom Christopher R., Koppang Paul ляет уже 1,0·10–13 за 1 секунду. A. Degrees of Freedom and Three- 1. Vig J.R. Quartz crystal resonators Cornered Hats // Proceedings of the Кратковременная нестабильность and oscillators: a tutorial, US Army 33th Annual Precise Time and Time (рис. 11) кварцевых генераторов может Communications-Electronics Research, Interval Systems and Applications достигать нескольких единиц 10–14. Development & Engineering Center Fort Meeting, Long Beach, California, За последние несколько лет мы зна- Monmouth, NJ, USA, March 2004. November 2001, pp. 425–430. чительно продвинулись на пути к её уменьшению. Конечно, её получение 2. Howe D.A., Allan D.W., Barnes J.A. Properties 5. James E.G., Allan D.W. A method for накладывает некоторые ограничения of signal sources and measurement estimating the frequency stability of an на эксплуатацию генераторов: отсут- methods // in Proceedings of the 35th individual oscillator // Proceedings of the ствие управления частотой, широ- Annual Symposium of Frequency Control, 28th Annual Symposium of Frequency кий допуск на точность номинальной Philadelphia, Pensylvania, USA, pp. A1– Control, Atlantic City, NJ, USA. May 1974, частоты, лабораторные условия экс- A47=NIST Technical Note 1337, pp. TN14– pp. 243–246. плуатации и измерения и т.п. Работа TN60. May 1981. над усовершенствованием кварцево- 6. Котюков А.В., Никонов А.Г., Заславский А.В., го резонатора и полной реализацией 3. Samuel R. Stein Frequency and time – Иванов Ю.А. Особенности применения его возможностей в генераторе про- their measurement and characterization кварцевых генераторов с высокой темпе- должается. // in E. A. Gerber and A. Ballato, Precision ратурной стабильностью // Электронные Frequency Control, Vol. 2, pp. 191–416, компоненты. 2020. № 8. С. 54–57. Academic Press, 1985. НОВОСТИ МИРА ВЛАСТИ ОЦЕНИЛИ СОСТОЯНИЕ ют последствия экономического спада. При этом более половины предпринима- БИЗНЕСА В РОССИИ 29,4 процента отчитались о снижении вы- телей заявили, что сейчас «необходимо от- ручки, добавив, что пока контролируют си- казаться от косметических изменений и кар- Работа более 86 процентов российских туацию. Четверть (24,9 процента) предпри- динально менять правила игры: нужна новая компаний оказалась затронута введённы- нимателей охарактеризовали свое состо- экономическая модель, где будет удобно, ми санкциями. Такую оценку дал аппарат яние как серьёзный спад, а 7,1 процента выгодно и безопасно работать». С этим вы- уполномоченного при президенте России по назвали его кризисным. Ещё 5,7 процен- водом согласился и сам Титов. «Преодо- защите прав предпринимателей Бориса Ти- та закрыли свой бизнес или начали этот леть проблемы можно только путём карди- това в результатах «Мониторинга текуще- процесс. О стабильном росте своего биз- нальных реформ, изменением самой моде- го состояния бизнеса». Документ цитирует неса сообщили только 10,4 процента ре- ли развития», – резюмировал он. «Интерфакс». спондентов. www.lenta.ru «86,8 процента опрошенных предпри- Больше всего жалуются на спад спро- нимателей затронуты действием санкций, са (62,2 процента ответов), далее следу- 77,4 процента, по их словам, к санкциям ют дефицит оборотных средств и кассо- адаптировались или надеются это сделать, вые разрывы, разрыв цепочек поставок а вот 11,7 процента этого сделать не су- и сложности доставки по импорту. Пода- мели и останавливают бизнес – полностью вляющая часть бизнесменов при этом или частично», – сообщили специалисты. называют действия правительства не- Аппарат Титова опросил руководителей и достаточными в условиях санкционно- владельцев 6 тысяч компаний из 85 реги- го давления, и около 35 процентов ха- онов страны. рактеризуют их как «спокойные и эф- фективные». Большинство опрошенных властями респондентов (67,1 процента) ощуща- 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ НОВОСТИ МИРА ВОПРЕКИ ВСЕМ ПРОГНОЗАМ не упадут в течение длительного времени. явила тогда о запуске производства пер- В частности, такие прогнозы озвучивала вых в мире планок DIMM нового поколения. ЦЕНЫ НА СУПЕРСОВРЕМЕННУЮ компания MSI, утверждая, что DDR5 будет ПАМЯТЬ РУХНУЛИ НА САМОЕ ДНО дорогим удовольствием, во-первых, из-за Тем не менее первыми модулями DDR5, новизны формата, во-вторых, из-за исполь- доступными для приобретения, стала вовсе Оперативная память DDR5 менее чем за зуемых в планках памяти DDR5 компонен- не продукция SK hynix. Это были планки по месяц подешевела на 20%, и эксперты ве- тов. Эти модули комплектуются дополни- 16 ГБ DDR5-4800 компании TeamGroup в на- рят, что это новая тенденция. Они связыва- тельными модулями регулировки напряже- боре из двух модулей. Они были основаны ют падение цен на эти планки со слабеющим ния и контроллерами питания (PMIC). Также на модулях памяти производства американ- дефицитом микросхем и оптимизацией про- в них реализована новая технология коррек- ской Micron. Для работы планкам было необ- изводства готовых модулей DDR5. На это у ции ошибок на замену обычной ЕСС – on- ходимо напряжение 1,1 В, а их формула за- вендоров был целый год – первые планки die Error Correction Code (ODECC). Всё это держек (таймингов) составляла 40-40-40-77. DDR5 поступили в продажу в июне 2021 г. усложняет производство и повышает его се- Стоил такой комплект $400 (24,5 тыс. руб.). бестоимость, утверждали сотрудники MSI. Оперативная память DDR5, самая совре- За прошедший с момента релиза этих менная на июнь 2022 г., стремительно де- Кто «виноват» планок год производители значительно оп- шевеет, несмотря на массу неблагоприят- Снижение цен на память DDR5 является тимизировали производство, что позволи- ных факторов на рынке. По информации не- следствием совокупности нескольких факто- ло снизить издержки и уменьшить себесто- мецкого издания ComputerBase, на рынке ров. Первый – это значительное по меркам имость готовой продукции. Для примера, Европы такие планки менее чем за месяц современного компьютерного рынка время, комплект DDR5-6400 бренда G.Skill с тай- стали стоить как минимум на 20% дешевле. прошедшее с начала продаж планок DDR5. мингами CL32-39-39-102 в Европе стоит 409 Как сообщал CNews, они появились в мага- евро (26,9 евро) по сравнению с 699 евро На некоторые комплекты памяти DDR5, зинах ещё в июне 2021 г., хотя на тот момент (45,9 тыс. руб.) в начале 2022 г. в особенности если речь идёт о планках на- в мире не существовало ни одного процес- чального уровня, цены упали ниже 5 евро сора, способного работать с ними. Они поя- Второй фактор – ослабевание дефицита (340 руб. на 6 июня 2022 г. по курсу ЦБ) за вились значительно позже, в ноябре 2021 г., полупроводников, вызванного пандемией 1 ГБ. Для сравнения, в январе 2022 г., за- когда Intel запустила линейку Alder Lake. COVID-19. Тема коронавируса давно ушла долго до стремительного ухудшения геопо- При этом распространение памяти DDR5 на третий план, страны перестали мериться литической обстановки во всём мире, этот для персональных компьютеров началось количеством заразившихся им, а компании показатель превышал 12 евро (816 руб.). еще раньше, в первых числах октября начали выводить сотрудников с удалёнки в 2020 г. Корейская компания SK hynix объ- офисы. Первоначально именно массовый пе- Это совпадает с подсчётами авторитетно- реход на удалённую работу, а также времен- го портала Tom’s Hardware. Со слов его ана- ная остановка заводов из-за локдаунов при- литиков, за пределами европейского рын- вела к дефициту микросхем – всем срочно ка цена базовых модулей DDR5 с высокими понадобилась техника для домашнего офиса. таймингами в настоящее время составляет в пределах $6 (367 руб.) за 1 ГБ. Таким об- Кто в выигрыше разом, стандартный современный комплект Память DDR5 существенно превосходит их двух планок по 8 ГБ обойдётся покупате- DDR4 как по производительности, что на- лю в среднем в $120 (7340 руб.). прямую влияет на возможности компьютера в играх и приложениях, так и по потребле- Снижение цен на DDR5 ускорит отказ от нию энергии. Тем не менее планки DDR4, DDR4 в пользу нового более современно- несмотря на падение стоимости DDR5, об- го стандарта. ходятся значительно дешевле. К тому же большинство процессоров Alder При этом ещё осенью 2021 г. произво- Lake, самых современных в линейке Intel, дители компьютерного «железа» были аб- умеют работать с памятью DDR4, поддер- солютно уверены в том, что цены на DDR5 живая одновременно DDR5. С учётом всего этого DDR5 – это в первую очередь выбор тех, кто желает собрать по-настоящему со- временный ПК для игровых и рабочих ПК. www.cnews.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 41

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Прогнозирование времени отказа оборудования технологического процесса с помощью искусственной нейронной сети Имад Хамамех нятым диапазоном значений этих пара- метров. В отличие от систем диагности- Одной из целей интеллектуальной индустрии является снижение ки, системы прогнозирования отказов количества сбоев и времени, потраченного на устранение этих сбоев, направлены на прогнозирование буду- что сокращает производственные издержки. Профилактическое щего поведения оборудования и опре- обслуживание помогает решить эту проблему, но не всегда является деление возможных моментов отка- эффективным способом. В контексте повышения эффективности за оборудования, помогая в принятии технологического процесса основной вклад в эту работу может решений по вопросам технического заключаться в том, чтобы предложить методику прогнозирования обслуживания. K. Verbert, B.D. Schutter и выполнимости технологического процесса. Обработка и преобразование R.A. Babuska предложили систему опти- собранных данных технологического процесса для обучения нейронной мизации технического обслуживания, сети способны предсказать будущее состояние оборудования, указав, используя многомодульный метод для когда может произойти сбой, что позволяет точнее составлять график прогнозирования износа оборудо- обслуживания. В результате лишних остановок оборудования для вания [4]. S. Ntalampiras представил обслуживания становится меньше. систему диагностики неисправностей, Для достижения этой цели была создана модель, имитирующая где для обнаружения неисправностей технологический процесс, вывод параметров и ожидаемое время использовался безмодельный метод с возникновения отказа. Данные были использованы для обучения использованием данных с физическо- нейронной сети, а кроссвалидация – для тестирования. Также были го уровня контролируемой системы [5]. применены другие методы обучения нейронной сети. M. Yildirim, X.A. Sun, N.Z. Gebraeel создали метод для эффективного планирования Введение те оборудования, что позволяет составить технического обслуживания на основе более эффективный график техническо- прогнозируемого состояния системы с Для повышения качества и произво- го обслуживания. Этот вид обслуживания использованием байесовских методов дительности производственного про- снижает количество остановок в произ- прогнозирования. Этот прогнозный цесса контроль, мониторинг и техни- водстве, а также ускоряет ремонт, посколь- анализ динамически оценивает рас- ческое обслуживание оборудования ку может предсказать, на какой детали пределение оставшегося срока служ- производственной линии являются произойдёт сбой [3]. бы электрических генераторов, позво- основными видами деятельности [1]. ляя оценить стоимость обслуживания Цели этой работы: и лучшее время для проведения техни- Датчики и исполнительные механизмы ● использовать исторические данные ческого обслуживания [6, 7]. играют важную роль в работе различных компонентов технологического процесса, или сгенерировать данные для обу- Одна из задач, которую может выпол- поэтому важно, чтобы они были в хоро- чения нейронной сети; нять искусственная нейронная сеть шем рабочем состоянии. Для достижения ● использовать генетические алгоритмы (ИНС), – это прогнозирование. В меди- этой цели выполняются два вида обслужи- для обучения нейронной сети с мень- цине ИНС использовались для прогно- вания: запланированный и корректирую- шим количеством данных и проверить зирования риска смертности и заболе- щий. Плановое техническое обслужива- качество обучения. Это важно, пото- ваемости. Hao, Usama, Yang, Hossain и ние проводится регулярно; оборудование му что в большинстве случаев невоз- Ghoneim представили новую мультимо- проверяется и при необходимости заме- можно получить нужное количество дальную рекуррентную нейронную сеть няется, чтобы избежать незапланирован- данных о технологическом процессе; на основе данных (MD-RCNN) для про- ных остановок технологического процес- ● использовать статистические мето- гнозирования риска заболеваний [10]. са. Корректирующий ремонт проводится ды для выявления важных факторов, F. Li, G. Ren и J. Lee разработали иннова- при возникновении сбоев; нерабочая которые влияют на технологический ционную структуру для многоэтапно- деталь проверяется и при необходимо- процесс. го прогнозирования скорости ветра сти заменяется [2]. Несмотря на то что пла- с использованием рекурсивной ней- новое техническое обслуживание более Сопутствующие работы ронной сети на основе скорости ветра эффективно, оба вида повышают затра- и интенсивности турбулентности [11]. ты из-за производственного сбоя. Для Техническое обслуживание оборудо- компенсации недостатков обоих видов вания по его состоянию играет важную ИНС в прогнозировании сбоев обслуживания в промышленности стали роль в сокращении лишнего обслужива- ИНС широко используются в про- широко использовать методы обслужива- ния, времени простоя и снижении затрат. ния на основе искусственного интеллекта. гнозировании сбоев. Orru, Zoccheddu, Эти методы позволяют спрогнозировать Целью диагностики неисправностей Sassu, Mattia, Cozza и Arena представи- с большой точностью время сбоя в рабо- является обнаружение происхождения ли простую и легко реализуемую модель сбоев и определение места сбоя. Это достигается выбором параметров и при- 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ машинного обучения (ML) для ранне- странстве поиска, в то время как поло- тых из распределения Гаусса или рав- го прогнозирования неисправностей жение частицы представляет собой номерного распределения в момент центробежного насоса в нефтегазовой решение исследуемой проблемы. Рас- времени t. Если β0 = 0, это становит- отрасли [5]. Cheng H., Kong X., Chen G., чёты на каждой итерации основаны на ся простым случайным блужданием. Wang Q. и Wang R. предложили метод двух ранее найденных позициях. Ско- С другой стороны, при γ = 0 FA сводит- для прогнозирования оставшегося сро- рость частицы вычисляется на каждой ся к варианту оптимизации роя частиц. ка полезного использования при мно- итерации по следующему уравнению: Кроме того, рандомизацию можно лег- жественных отказах системы, используя ко распространить на другие распреде- переносимую сверхточную нейронную (2.1) ления, такие как рейсы Леви [17]. сеть (TCNN) для изучения инвариантных , функций домена [12]. Atma Ram Sahu, Стохастический градиентный Sanjay Kumar Palei продемонстриро- где t – текущая итерация, xi(t) – текущее спуск вали подход к прогнозированию неис- положение частицы в измерении i, vi(t) – правностей в системе с использовани- текущая скорость частицы в размер- Это итерационный метод оптимиза- ем многослойного персептрона (MLP) в ности i, yi(t) – лучшее положение теку- ции целевой функции с подходящими ИНС, а также данных о причинах, сим- щей частицы в измерении i, – лучшая свойствами гладкости. Его можно рас- птомах и неисправностях за последние позиция в измерении i, ω – инерцион- сматривать как стохастическое прибли- два года, записанных с помощью датчи- ный член, который применяет часть жение оптимизации градиентного спу- ка, журнала и визуального осмотра [13]. предыдущей скорости к следующей ска, поскольку оно заменяет фактический скорости, c1 – когнитивный компонент, градиент (вычисленный из всего набо- Методы, применённые который влияет на эффект личного наи- ра данных) его оценкой (вычисленной при разработке системы лучшего найденного положения, c2 – из случайно выбранного подмножества прогнозирования обобщённый компонент, который вли- данных). Это снижает вычислительную яет на эффект глобального наилучшего нагрузку, особенно в задачах оптимиза- В реальных системах сбор и обработ- найденного положения, а r1 и r2 – слу- ции большой размерности, обеспечивая ка данных, используемых для машин- чайные значения в диапазоне [0, 1]. [19] более быстрые итерации для более низ- ного обучения, исторически должны кой скорости сходимости [18, 19]. выполняться относительно интересую- Алгоритм светлячка щей проблемы, например, сбоя обору- Алгоритм светлячка (FA) был осно- Результаты работы дования. Определяя, когда конкретное оборудование вышло из строя, можно ван на образцах мигания и поведении В ходе исследования были созданы собрать предварительный набор дан- светлячков [13]. FA использует следую- и обучены разные нейронные сети ных, содержащий данные датчиков. щие три идеализированных правила: для разных задач (прогнозирование, Далее обрабатываются данные для ● cветлячки однополые, поэтому одно- линейные и нелинейные задачи) и получения подходящей выборки для получены следующие результаты. обучения нейронной сети. го светлячка привлекают другие свет- лячки независимо от их пола; Было выявлено, что метод роя частиц В этой работе представлены 3 вида ● привлекательность пропорциональ- обучается быстрее (требует меньше данных для обучения нейронной сети: на яркости, и оба параметра умень- итераций), чем остальные два метода линейные данные, нелинейные данные, шаются по мере увеличения рассто- в линейных задачах с маленьким про- исключающие «или» данные с 15 пара- яния. Таким образом, для любых двух странством, но при использовании метрами и более 7000 показаний [14]. мигающих светлячков более яркий метода для обучения модуля прогнози- будет двигаться к более яркому. Если рования результаты PSO были намно- Использовалось 3 вида оптимизации: нет более яркого светлячка, чем кон- го хуже, чем результаты FA и SGD. По метод роя частиц, алгоритм светлячков, кретный светлячок, он будет переме- результатам исследования PSO является стохастический градиентный спуск. щаться случайным образом; плохим вариантом при обучении с боль- ● яркость светлячка определяется ланд- шим количеством характеристик (вхо- Цель данной работы – сравнить шафтом целевой функции. дов) и маленькой обучающей выборкой. результаты алгоритмов и найти более Поскольку привлекательность свет- подходящие алгоритмы для обучения лячка пропорциональна интенсивно- FA дал лучшие результаты для таких нейронной сети при небольшом объ- сти света, наблюдаемого соседними задач, как исключающие «или». Разни- ёме данных, что позволяет применять светлячками, можно определить изме- ца увеличивается при большом количе- методы прогнозирования в технологи- нение привлекательности β с расстоя- стве входов, при маленьком наборе дан- ческих процессах. нием r следующим образом: ных FA не смог обучиться. Для задачи прогнозирования FA обучался быстрее Метод роя частиц β = β0e−γr 2, и давал более точные результаты. Оптимизация роя частиц (PSO) – это где β0 – привлекательность при r = 0. Заключение метаэвристика, введённая Кеннеди и Движение светлячка i, притягиваю- Эберхартом [15]. PSO поддерживает щегося к другому, более привлекатель- Всё чаще в промышленности ищут набор решений, которые итератив- ному (более яркому) светлячку j, опре- более эффективные способы плани- но обновляются для перемещения в деляется следующим образом: рования обслуживания. Прогнозиро- пространстве поиска. Математиче- вание сбоев помогает создавать более ские формулы применяются к скоро- ,(2.3) эффективный график обслуживания сти и положению каждой частицы. Ско- где вторая часть обусловлена притяже- оборудования, что снижает затраты. рость частицы определяет, насколько нием. Третья часть – это рандомизация, быстро частица перемещается в про- где αt является параметром рандомиза- В интеллектуальной индустрии ции, а – вектор случайных чисел, взя- более точное предсказывание наблю- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 43

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ дается тогда, когда оборудование выхо- 3. Sampaio G.S., de Aguiar Vallim Filho A.R., da Energy Conversion and Management. 2019. дит из строя, что помогает принимать Silva L.S., da Silva L.A. Prediction of Motor № 186. P. 306–322. решения относительно технического Failure Time Using An Artificial Neural 12. Transferable convolutional neural network обслуживания, которое необходимо Network. 2019, 19(19), 4342. based remaining useful life prediction of выполнять, сводя к минимуму затра- bearing under multiple failure behaviors ты и снижая рабочую нагрузку. 4. Verbert K. A Multiple-Model Reliability / H. Cheng, X. Kong, Q. Wang, R. Wang // Prediction Approach for Condition-Based Measurement. 2021. № 168. Основной результат работы состоит в Maintenance / K. Verbert, B.D. Schutter, R.A. 13. Sahu A.R. Fault prediction of drag system предложении методики прогнозирова- Babuska // IEEE Transactions on Reliability. using artificial neural network for ния сбоев и планировании техническо- 2018. P. 1364–1376. prevention of dragline failure / A.R. Sahu, го обслуживания с помощью нейрон- S.K. Palei // Engineering Failure Analysis. ных сетей и выбора наилучшего метода 5. Ntalampiras S. Fault Diagnosis for Smart Grids 2020. № 113. обучения при различных видах и коли- in Pragmatic Conditions // IEEE Transactions 14. www.kaggle.com: сообщество специа- честве данных. Предложенная методика on Smart Grid. 2016. № 9. P. 1964–1971. листов по науке о данных: сайт. // URL: также может стать целью будущих работ https://www.kaggle.com/c/machine- с учётом измерений реальных систем. 6. Yildirim M. Sensor-Driven Condition-Based failure-prediction/data (дата обраще- Набор обучающих данных может быть Generator Maintenance Scheduling. Part ния: 10.02.2018). построен на основе реальных измере- I: Maintenance Problem / M. Yildirim, X.A. 15. Kennedy J. Particle swarm optimization / ний или смоделирован с помощью Sun, N.Z. Gebraeel // Transactions on Power J. Kennedy, R. Eberhart // Proceedings of нелинейных оценок, таких как лога- Systems. 2016. № 31. P. 4253–4262. IEEE International Conference on Neural рифмические или экспоненциальные. Networks. IV. Perth, WA, Australia, 1995. 7. Yildirim M. Sensor-Driven Condition-Based P. 1942–1948. Важно подчеркнуть, что исследова- Generator Maintenance Scheduling. Part II: 16. Yang X.S. Firefly algorithms for multimodal ния и разработка методов, которые Maintenance Problem / M. Yildirim, X.A. optimization // Lecture Notes in Computer помогают принимать решения в про- Sun, N.Z. Gebraeel // Transactions on Power Science. 2009. № 5792. P. 169–178. мышленности, имеют важное значение Systems. 2016. № 31. P. 4263–4271. 17. Yang X.S. Nature-Inspired Metaheuristic для повышения эффективности произ- Algorithms. Luniver Press, 2010. водства и снижения затрат. 8. Machine Learning Approach Using MLP and 18. Suvrit S., Stephen J.W., & Sebastian N. SVM Algorithms for the Fault Prediction of a Optimization for Machine Learning, 2012. Литература Centrifugal Pump in the Oil and Gas Industry Massachusetts: MIT Press. // Sustainability. 2020. № 12. P. 4766–4767. 19. Хамамех Имад Нехадович, Алгорит- 1. Amihai I. An Industrial Case Study Using мы PSO, FA и GD для прогнозирова- Vibration Data and Machine Learning to 9. Daoud M. A survey of neural network-based ния сбоев промышленности // Совре- Predict Asset Health / I. Amihai // IEEE 20th cancer prediction models from microarray data менная наука: Актуальные проблемы Conference on Business Informatics (CBI). / M. Daoud, M. Mayo // Artificial Intelligence in теории и практики / Серия Естествен- Vienna, Austria, 2018. P. 178–185. Medicine. 2019. № 97. P. 204–214. ные и Технические Науки – № 4, 2022. C. 130–136. 2. Plante T., Nejadpak A., & Yang C.X. 10. Recurrent convolutional neural network (2015). Faults detection and failures based multimodal disease risk prediction prediction using vibration analysis. IEEE // Future Generation Computer Systems. AUTOTESTCON, (227–231). MD, USA: IEEE. 2018. № 92. P. 76–83. 11. Li F. Multi-step wind speed prediction based on turbulence intensity and hybrid deep neural networks / F. Li, G. Ren, J. Lee // НОВОСТИ МИРА РОСТЕХ И БАУМАНКА ственном оборудовании, пройдут испыта- Опытный образец 3D-принтера предна- ния на соответствие техническим характе- значен для выращивания изделий разме- СОЗДАДУТ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ристикам, предъявляемым к авиационной ром до 250×250×300 мм из металлических продукции. Следующим шагом станет на- порошковых материалов: алюминиевых, ПРОМЫШЛЕННОЙ 3D-ПЕЧАТИ чало серийного производства оборудова- бронзовых, титановых сплавов и нержаве- ния для 3D-печати. ющей стали. Центр аддитивных технологий Госкорпо- рации Ростех и Московский центр лазер- Основной потребитель продукции Центра rostec.ru ных технологий (МЦЛТ) – научно-инжини- аддитивных технологий – авиастроительная ринговый центр при МГТУ им. Баумана – отрасль. Создание перспективной авиатех- заключили соглашение о сотрудничестве. ники, такой как самолеты Суперджет 100 Документ, направленный на создание обо- или МС-21 с отечественными двигателями рудования для промышленной 3D-печати, ПД-8 и ПД-14, немыслимо без технологий подписали генеральный директор ЦАТ Вла- 3D-печати. Наша задача – обеспечить со- дислав Кочкуров и генеральный директор ответствующие возможности, предложить МЦЛТ Александр Григорьянц. авиастроителям лучшие производственные решения. Совместная работа с Бауманкой В рамках проекта в Центре аддитив- направлена на создание нового поколения ных технологий будет проведена апро- отечественного оборудования для этих це- бация и опытная эксплуатация установки лей, сказал генеральный директор ЦАТ Вла- 3D-печати на базе технологии селектив- дислав Кочкуров. ного лазерного плавления, разработанной специалистами МЦЛТ. Опытные образцы изделий, изготовленные на новом отече- 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ НОВОСТИ МИРА RDW TECHNOLOGY ЗАПУСКАЕТ отпечатка пальца. По мнению разработчи- зойдёт и корректировка направления разви- ПРОИЗВОДСТВО БАРЕБОН- ков, актуальные решения вызовут интерес тия компании. В то время как Петричкович был ПЛАТФОРМЫ НА МОЩНОСТЯХ GS к новой моноблочной платформе на рынке. известен как «человек старой инженерной шко- GROUP лы» с техническим складом ума; Чёрный боль- – Наша баребон-платформа сконструирова- ше преуспевал в коммерции и менеджменте. Российский вендор RDW Technology объяв- на под наиболее распространённые форматы Это может помочь компании сменить приорите- ляет о старте серийного производства баре- материнских плат, – рассказал о технических ты и начать работать с крупными партнёрами. бон-платформы под брендом RDW Computers особенностях новинки коммерческий дирек- на мощностях предприятий инновационного тор RDW Computers Роман Жданов. – В но- В 2021 г. стало известно, что «Элвис» кластера «Технополис GS» (флагманский ин- вом устройстве установлена плата собствен- создаст три мобильных процессора: для вестиционный проект холдинга GS Group в ного производства RDW-MB-B45M. На её базе смартфонов («Скиф»), систем искусствен- г. Гусеве Калининградской области). Это един- сегодня собирается вся компьютерная техника ного интеллекта и устройств Интернета ве- ственная моноблочная платформа, выпуск ко- бренда, находящаяся в реестре Минпромтор- щей. Процессоры планировалось произве- торой локализован в Российской Федерации. га РФ. Материнка создана компанией в 2020 г. сти на тайваньской фабрике TSMC. Это первая сертифицированная материнская Интегрированный характер предприя- плата в России на базе процессора AMD. Первые отладочные платы различной кон- тий «Технополиса GS» позволил реализо- фигурации со «Скифами» осенью 2021 г. по- вать весь производственный процесс на од- Новая баребон-платформа будет внесе- лучили «Инновационная внедренческая ком- ной площадке. Корпуса для баребонов из- на в Единый реестр радиоэлектроники Мин- пания», с которой связан «Базальт СПО» – готавливают на заводе «Пранкор», собирают промторга. Это позволит любому россий- разработчик линейки ОС «Альт», «Открытая устройства на НПО «Цифровые Телевизион- скому производителю использовать её для мобильная платформа» – разработчик рос- ные Системы». Первая партия – 1500 штук. повышения адвалорной доли в моноблоках сийской мобильной ОС «Аврора», входящий собственного производства. в «Ростех» НИИ «Масштаб», ICL и «Байтэрг». Баребон – тот же моноблок, собранный по принципу «каркасной» системы и предназна- www.industry-hunter.com В конце 2021 г. «Элвис» также стал участ- ченный для самостоятельной досборки пользо- ником проекта «Россетей» для разработки вателем. Баребон-платформа позволяет полу- РАЗРАБОТЧИК РОССИЙСКИХ программно-аппаратных комплексов робото- чить необходимое устройство, базирующееся ARM-ПРОЦЕССОРОВ СМЕНИЛ технических систем охраны. Компания также на материнских платах наиболее распростра- собиралась поставлять процессор «Скиф». нённых форматов, и устанавливать процессо- ВЛАДЕЛЬЦА ры требуемой производительности. Любому Основатель НПЦ «Элвис», разрабатыва- Согласно базе «Контур.фокус», выруч- пользователю открываются неограниченные ка компании по итогам 2021 г. достигла возможности в гибком подборе конфигура- ющего мобильные процессоры, в том числе 1,1 млрд руб., что на 55% ниже, чем по итогам ции устройства для решения требуемых задач. «Скиф», вышел из капитала компании после 2020 г., когда она заработала 2,4 млрд руб. Чи- трёх десятков лет работы. 68-летний Ярос- стая прибыль упала почти на 100% и состави- На заводе «Пранкор» производится высо- лав Петричкович продал 30% акций, и теперь ла 2,5 млн руб. вместо 237,1 млн руб. в 2020 г. коточная технологическая оснастка различ- контроль над «Элвисом», который пережи- ной конфигурации и сложности. Наработан- вает непростое время на фоне американ- Вероятно, не лучшим для бизнеса окажет- ные компетенции позволили в короткие сроки ских и британских санкций, перешёл к вы- ся и 2022 г., в том числе из-за пакета санк- организовать производство корпусов для но- ходцу из АФК «Система» Михаилу Чёрному. ций США, который был введён на фоне гео- вого устройства. Корпус баребон-моноблока политического кризиса на Украине 4 марта RDW Computers состоит как из металлических, Производитель электроники гражданско- 2022 г. Жертвой санкций «Элвис» оказался так и из пластиковых деталей. Детали из оцин- го назначения и разработчик российских наряду с другими отечественными чипмей- кованной стали изготавливают методом хо- ARM-процессоров научно-производствен- керами: «Байкал электроникс», МЦСТ, НТЦ лодной штамповки, детали из АБС-пластика – ный центр (НПЦ) «Элвис» две недели назад «Модуль» и пр. Согласно ограничениям, ино- методом литья пластмасс под давлением. сменил акционера, пишет «Коммерсант» со странные контрагенты теперь обязаны согла- ссылкой на источники на рынке микроэлек- совывать с бюро промышленности и безо- На НПО «ЦТС» для производства баре- троники и в правительстве. пасности (BIS) Минторга США все поставки бон-платформ адаптировали линию финаль- российским компаниям. Речь идёт о любой ной сборки. Процесс начинается с поверх- После 30 лет работы из капитала компа- продукции, произведённой по американским ностного монтажа электронных компонентов нии вышел её основатель Ярослав Петрич- технологиям. Американский регулятор наме- на плату. Затем происходит монтаж штыре- кович. Сотрудники компании рассказывают, рен действовать в рамках «политики отказа». вых компонентов, после – пайка и сборка в что получили письмо, в котором сообщает- корпус. Контроль качества осуществляется ся, что 68-летний акционер покидает компа- Великобритания в отношении «Элвиса» на всех этапах производства. нию, так как «перенёс тяжелую болезнь и ввела санкции 5 мая 2022 г. Они означают не может больше принимать активное уча- заморозку активов организаций и ограниче- Баребон-платформа RDW Computers по- стие в делах». С 2012 по 2020 гг. он зани- ния на оказание технологических услуг, сре- лучила 23,8-дюймовый жидкокристалличе- мал должность гендиректора предприятия. ди которых запрет на использование в новых ский монитор с разрешением 1920×1080 то- разработках архитектуры британской компа- чек, веб-камеру 5 МП, два динамика по 5 Вт, Контроль над «Элвисом» получил глава нии ARM и возможные ограничения на произ- стереомикрофон, картридер, блок питания правления компании, бывший исполнитель- водство на фабриках по всему миру текущих мощностью 250 Вт и безрамочный дизайн. ный вице-президент АФК «Система» и член моделей процессоров. В довершение всего Для повышения степени защиты информа- совета директоров «Башкирэнерго» Миха- производство российских процессоров было ции модель снабжена считывателем радио- ил Чёрный. Какую именно долю бизнеса он остановлено на заводах тайваньской TSMC. частотной идентификации (RFID) и сканером получил, источники издания не сообщили. www.russianelectronics.ru Представители рынка микроэлектроники уверены, что со сменой бенефициара прои- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 45

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Проектирование информационно-управляющей системы анализа статистических данных функционирования производственной системы Елизавета Каширская, Елена Воробьёва добиться, если высота шлифовального круга будет больше высоты самой заго- Данная статья посвящена статистическому анализу информации товки. Обработка заготовок в промыш- о функционировании производственной системы на примере ленных условиях происходит с помо- технологического процесса круглого шлифования методом врезания. щью станка. Для круглого шлифования соответственно используется кругло- Введение Основная часть шлифовальный станок. В данной работе рассматривает- Шлифование представляет собой про- Статистический анализ работы обо- ся статистический анализ данных цесс обработки заготовок резаньем, ког- рудования необходим для анализа про- о функционировании производ- да для придания заготовке формы или изошедших при обработке проблем, ственной системы. В качестве при- для финишной обработки снимается для улучшения работы самого обору- мера системы взят технологический стружка с помощью инструмента, содер- дования, уменьшения погрешностей процесс круглого шлифования мето- жащего в себе абразивные частицы. При обработки. Процесс анализа можно дом врезания, который, в основном, круглом шлифовании работа ведётся с разделить на несколько этапов: используется для финишной обра- заготовками цилиндрической или кони- ● сбор статистической информации ботки изделий цилиндрической и ческой форм. В качестве инструмента конической форм. Статистический берётся шлифовальный круг. В данной о процессе; анализ предполагает сбор стати- работе рассматривается круглое шлифо- ● статистическая обработка собранной стической информации о процессе вание методом врезания, при котором (а также разработку метода сбора), совершается несколько видов движений: информации; проведение статистической обработ- 1. вращение шлифовального круга, ко- ● выявление закономерностей и фор- ки для выявления закономерностей процесса, получение ряда выводов торое является главным движением мирование выводов о процессе; для дальнейшего прогнозирования. при резании; ● далее возможно прогнозирование Данная работа будет касаться толь- 2. вращение заготовки или круговая ко обработки и анализа уже собран- подача; процесса. ных данных. 3. поперечное перемещение шлифо- Сбор статистической информации вального круга на заготовку. происходил при помощи экспери- При шлифовании методом врезания, мента. Для этого был собран экспери- в отличие от других видов шлифования, ментальный стенд, состоящий из кру- отсутствует продольная подача дета- глошлифовального станка, объекта ли вдоль инструмента. Этого можно исследования и аппаратуры для сбо- ра информации. Круглошлифоваль- ный станок обрабатывал заготовку заданной формы и размеров с помо- Рис. 1. Осциллограмма, отражающая процесс шлифования Рис. 2. Данные об отклонении обработанной Рис. 3. Результаты гармонического анализа в виде амплитудно-частотного спектра шлифованием детали от круглой формы, полученные в виде круглограммы WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 46

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Вход База данных griding oscillogram.py round-chart.py Выход database.py export_to_ save_ excel.py plot.py Рис. 4. Функциональная структура полученной программы Рис. 5. Функциональная схема базы данных щью шлифовального круга до необхо- где Sад – дисперсия адекватности, пока- круглограмм и оценку произведён- димой точности. При этом с помощью зывающая разброс ряда, полученного с ного анализа. На выходе из програм- аппаратуры были записаны данные об помощью расчета, Sоп – дисперсия опы- мы мы получаем вывод об адекватно- относительных вибросмещениях меж- та, показывающая разброс ряда, полу- сти полученной модели. ду заготовкой и инструментом. Изме- ченного с помощью опыта. рительная цепочка состояла из пье- База данных используется для хране- зоэлектрического датчика на входе, Полученный критерий сравнивал- ния начальных данных и результатов виброизмерителя и самописца на выхо- ся с табличным значением, которое анализа. Функциональная схема пред- де. Результатом эксперимента являлась выбирается в зависимости от довери- ставлена на рис. 5. осциллограмма, отражающая процесс тельной точности оценки γ и от коли- шлифования (рис. 1). чества степеней свободы для каждого База данных состоит из 4 таблиц. набора данных. Доверительную точ- 1. Oscillogram – содержит значения, Таким образом были обработаны ность возьмём равной γ = 0,95. Дан- 70 заготовок. После обработки были ная точность принята стандартной снятые с осциллограмм в виде па- получены данные об отклонении в научных исследованиях. Количе- ры x и y. Каждое значение являет- обработанной шлифованием детали ство степеней свободы рассчитано ся массивом значений для одной за- от круглой формы, полученные в виде с помощью критерия Стьюдента и готовки. круглограмм (рис. 2). В данной работе равно k1 = 82, k2 = 82. Табличное зна- 2. Afc – амплитудно-частотные спек- процесс сбора статистической инфор- чение при данных параметрах рав- тры, полученные при гармониче- мации не проводился. но: Fтабл = 1,47. ском анализе. Также являются мас- сивами значений. С осциллограмм были сняты пока- Данные расчёты были проведе- 3. Fourier_transform – расчётные значе- зания с заданной частотой дискрети- ны с помощью встроенных средств ния отклонений от круглости. зации. Для этих данных был проведён языка программирования Python и 4. Round_chart – экспериментальные гармонический анализ, результатом дополнительной библиотеки numpy. значения отклонений от круглости. которого являлся амплитудно-частот- Помимо модулей расчётов, в рабо- ный спектр процесса (рис. 3). те были также разработаны моду- Заключение ли для создания графиков (библи- Гармонический анализ был прове- отека mathplotlib), для сохранения В данной статье был рассмотрен дён программно с помощью библио- результатов в файлы Excel (библи- технологический процесс кругло- теки scipy языка программирования отека pandas) и для взаимодействия го шлифования методом врезания. Python. Для анализа использовалась с базой данных (компонент MySQL. Были рассмотрены особенности формула преобразования Фурье в ком- connector). Функциональная структу- статистического анализа и разра- плексном виде: ра полученной программы представ- ботана ИУС. По результатам работы лена на рис. 4. программы можно сделать вывод, . что анализ данных прошёл успеш- Для анализа круглограмм необ- При запуске программы начинает но. Полученные результаты соот- ходимы значения эксцентрисите- работу модуль oscillogram.py, который ветствуют ожидаемым. ИУС работа- та заготовки, который был рассчи- необходим для гармонического ана- ет корректно. тан экспериментально при помощи лиза осциллограмм. Он взаимодей- оборудования. Помимо этого, были ствует с базой данных посредством Литература взяты расчётные значения отклоне- модуля database.py, который содер- ний от круглости, в качестве которых жит все необходимые функции для 1. Ящерицын П.И. Основы резания мате- использовались двойные значения подключения к базе и работы с ней. риалов: учебное пособие / П.И. Ящери- амплитуды первой гармоники, полу- Результаты анализа записываются цын, В.Д. Евремов. Минск: БГАТУ, 2008. ченной при гармоническом анализе. в базу данных, а также выводятся из 644 с. Для этих значений была проведена программы в виде графиков и табли- оценка полученной расчётной моде- цы с помощью модулей save_plot.py 2. Ивченко Г.И. Математическая статисти- ли по критерию Фишера, рассчитан- и export_to_excel.py соответственно. ка: учебник / Г.И. Ивченко, Ю.И. Медве- ной по формуле: Далее запускается модуль round_chart. дев. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», py, который отвечает за обработку 2014. 352 с. , 3. Уэс Маккинли. Python и анализ данных / пер. с англ. А.А. Сливкина. М.: ДМК Пресс, 2015. 482 с. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 WWW.SOEL.RU 47

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Прогнозирование состояния технологического процесса Андрей Бриллиантов ке ремонта и сбоев, собираемая в тече- ние большого времени наблюдения Для прогнозирования состояния технологического процесса была за объектом. Именно поэтому сегодня предложена система с использованием искусственных нейронных сетей актуально повышение качества про- и алгоритма машинного обучения Random Forest. Были рассмотрены гнозирования с целью своевременно- этапы системы прогнозирования на примере работы и настройки го определения состояния технологи- системы прогнозирования технологического процесса. Обучающая ческого процесса. выборка состоит только из значений нормальной работы. Появление сигнала о критическом состоянии процесса зависит от отклонения Основой метода обучения является прогнозного сигнала и фактического. выборка, состоящая из групп данных, в которых нет значений, соответству- Введение и восстановление работоспособности ющих отказам, сбоям или аномально- всего процесса, что, в свою очередь, му режиму работы, то есть выборка Основную роль на производстве повышает эффективность и произво- состоит из групп значений, соответ- занимают технологические процессы, дительность производства. ствующих нормальному режиму рабо- отвечающие за изменение форм, раз- ты объекта исследования. Таким обра- меров, физико-химических и других Алгоритмы искусственного интеллек- зом, обученная модель прогнозирует свойств продукции. В условиях круп- та с большей эффективностью подхо- нормальный режим работы. При таком носерийного, массового производства дят для прогнозирования состояния подходе затраченное время для сбора и автоматизации технологических про- всего технологического процесса. данных и начала работы системы про- цессов, а также в условиях жёсткой кон- гнозирования сводится к минимуму. курентной борьбы качество выпускае- Современные технологические про- мой продукции и оказания услуг вышло цессы обеспечены необходимым коли- В качестве примера работы и на первый план. Важнейшими пара- чеством датчиков, позволяющих вести настройки алгоритма прогнозирова- метрами технологических процессов контроль и отслеживание различных ния был выбран технологический про- является обеспечение стабильности параметров работы. Таких параметров цесс «Система автоматической мойки работы технологического оборудова- может быть очень много. При решении колес, арок и порогов автомобилей ния, качество выпускаемой продукции задачи прогнозирования необходимо при въезде на закрытые автостоян- и оказания технически сложных услуг. выбрать основные, которые оказыва- ки «МОЙДОДЫР-К-10» (далее – «Мой- ют наибольшее воздействие на объект ка»). Автомобиль по пандусу со скоро- Основная часть исследования. Наиболее актуальными стью около 3 км/ч въезжает в лёгкий становятся решения этой задачи с при- экранирующий тоннель (рис. 1(2)), Сегодня большое внимание уделяется менением методов машинного обуче- где установлены фотодатчики. При возможности отслеживания в реальном ния. В основном, построение про- срабатывании датчиков включаются времени сбоев в работе технологиче- гнозных моделей осуществляется на центробежные насосы (рис. 1(6, 6а)), ского оборудования с использованием обучении на прецедентах, что зача- осуществляющие подачу подогретой интеллектуальных систем. Быстрое и стую не подходит для применения ко воды на блоки форсунок (рис. 1(1)). своевременное обнаружение неисправ- многим объектам исследования. При Из форсунок под действием электро- ности в работе агрегатов даёт наимень- таком подходе требуется большая двигателя струи воды под определён- шие финансовые затраты на починку база знаний, основанная на статисти- ными углами, динамически меняющи- Рис. 1. Схема автоматической мойки колёс автомобиля Рис. 2. Данные с датчиков, установленных на центробежном насосе СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 48 WWW.SOEL.RU