2022 8

Реклама



ЖУРНАЛ Здравствуйте, уважаемые друзья! Журнал «Современная электроника» Издаётся с 2004 года О квантовых вычислениях сегодня пишут и говорят все. У не погружённого в тему читателя может сложиться впечатление Главный редактор Ю. В. Широков очень близкого революционного прорыва в этой области, Заместитель главного редактора а также просто неограниченного потенциала квантовых А. В. Малыгин вычислителей. Ведь уже 3 года назад, в 2019 году, компания Редакционная коллегия А. Е. Балакирев, Google заявила, что ей удалось на экспериментальном кван- В. К. Жданкин, С. А. Сорокин, Д. А. Кабачник, товом компьютере Sycamore (53 кубита) добиться скорости Р. Х. Хакимов вычислений, превышающей в 150 млн (!) раз скорость вычис- Вёрстка А. М. Бабийчук лений самого быстрого на тот момент в мире суперкомпьюте- Обложка Д. В. Юсим ра IBM Summit. Так в чём же заминка? Давайте скорее внедрять Распространение А. Б. Хамидова ([email protected]) это чудо массово и повсеместно! Но сначала попробуем разо- Реклама И. Е. Савина ([email protected]) браться, что же такое квантовый компьютер, как он устроен и работает, и почему до появления его на нашем письменном Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» столе в формате привычного ноутбука пройдёт ещё немало Генеральный директор К. В. Седов времени. Об этом читайте в подготовленных нами статьях. Адрес учредителя и издателя: 117279, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 108, Заходите на наш сайт, подписывайтесь на наш YouTube-канал, пом/ком/эт I/67/тех смотрите наши репортажи и делитесь ссылками на них со Почтовый адрес: 117437, г. Москва, своими коллегами! Профсоюзная ул., 108 Тел.: (495) 232-00-87 Всего вам доброго! [email protected] • www.soel.ru Юрий Широков, главный редактор Производственно-практический журнал Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. Цена свободная Журнал зарегистрирован в Федеральной 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 ◆ № 8 2022

СОДЕРЖАНИЕ 8/2022 РЕКЛАМОДАТЕЛИ РЫНОК AdvanteX · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·29 4 Новости российского рынка EREMEX· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1 КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ LITEMAX · · · · · · · · · · · · · · · · 3-я стр. обл. NSI, IKEY · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·56 8 Минпромторг импотент? Да. Иван Покровский ProChip · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ RFcore · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·33 ДОЛОМАНТ· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·23 12 Способы прогнозирования периода стойкости КОМПОНЕНТА · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 режущих инструментов КОМПЭЛ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 МИКРОВОЛНОВЫЕ СИСТЕМЫ · · ·2-я стр. обл. Артём Гамов 16 Использование онтологического инжиниринга при анализе технологических линий Евгений Курнасов, Анна Володина, Галина Богомольная, Дмитрий Киселев МОРИОН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 20 Программно-аппаратный комплекс системы контроля Протон-Импульс· · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 и управления доступом Симметрон · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 Иван Подзоров ТЕСТПРИБОР · · · · · · 7, 15, 4-я стр. обл. 24 Зачем нужны квантовые вычисления? Часть 2. ЭРКОН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·31 Основные этапы развития квантовых компьютеров с вентильной обработкой ЮЕ-Интернейшнл· · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 Виктор Алексеев Читайте в «CTA» № 4/2022: 34 Применение цифровых двойников в промышленности АВТОМАТИЗАЦИЯ В БИОТЕХНОЛОГИЯХ: БИОКАД выбирает Fastwel Сомайе Малакути, Питер Ван Шалквик, Биргит Босс, Челлури Рам Састри СВЯТО МЕСТО ПУСТО НЕ БЫВАЕТ: китайские бренды на российском рынке ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ БИОИДЕНТИФИКАЦИЯ В ДЕЙСТВИИ: отечественные разработки для контроля 42 Барометр-гигрометр-термометр с батарейным питанием доступа на базе MEMS датчика BME280, микроконтроллера EFM8SB10F8 Я ЗА ТОБОЮ СЛЕДУЮ ТЕНЬЮ: и ЖКИ-модуля H1313. цифровые двойники в промышленности Часть 2 Алексей Кузьминов 50 Термометрия элеватора по системе «Power over Ethernet» Андрей Шабронов ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 54 О применении для нормировки классифицированной выборки наблюдений при распознавании объектов по межчастотному корреляционному признаку Владимир Бартенев Оформляйте подписку на журнал «СТА» 58 Дискретный синтез цифрового гауссова фильтра и читайте печатную версию или электронную версию на www.cta.ru Владимир Бугров СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 3

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 10,1 IPS TFT ● PCAP FW Version: V6.0.0.0.62.90.1.2; бильного выходного напряжения. Герметич- ● тачпад: проекционный ёмкостной сенсор- ный корпус с размерами 76,7×38,6×10,66 мм С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ и весом около 95 г выполнен из холоднока- ный экран, PCAP; таной стали, основание корпуса покрыто ни- ЧЕРЕЗ HDMI-РАЗЪЁМ ● покрытие: глянцевое; келем, крышка выполнена из железо-нике- ● рабочая температура: –20~+70°C; левого сплава 4J42. Выводы выполнены из Raystar подготовила к серийному выпу- ● температура хранения: –30~+80°C. бескислородной меди с золотым покрыти- ску 10,1-дюймовый IPS TFT ЖК-дисплейный ем, корпус герметизирован параллельной модуль RFH101VJ-1YH-LHB с соотноше- www.komponenta.ru шовно-роликовой сваркой в инертной среде. нием сторон 16:9 и разрешением экрана [email protected] Конструкция и производственный процесс 1024×600 пикселей. Это цветной TFT ЖК- соответствуют требованиям общих техни- дисплей с активной матрицей на базе IPS- +7 (495) 150-21-50 ческих условий GJB2438A–2002 к гибрид- панели. Технология IPS позволяет пользова- ным интегральным микросхемам. телю наблюдать изображение на экране под ГИБРИДНО-ПЛЁНОЧНЫЕ более широкими углами (85/85/85/85 гра- DC/DC-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Функция внешней блокировки и синхрони- дусов). В данном TFT-модуле установле- зации позволяет просто включать эти пре- ны микросхемы драйвера EK79001HN и С ВЫХОДНЫМИ МОЩНОСТЯМИ образователи в сложные системы электро- EK73215BCGA, дающие возможность под- питания. ключаться к дисплею через разъёмное сое- ДО 120 ВТ динение HDMI (только сигнал DVI). Сенсор- Для обеспечения требований по элек- ный экран PCAP (интерфейс USB) оснащён ДЛЯ ВЫСОКОНАДЁЖНЫХ тромагнитной совместимости рекоменду- микросхемой ILI2511, которая поддержи- ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ется применять на входе помехоподавля- вает 5-точечное касание. Яркость экрана СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ющий фильтр HFE28-461-420-A. 850 кд/м2 при коэффициенте контрастно- сти 800:1. Напряжение питания находится Для замены популярных гибридно-плё- Основные характеристики преобразова- в пределах от 4,7 до 5,5 В (типовое значе- ночных DC/DC-преобразователей серии телей серии HOL28: ние 5 В). Рабочая температура дисплейного DVFL (VPT) и MOR28 (Interpoint) компания ● одно- и двухканальные модели с выход- модуля от –20 до +70°С, температура хра- ECRI Microelectronics, входящая в Китайскую нения от –30 до +80°С. корпорацию электронных технологий (China ными номинальными напряжениями 3,3; Electronics Technology Group Corporation – 5; 6,3; 12; 15; 28; ±5; ±12 и ±15 В; Основные характеристики: CETC), предлагает модули преобразовате- ● КПД до 91%; ● размер: 10,1\"; лей напряжения серии HOL28 с выходными ● удельная мощность 80 Вт/дюйм3 (пример- ● матрица: RGB, 1024×600 точек; мощностями до 120 Вт. но 4050 Вт/дм3); ● размеры модуля: 235×143×27,96 мм; ● диапазон рабочей температуры от –55 до ● активная область: 222,72×125,28 мм; Модули серии HOL28 предназначены для +125°С, диапазон температуры хранения ● шаг пикселя: 0,2175×0,2088 мм; работы в системах электропитания посто- от –65 до +150°С (на основании корпуса); ● тип LCD: обычный чёрный, трансмиссив- янного напряжения с номинальным напря- ● сопротивление электрической изоляции жением 28 В с диапазоном изменения от между входными и выходными цепями ный; 16 до 40 В и выдерживают переходное от- 100 МОм; ● интерфейс: поддержка HDMI-подключе- клонение напряжения до 50 В длительно- ● небольшой пусковой ток и малое вре- стью 1 с. мя установления выходного напряжения; ния (только DVI-сигнал); ● сервисные функции: защита от понижен- ● драйвер IC: EK79001HN + EK73215BCGA Преобразователи выполнены по полумо- ного и повышенного входных напряжений, стовой структуре с применением для стаби- защита от перегрузки по току и корот- или подобный; лизации выходного напряжения широтно- кого замыкания нагрузки, регулиров- ● угол обзора: 85/85/85/85 (IPS); импульсной модуляции (ШИМ). Выбранное ка выходного напряжения внешним по- ● соотношение: 16:9; значение выходного напряжения изолиру- тенциометром, внешняя обратная связь ● тип подсветки: LED, нормальный белый; ется оптопарой, длительность выбранного для одноканальных цепей; дистанцион- ● PCAP IC: ILI2511 или подобный; импульса напряжения модулируется кон- ное включение/выключение и синхрони- ● PCAP-интерфейс: USB; троллером для формирования замкнутой зация частоты преобразования внешним системы управления и для обеспечения ста- генератором; 4 ● среднее время между отказами (MTBF) при температуре корпуса +25°C 3 000 000 часов. www.prochip.ru [email protected] +7 (495) 232-25-22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

РЫНОК На правах рекламы УЛЬТРАПРЕЦИЗИОННЫЙ ния составляет 12 В, габаритные размеры требительских свойств) «Эконом», «Super» 92×80×50 мм. и «Ultra», отличающихся друг от друга ёмко- ТЕРМОСТАТИРОВАННЫЙ стью и, соответственно, стоимостью. Бата- Генератор может применяться в атомных рейки выпускаются в блистерах по 4 штуки КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР стандартах частоты, в измерительных и те- (B4) и в экономичной промышленной упа- лекоммуникационных системах, а также в ковке по 4 и 10 штук в полиэтиленовой плён- ГК336-ТС 10 МГЦ качестве лабораторного стандарта кратко- ке (S4, S10). Кроме того, в линейке продук- С КНЧ 1·10–13 ЗА 1 С временной нестабильности частоты и фа- ции имеются батарейки типа «Крона», как ОТ АО «МОРИОН» зовых шумов. солевые, так и щелочные. АО «МОРИОН» (г. Санкт-Петербург), ве- Доступен вариант с цифровым управле- По упомянутым типам батареек, а также дущее предприятие России и один из ми- нием частотой генератора с применением по батарейкам типа «C» и «D» в Компэл за- ровых лидеров в области разработки и се- 20-разрядного ЦАП. пущена складская программа. Кроме того, рийного производства пьезоэлектрических любые батарейки этого производителя до- приборов стабилизации и селекции частоты, Также выпускается вариант ГК336R-ТС ступны под заказ. освоило в серийном производстве ультра- без управления частотой и с нормой на КНЧ прецизионный термостатированный квар- до 8·10–14 за 1 с. Батарейки POWER FLASH предназначены цевый генератор ГК336-ТС с уровнем кра- для самого широкого спектра применений – тковременной нестабильности частоты не Дополнительная информация об этих и от бытового до промышленного – и являют- хуже 1·10–13 за 1 с для частоты 10 МГц. Вы- других новых приборах доступна на сайте ся отличной альтернативой как по цене, так сокая температурная стабильность часто- АО «МОРИОН». и по качеству аналогичной продукции дру- ты (до (2…3)·10–11) позволяет реализовать гих известных брендов. указанную кратковременную нестабиль- www.morion.com.ru ность частоты при эксплуатации в лабора- [email protected] Применение: торных условиях без дополнительной тем- ● цифровые гаджеты, пературной защиты. +7 (812) 350-75-72 ● игрушки, +7 (812) 350-92-43 ● пульты управления, Стандартные частоты ГК336-ТС – 10 МГц ● датчики, и 5 МГц. Генератор имеет выход сигнала АЛКАЛИНОВЫЕ БАТАРЕЙКИ ● фонарики. синусоидальной формы, напряжение пита- POWER FLASH – www.compel.ru НОВАЯ ПРОДУКЦИЯ [email protected] +7 (495) 995-09-01 В ЛИНЕЙКЕ ПОСТАВОК КОМПЭЛ ЗАО «ПРОТОН-ИМПУЛЬС» Компэл стал дистрибьютором компании ПРОИЗВОДИТ ИЗДЕЛИЯ, POWER FLASH, производящей широкий спектр популярных батареек. НЕ УСТУПАЮЩИЕ ПО КАЧЕСТВУ ИМПОРТНЫМ АНАЛОГАМ POWER FLASH производит солевые и щелочные (алкалиновые) цилиндрические Начиная с 1996 года ЗАО «Протон-Им- батарейки типов R20, R14, R6, R03, 6F22, пульс» специализируется на производстве LR20, LR14, LR6, LR03, 6LR61 на напряже- светодиодной продукции, твердотельного ре- ние 1,5 В, две серии высоковольтных ще- ле и микросборок. В 2009 году ЗАО «Протон- лочных батареек 27A, 23A, а также серию Импульс» получил заключение Минобороны CR (литий-диоксидмарганцевые, напряже- России, удостоверяющее наличие на пред- ние 3,0 В). приятии условий, обеспечивающих выпол- нение государственного оборонного заказа. График КНЧ для ГК336-ТС 10 МГц На производственных площадках ком- Предприятие активно реализует програм- с аналоговым управлением пании работают 40 высокоскоростных и му импортозамещения – Государственную высокоточных автоматических производ- программу «Развитие промышленности и График ФШ для ГК336-ТС 10 МГц ственных линий по изготовлению солевых повышение её конкурентоспособности». с аналоговым управлением батареек, а также 8 линий для производства В составе предприятия два радиомонтаж- алкалиновых батареек. Общий годовой объ- ных цеха, участок литья пластмасс и два ём производства превышает 3,6 млрд штук. отдела разработок новых изделий, отдел Вся выпускаемая продукция соответству- подготовки производства, отдел качества ет европейским экологическим стандартам. и другие вспомогательные службы. Изделия POWER FLASH экспортируются в 80 стран мира. Крупные японские и европей- ЗАО «Протон-Импульс» разработал уни- ские производители батареек размещают кальное изделие для российского рынка заказы на производственных линиях OEM- производителя POWER FLASH. Алкалиновые батарейки самых популяр- ных форм-факторов типа АА («пальчико- вая») и ААА («мизинчиковая») представлены в трёх группах (в порядке возрастания по- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 5

РЫНОК На правах рекламы ОПК – полупроводниковое силовое трёх- ● разрешение 14 бит; ками электростатическое поле или корон- фазное реле, которое позволяет осущест- ● низкое энергопотребление; ные разряды, взаимодействуя с частица- влять коммутацию переменного тока до 25 А ● два программируемых генератора преры- ми в дымоходе производства, заряжают их на канал напряжением до 600 В с неогра- отрицательным потенциалом, они притяги- ниченным количеством срабатываний. ваний с независимыми функциями обна- ваются к стенкам, электродам или сеткам, Продолжается работа над новой линейкой ружения движения; находящимся под положительным потенци- полупроводникового реле с функцией са- ● обнаружение свободного падения; алом, и беспрепятственно стряхиваются в модиагностики, с контролем перехода фа- ● заводские настройки смещения и чув- бункер, не влияя на непрерывность и эф- зы через «ноль», защитой от перенапряже- ствительности. фективность очистки. ния по выходу с помощью защитных диодов и варисторов. Разработана линейка совре- www.symmetron.ru В условиях слабой доступности компо- менных светодиодных ламп серии ЛСП-04 [email protected] нентов и общей инфляции европейские и (категория качества «ВП») для замены американские бренды высоковольтных ис- СМ 28-5, СМ 28-10, СМ 26-15, СМ 28-20. +7 (495) 961-2020 точников питания становятся всё менее доступными. В связи с этим разработчик ЗАО «Протон-Импульс» выпускает серии ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ и производитель высоковольтных источ- светодиодных коммутаторных ламп СКЛ, из- ОЧИСТКА – ХОРОШИЙ ТОН ДЛЯ ников питания Teslaman, получивший го- лучателей полупроводниковых, ламп полу- сударственную поддержку министерства проводниковых (с приёмкой «ВП»), светоди- ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ промышленности Китая ещё в период пан- одных светильников, твердотельных реле, Словосочетание «экологическая обста- демии, когда нужно было быстро и надёжно микросборок (ТТР с приёмкой «ВП») и пред- снабжать электретными источниками про- ставлен в сегментах: лифтовое оборудова- новка» в наши дни приобрело широкий ди- изводителей нетканого материала для ме- ние, торговое холодильное оборудование, апазон социальной окрашенности – от от- дицинских масок, наконец начал поставки и щитовое оборудование и решения для РЖД. кровенного шантажа малообразованными на некоторые сталелитейные заводы стра- Структура ЗАО «Протон-Импульс» позволя- группами активистов целых отраслей нау- ны самых мощных и самых высоковольтных ет осуществлять полный цикл производства, ки и промышленности до вполне разумных своих преобразователей – серии TLP2041. разрабатывать изделия под заказ, дораба- человеческих требований по возможности Источники данной серии позволяют выда- тывать ранее изготовленные изделия по но- жить рядом и работать на производствах, вать напряжение до 225 кВ, долговремен- вым техническим требованиям. не подвергая свою жизнь и здоровье фи- ную мощность до 10 кВт и, благодаря гиб- зической опасности. В связи с этим где-то кому цифровому управлению и комплекту www.proton-impuls.com быстрее, где-то медленнее, но неуклонно защит, круглосуточно работать в зонах заво- +7 (486) 230-33-24 внедряются меры как внешнего регламен- дов, где длительное нахождение оператора тирования, так и внутреннего самосовер- крайне нежелательно. Первая ступень запи- НОВЫЕ АКСЕЛЕРОМЕТРЫ шенствования на предприятиях, способных танной такими блоками электростатической НА СКЛАДЕ КОМПАНИИ «СИММЕТРОН» видеть своё существование хотя бы на де- фильтрации позволяет достичь эффектив- сятилетие вперед. ности удаления частиц и примесей до 90%. На склад компании «Симметрон» посту- пили новые акселерометры. Это 3-осевые Одними из самых интуитивно очевид- Данный опыт позволил развить направ- MEMS-датчики с цифровым выходом. ных загрязнителей, для оценки которых не ление и опробовать другие схемы фильтра- нужны сложные приборы и анализаторы, ции для разных производств. В результате Основные характеристики: достаточно посмотреть весной на цвет рас- в тесной кооперации с заказчиком недав- ● напряжение питания: от 1,62 до 3,6 В; тающего снега, являются металлургиче- но была сдана в эксплуатацию 320-каналь- ● корпус LGA-16 размерами 3×3×0,9 мм; ские производства, нефтехимические, му- ная высоковольтная система на базе серии ● задаваемый пользователем диапазон, соросжигательные заводы и, в целом, места TCM600i, состоящая из 8 стоек по 40 кана- встречи большого количества тепла с боль- лов в каждой. Критически важные выпол- ±2g, ±4g, ±8g, ±16g; шими массами химических элементов. ненные задачи: ● задаваемая пользователем скорость вы- ● защита от зажигания дуги со скоростью Выбрасываемые в процессе горения твёр- вода данных; дые частицы, аэрозоли и дым настолько реакции менее 1 мкс на номинальной ● цифровой выходной интерфейс I2C/SPI; разнородны по размеру и составу, что их мощности; качественное улавливание без необходимо- ● быстрое самовосстановление – менее 1 с сти частой смены дорогостоящих фильтров после срабатывания защиты; составляет актуальнейшую техническую за- ● гибкость – все каналы работают независи- дачу. Объединяет эти частицы в основном мо, защиты каждого канала отрабатывают то, что они, будучи оксидными соединени- индивидуально, и система допускает по- ями, в большинстве своём являются ди- канальное отключение для обслуживания. электриками. На этой основе строятся высо- Благодаря развитой системе управления коэффективные высокопроизводительные по шине Modbus, контроль и диагностика си- системы электростатической фильтрации. стемы осуществляется непрерывно в авто- Создаваемые высоковольтными источни- матическом режиме и практически не тре- бует участия оператора. www.yeint.ru [email protected] +7 (495) 150-52-21 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

РЫНОК На правах рекламы СОБЫТИЯ пути к созданию стабильной системы по- «Электрон-Маш», ООО «Радиокомп» и ставок и производства. Так, начальник ИЛ других. Руководитель проекта АО «НИИ- Конференция ЭКБ-2022 ЭКБ АО «ТЕСТПРИБОР» Павел Гребенщи- МА «ПРОГРЕСС» Роман Никифоров рас- ков предупредил о рисках увеличения кон- сказал об удачном осуществлении сквозной 15–16 сентября состоялась XI Всероссий- трафактной ЭКБ в условиях параллельного цифровизации жизненного цикла микро- ская научно-техническая конференция ЭКБ импорта, а начальник отдела маркетинга и электронной продукции Группы компаний на тему «Обеспечение предприятий радио- продаж интегральных микросхем АО «ПКК «Элемент». Начальник центра АО «РКС» электронной промышленности электронно- Миландр» Татьяна Лысенко рассказала о Михаил Краснов поделился своим видени- компонентной базой». Организатором меро- непростом опыте поставок отечественной ем основных направлений создания элек- приятия выступила компания «ТЕСТПРИБОР» элементной базы на примере микросхем. тронной компонентной базы космического совместно с АО «НИИМА «Прогресс». назначения, а заместитель генерального Одной из наиболее полезных секций кон- конструктора Владимир Стешенко указал В этом году конференция проходила в ференции стало обсуждение основных про- на тенденции развития ЭКБ в этой сфере. особых условиях, связанных с введением блем в разработке отечественных электрон- санкций против Российской Федерации, ко- ных компонентов и потенциальных путей их Местом проведения мероприятия тради- торые отразились на работе многих ком- решения. Генеральный директор АО ЦКБ ционно стал удобный конференц-зал тепло- паний. К обсуждению были предложены «Дейтон» Юрий Рубцов выступил с докла- хода «Артурс». АО «ТЕСТПРИБОР», несмо- вопросы обеспечения комплектующими и дом о таковых в изготовлении и примене- тря на непростую ситуацию в экономике, расходными материалами предприятий, нии материалов для корпусов отечествен- продолжает поддерживать высокий уровень производящих электронно-компонентную ной ЭКБ, представив и предложения по организации своих конференций, предла- базу. Основными темами стали следующие. поддержке отрасли и выводе её из кризи- гая участникам безупречный сервис, воз- ●● Критическая комплектация для современ- са. Руководитель направления локализации можность узнать об актуальных проблемах ЭКБ группы компаний «Итэлма» Александр и способах их решения в области ЭКБ, по- ной измерительной техники. Чистов высказался о ситуации в автоинду- лезных для любого бизнеса в сфере элек- ●● Технологические возможности отече- стрии, обозначив перспективы и требова- троники, а также с комфортом и со всеми ния к ЭКБ для автопрома. удобствами провести время в компании дру- ственных предприятий радиоэлектрон- зей и единомышленников. ной промышленности. Не обошлось и без позитива: о своих ●● Технологии, материалы и комплектующие успехах в это непростое время поведа- www.test-expert.ru ИП, необходимые для изготовления оте- ли представители компаний АО «МОРИ- [email protected] чественной ЭКБ. ОН», ООО «Остек-Электро», ООО «ИПК ●● Проработка детального использования +7 (495) 657- 87-37 потенциала малых и средних предприя- тий в обеспечении производства и мате- риалов для ЭКБ. Например, главный конструктор НАО «Ре- сурс» Илья Герасимов поделился планами по серийному выпуску новых изделий в сло- жившихся экономических условиях. Неко- торые из приведённых им тактических ре- шений, позволивших в краткие сроки не только возобновить производство продук- ции в прежнем объёме, но и избежать суще- ственного роста издержек, могут быть взя- ты на вооружение другими предприятиями. Представители ведущих отечественных компаний, разрабатывающих и выпускаю- щих электронные компоненты, рассказа- ли о трудностях, с которыми сталкивают- ся в условиях санкционных ограничений на Н ОВОСТИ МИРА IBM объявила о $20 млрд нятый ранее в стране закон (CHIPS and дирующие позиции в производстве микро- Science Act). Он предусматривает выделе- электроники. инвестиций в разработку ние в ближайшие пять лет более 200 мил- чипов и квантовых лиардов долларов (около 12 триллионов В этой связи IBM напоминает, что в про- компьютеров рублей) для того, чтобы вернуть США ли- шлом году компания разработала передо- вой чип по технологии 2 нм в лаборатории, В ближайшие десять лет IBM намерена расположенной в США. инвестировать в разработку чипов, компью- теров, гибридных облачных технологий, тех- Ранее, напомним, в США заявили, что зна- нологий искусственного интеллекта, кван- чительные перебои с поставками полупро- товых компьютеров на территории США 20 водниковой продукции способны нанести миллиардов долларов (около 1,2 триллио- экономике страны «исторический ущерб», на рублей), сообщает компания в четверг. масштаб которого превзойдёт потери амери- канских автокомпаний из-за нехватки чипов. В IBM заявили, что воспользуются преи- муществами, которые предоставляет при- industry-hunter.com СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 7

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ Минпромторг – импотент? Да. Смотрите также интервью на YouTube-канале Иван Покровский, генеральный директор Центра современной электроники (ООО «СОВЭЛ») 28 сентября на конференции «Живая выполнении задач в сфере оборонно- можностях? Или боится спросить, боится, электроника России» я назвал Минпром- промышленного комплекса. Этот пере- что его переспросят, почему у Минпром- торг импотентом, предупредив, что это чень сопровождало письмо заместителя торга до сих пор нет перечня компаний, моя личная частная оценка. Не считаю министра промышленности и торговли и чем он тогда управляет? Это подтверж- это оскорблением, оценка не адресова- РФ Шпака В.В. дение диагноза. на никому лично, это диагноз для органа государственной власти. И это не интим- Письмо и перечень с момента выпу- У Минпромторга также нет и перечня ная сфера. С учетом жёсткости времени ска свободно распространяются в сети компаний электронной промышленно- считаю, что неспособность Минпром- Интернет и через мессенджеры. С запро- сти. Есть только ущербный реестр полу- торга управлять электронной промыш- сом комментариев по перечню защища- чателей налоговых льгот, в который ленностью должна быть проявлена. Без емых Минпромторгом компаний ко мне входит в лучшем случае несколько про- широкого общественного резонанса обратились не только российские жур- центов от общего числа компаний. Так- оценка состояния дел в промышленно- налисты, но и журналисты зарубежных же отсутствует официальный перечень сти не получит необходимого внимания изданий. кодов ОКВЭД и ОКПД, которые опреде- со стороны руководства страны. Поэто- ляют продукцию и виды деятельности му такой заголовок. К чему привёл весь этот ажиотаж? компаний электронной промышленно- Сотрудники компаний, которые вошли сти. Мобилизацию Минпром встретил, Импотенция Минпромторга в элек- в составленный Минпромторгом пере- не имея никаких возможностей защи- тронной промышленности была диа- чень, не получили отсрочку. Кто полу- тить ключевых сотрудников предприя- гностирована давно. Я покажу это в ста- чил повестку, были мобилизованы. При тий отрасли. тье. Считаю, что дальше мириться с этим этом все компании перечня были ском- нельзя. Действия Минпрома в условиях прометированы в глазах своих поставщи- Давайте посмотрим на это глазами мобилизации не должны остаться без ков, на компании перечня и их поставщи- людей, работающих в электронной про- последствий для этой структуры. ков теперь могут быть наложены прямые мышленности. Их не интересуют про- или вторичные санкции, могут быть пере- блемы Минпромторга. Они сравнивают Деморализация крыты многие каналы поставок. себя в первую очередь с айтишниками. при мобилизации Минцифры защитило свою отрасль, не Сейчас выходит постановление Прави- имея нормативной базы. Убеждением, На четвёртый день после объявле- тельства № 1725, которое устанавливает чёткой работой с перечнями компаний, ния мобилизации в субботу 24 сентября права на получение отсрочки для граж- электронной регистрацией специали- 2022 года отраслевой департамент Мини- дан, участвующих в выполнении государ- стов ИТ-отрасли. Руководители мини- стерства промышленности и торговли ственного оборонного заказа. Но собран- стерства вели чаты по мобилизации, провёл видеоконференцию, на которой ный на скорую руку Минпромторгом были в курсе всех перегибов мобилиза- поручил консорциумам и ассоциациям перечень, даже при объединении его с ции и сначала лично защищали своих, собрать списки компаний – участников существовавшим раньше реестром ОПК, а затем за несколько дней создали рабо- кооперации по государственному обо- не включает десятки высокотехнологич- тающую на формализованных проце- ронному заказу для предоставления их ных компаний, которые имеют ключевое дурах систему. При этом очень многие сотрудникам отсрочки от призыва. Срок значение для производства систем воен- разработчики софта продолжают пани- сбора информации – до вечера воскре- ного назначения. Зато в перечень вошли ковать. Представьте, что чувствуют кину- сенья 25 сентября 2022 года. Позже я компании, которые к производству во- тые Минпромторгом электронщики. Ведь узнал, что департаменты, которые отве- оружений никакого отношения не име- ясно, что кинули их не во время мобили- чают за другие отрасли, проводили такую ют, но участвуют в кооперации по граж- зации, кинули раньше, а сейчас прояви- же работу. данским проектам с предприятиями ОПК. лось, что за душеподъёмными речами и обещаниями ничего не было и даже не Запросы начали расходиться по пред- В Минпромторге отсутствует перечень предполагалось. приятиям в самых разных формах. Я видел компаний – участников государственно- формы, в которых запрашивалась также го оборонного заказа. И мы увидели, что 28 сентября мне написал основатель информация о выпускаемой продукции, министерство не в состоянии собрать и руководитель небольшого дизайн- заказчиках этой продукции, уровень коо- такой перечень. Хотя у государства есть центра электроники. Он решил посмо- перации. Собираемая информация рас- информационные системы, которые треть, чем в разгар мобилизации зани- пространялась по незащищённым кана- позволяют быстро и конфиденциально мается министр промышленности. Как лам через людей, не имеющих допуска к сформировать полный и достоверный оказалось, внедрением цифровой мар- конфиденциальным сведениям. список участников ГОЗ. Это базы данных кировки. В отрасли все знают, какая Департамента финансового мониторин- компания является оператором цифро- В результате был составлен пере- га Министерства обороны РФ, созданные вой маркировки, и кто её бенефициары, чень организаций радиоэлектронной при реализации требований 275-ФЗ. Неу- хоть эти сведения и скрыты с 17 сентября промышленности, задействованных в жели Минпромторг не знает об этих воз- 2022 года. Интересы крупных лоббистов 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ важнее промышленности. Мой коллега мались Минпромторгом многократно. стратегия на один слайд. Чтобы понять днем позже сам получил повестку, аргу- Каждый руководитель отраслевого депар- глубину замысла, достаточно проци- ментов для отсрочки у него нет. Ещё на тамента брался за разработку стратегии. тировать первый принцип – «Каждое одну компанию в отрасли станет меньше. А.С. Якунин заказал разработку отрасле- мероприятие в программе должно быть вой стратегии консалтинговой компании отSMARTовано по влиянию на 5 целей». Мобилизация ключевых специалистов Strategy Partners Group. Разработка затя- Раньше над этим можно было бы посме- компаний электронной промышленно- нулась, и ее результаты в 2014 году при- яться. Сейчас не смешно. сти создаёт условия, в которых выполне- нимал уже следующий директор депар- ние государственного оборонного зака- тамента Хохлов Сергей Владимирович. Новые подходы к отраслевой страте- за станет невозможным, кроме того, это Та стратегия так и не была согласова- гии Минпромторг обещал представить ведёт к деградации инженерных коллек- на и не увидела свет. Разработку новой на форуме «Микроэлектроника» 3 октя- тивов вплоть до полной потери ряда ком- стратегии Минпромторг поручил отрас- бря 2022 года. петенций в проектировании и производ- левому институту ЦНИИ «Электроника». стве электроники. Проект стратегии многократно анонси- Пока отрасль остаётся со стратегией, ровался на отраслевых конференциях, которая вуалирует наиболее важные про- Беспорядочный сбор и распростране- но стратегия так и не была утвержде- блемы в оценках текущего состояния и ние конфиденциальных сведений, безот- на. Следующий директор департамен- никуда не ведёт. Не определены ни тех- ветственность за результаты и безучаст- та Шпак Василий Викторович присту- нологическая стратегия, ни инвестици- ность Минпромторга по отношению к пил к своим обязанностям практически онная стратегия, ни стратегия государ- компаниям подрывает доверие людей, в одно время с утверждением 21 июня ственного регулирования. работающих в отрасли, не только к мини- 2019 года Поручений Президента РФ по стерству, но и в целом ко всем органам развитию электронной промышленно- При этом бюджетное финансирова- государственной власти. сти. Одним из основных было поруче- ние продолжает распределяться через ние разработать отраслевую стратегию. государственную программу «Развитие Чем управляет Минпромторг? Стратегия спешно разрабатывалась сила- электронной и радиоэлектронной про- ми рабочей группы, созданной на базе мышленности», которая редактирова- Беспорядочный сбор сведений о ком- АКРП (Ассоциация Консорциум дизайн- лась в последний раз в 2016 году и уже паниях отрасли в условиях мобили- центров и предприятий радиоэлектрон- на тот момент могла служить только бута- зации выявил одну из ключевых про- ной промышленности). К контрольному форным оформлением конкурсов по блем – Министерство промышленности сроку Поручений Президента стратегия распределению субсидий. В 2020 году и торговли не имеет сведений о промыш- представляла собой компиляцию разроз- Минпромторг разослал запрос предло- ленности, нет списков компаний, тем ненных и разноуровневых предложений, жений в отраслевые объединения по более нет никаких представлений о спе- и в этом виде была утверждена 17 янва- актуализации государственной програм- циализации компаний, о том, как устро- ря 2020 года. Это действующая офици- мы. Запрос был составлен качественно ена отраслевая кооперация, нет даже альная стратегия электронной промыш- и давал надежду на создание реального перечней отраслевых кодов продукции ленности, которую подписал Мишустин инструмента для планирования государ- (ОКПД 2) и кодов по видам деятельности Михаил Владимирович сразу после свое- ственных инвестиций. Но дальше сбора предприятий отрасли (ОКВЭД). Специ- го назначения на должность Председате- первых предложений процесс не пошёл, ализация инженеров электронной про- ля Правительства РФ, наверное, в расчё- он был прерван сменой сотрудников в мышленности также не классифициро- те на последующую доработку. Попытки отраслевом департаменте. вана и не описана. доработать стратегию предпринимались в начале 2020 года, но были прерваны с Субсидирование проектов в электрон- Без перечня компаний отрасли, переч- началом пандемии. ной промышленности продолжается без ней продукции и видов деятельности, без какой-либо направляющей программы представлений о разделении труда и спе- В начале 2021 года для разработки на конкурсах разнонаправленных идей. циализации инженеров Минпромторг стратегии, программы, федеральных Отбор проектов производится без оцен- фактически не имеет никакой возмож- проектов развития электронной про- ки соответствия стратегическим целям, ности управлять промышленностью. мышленности Правительством было соз- поскольку цели развития отрасли ника- дано около 20 рабочих групп по всем про- ким документом не определены. Ран- В руководстве министерства и департа- дуктовым направлениям электроники. жирование проектов производится по мента радиоэлектронной промышленно- Совещания проводили вице-премьеры. критериям «эффективности», большин- сти нет людей, разбирающихся в отрасли. Для методического сопровождения, орга- ство из которых противоречат критери- Фактически каждый занимается не про- низации и обобщений была привлечена ям устойчивости развития. Норматив- мышленностью, а тем, что ему нравится – ведущая американская консалтинговая ная база определяется постановлениями один всё время тянет отрасль в регулиро- компания McKinsey. Работа продолжа- Правительства № 109 (НИОКР по созда- вание закупок, другой – в геополитику. лась по инерции по плану организато- нию электронной аппаратуры), № 1252 ров и после начала специальной воен- (НИОКР по созданию электронных ком- Стратегии, госпрограмма ной операции. Когда поняли, что нужно понентов и модулей на основе российских и федеральные проекты менять подходы, большинству компа- компонентов), № 2136 (НИОКР по созда- развития электронной ний отрасли было уже не до стратегии. нию САПР, технологического оборудова- промышленности В результате пафосных собраний с вовле- ния и материалов), № 1380 (НИОКР ком- чением десятков, если не сотен руково- плексов искусственного интеллекта), № Электронная промышленность явля- дителей компаний отрасли получилась 1619 (внедрение российского электрон- ется одной из самых инвестиционноём- ного оборудования заказчиками). ких. Без стратегического планирования устойчивое развитие отрасли невозмож- Предполагалось связать сквозны- но. Попытки разработать стратегию элек- ми проектами НИОКРы по разработке тронной промышленности предприни- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 9

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ микросхем (ПП № 1252), по разработ- В случае АНО ВТ это крупнейшие холдин- После этого на прошлогоднем фору- ке оборудования на основе этих микро- ги рынка информационных технологий с ме «Микроэлектроника» крупнейшие схем (ПП № 109) и проекты внедрения годовой выручкой в десятки – сотни мил- российские производители вычисли- оборудования на основе российских лиардов рублей, в основном на импорте тельной техники согласовали стратеги- микросхем крунейшими заказчиками зарубежного оборудования. В интересах ческие цели регулирования, принципы (ПП № 1619). Сквозные проекты могли и по проектам этих компаний Минпром- регулирования, состав обязательных тре- заложить принцип планирования – с уча- торг формирует нормативную базу бований и двухуровневую структуру тре- стием крупнейших заказчиков форми- отрасли. Вместо государственной стра- бований по использованию российских ровать массовый спрос на оборудова- тегии Минпромторг обеспечивает реали- процессоров, которая давала необходи- ние с российскими микросхемами, за зацию корпоративных стратегий наибо- мую гибкость при их дефиците. счёт большой серийности выводить их лее крупных лоббистов. производство на конкурентный ценовой Но мнение всех производителей в уровень и дальше выходить с конкурент- Все противоречия между компания- глазах Минпромторга не может переве- ными предложениями на широкий круг ми отрасли разных направлений и моде- сить интересы одного самого влиятель- заказчиков, в том числе зарубежных. Но лей бизнеса можно разрешить, согласо- ного лоббиста. В последний раз остано- и эти подходы к планированию не были вав принципы и общие стратегические вить их удалось в апреле 2022 года. Тогда реализованы. В качестве сквозных были цели. Минпромторг, по моему мнению, Минпромторг хотел добиться права на определены любые проекты внедрения не способен на это. А потому его прин- срочное утверждение изменений норма- российского оборудования, если они цип – разделяй и властвуй. тивной базы без общественного обсуж- одобрены Общественным экспертным дения. На подтверждении срочности их советом по использованию электрони- Подходы Минпромторга к регулиро- остановил директор Департамента обо- ки в отраслях экономики. Фактически ванию исключают чёткие обязатель- ронно-промышленного комплекса Пра- отбор сквозных проектов осуществлял- ные требования, требования должны вительства РФ Н.Ф. Архипов, он собрал ся наиболее влиятельными лоббистски- быть сложными, путаными и противо- срочное совещание с предприятиями ми группировками в своих интересах, речивыми. Тогда крупный приближён- отрасли, на котором никто не поддер- ни один проект на российских микро- ный к Минпромторгу лоббист получает жал проект изменений Минпромторга. процессорах или микроконтроллерах максимальное преимущество. не получил поддержку. После смены Ю.И. Борисова на пози- Как это происходит, можно показать ции вице-премьера, отвечающего за Чем занимается Министерство на примере регулирования рынка госу- развитие промышленности, проект промышленности, дарственных и муниципальных закупок изменений ПП № 719, подготовленный если не развитием вычислительной техники. учредителями АНО ВТ, был принят. Ни промышленности? одно из предложений российских раз- История регулирования рынка работчиков вычислительной техники Департамент радиоэлектронной про- вычислительной техники не было учтено. Рынок государственных мышленности Минпроторга принима- закупок открыт для локализованных сбо- ет решения исключительно по согласо- С ноября 2020 до сентября 2022 года рочных производств зарубежных разра- ванию с так называемыми отраслевыми продолжалась защита требований боток. Лоббисты-локализаторы победили консорциумами. Консорциумами назы- ПП № 719, которые предписывали российских разработчиков при поддерж- ваются объединения, которые по сути использование российских системных ке Минпромторга. являются картельными. Учредителей плат, а с определённого срока и россий- «консорциумов» объединяют не совмест- ских микропроцессоров в вычислитель- Подмена понятий доверия ные проекты развития, не совместные ной технике. на рынке КИИ инвестиции, а общие задачи по измене- нию под себя нормативной базы, задачи Два года АНО ВТ через Минпромторг Следующая цель лоббистов – забрать совместного лоббирования. Каждому сег- вносило предложения по переходу на себе рынок критической информацион- менту рынка электроники соответствует балльную систему критериев, которая ной инфраструктуры. один консорциум. Например, наиболее позволяла снять ограничения для допу- ёмкий рынок вычислительной техники ска к регулируемым государством рын- В ходе реализации Указа Президента отдан АНО «Вычислительная техника». кам для продукции зарубежной разра- РФ «О мерах по обеспечению техноло- Предложения только этой организации ботки с поверхностной локализацией гической независимости и безопасности имеют для Минпромторга значение при производства. критической информационной инфра- подготовке решений по регулированию структуры (КИИ) Российской Федера- и инвестиционной поддержке. Всё это время интересы российских ции» Минпромторг подготовил проект разработчиков защищал вице-премьер постановления Правительства о поряд- АНО – наиболее закрытая форма Ю.И. Борисов. Год назад в конце сентя- ке перехода КИИ на доверенные про- некоммерческих организаций без инсти- бря 2021 он лично разбирался с чинов- граммно-аппаратные комплексы. В сво- тута членства с централизованной фор- никами Минпромторга, требуя обеспе- ём проекте Минпромторг переопределяет мой управления, это некоммерческий чить спрос на российские разработки понятие доверенных программно-аппа- аналог ООО. Форма АНО применяется оборудования и через них на россий- ратных комплексов через критерий для оказания услуг, а не для представле- ские микропроцессоры. Тогда же обсуж- российского происхождения, т.е. через ния общественных интересов. Соответ- дался заказ крупных партий микро- соответствие ПП № 719, требования кото- ственно, все решения в консорциумах процессоров российской разработки рого только что снижены с переходом на определяются узким кругом учредителей. на тайваньской фаундри для создания балльную систему АНО ВТ. Таким обра- стратегических запасов. Минпромторг зом, продукции зарубежной разработки не поддержал заказ процессоров и про- может быть открыт не только рынок госу- игнорировал требования по поддержке российских разработок. 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ дарственных закупок, но и рынок крити- компании, развитие которых Минпром- разноуровневые из разных групп про- ческой инфраструктуры. торг субсидировал, могут быть в резуль- дукции и выглядят, как натыканные слу- тате обанкрочены. Другим будет нанесён чайным образом. Но смотреть нужно не В международных стандартах и соот- огромный ущерб, так как для возврата суб- на коды, а на процесс подготовки реше- ветствующих стандартах ФСТЭК поня- сидий и штрафов им придётся продавать ний. Всё это коды учредителей консор- тие доверенности определяется через активы и отказываться от собственных циумов. На вопрос – как же другие ком- соответствие требованиям безопасно- инвестиционных проектов. пании отрасли? – у Минпромторга один сти и моделям угроз. Проект Минпром- ответ – идите в консорциум. торга противоречит этому подходу, Похоже, что руководителей Министер- таким образом, игнорируются не толь- ства и отраслевого департамента это не Если Минпромторга не будет ко задачи развития промышленности, волнует. Постановления Правительства но и задачи безопасности. Снижая тре- были спроектированы, как ловушка. Многие боятся, что если в Минпром- бования к продукции, искажая понятия Улов в кризисные годы самый большой. торге начнутся изменения, будет ещё в нормативной базе, Минпромторг полу- Коммерческие «сервисы» по подготовке хуже. Говорят, что на переправе коней чает возможность удовлетворить интере- заявок на конкурсы субсидий, сопрово- не меняют. Но если конь сдох и сгнил, он сы лоббистов, под влиянием которых он ждению проектов и решению проблем не везёт, промышленность тащит его на находится. А за счёт смены системы коор- отчётности будут процветать вокруг себе. Давайте сбросим. Уверен, что элек- динат поднять формальные показатели министерства, расширяя свои площади тронной промышленности будет лучше. импортозамещения, которыми он отчи- в Москва-Сити. Судить о других отраслях не возьмусь. тывается перед руководством государ- ства. Шулерство маскирует импотенцию. Импотенция Минпромторга под- Отсрочку от призыва для предприятий тверждалась и на переходе к параллель- ОПК возьмёт на себя Министерство обо- Ловушка субсидий ному импорту – когда ФТС и Правитель- роны. И справится с этим. У него есть всё ство приняли все необходимые решения, необходимое. За разработчиков и про- Минпромторг без стратегии, целей и промышленность и торговля ждали, ког- изводителей гражданской продукции приоритетов распределяет значитель- да Минпромторг выдавит из себя приказ вступится Минцифры, ведь электрони- ные объёмы бюджетного финансиро- с перечнем кодов продукции и торговы- ка – это основа информационных тех- вания – только по открытым програм- ми марками зарубежных производите- нологий. Минцифры не делали этого мам в среднем около 10 млрд рублей в лей. Зачем нужно было составлять этот исключительно из соображений аппа- год. Деньги выделяются под обязатель- перечень? Минпромторг собирался про- ратной субординации с Минпромторгом. ства по объёму выручки, а также по ряду должить защищать зарубежные бренды, других показателей, формально характе- которые не вошли в список, в ущерб рос- Стратегию развития отрасли предпри- ризующих успешность проектов. Усло- сийским заказчикам? Названия торговых ятия подготовят совместно с разработ- вия предоставления субсидий выгод- марок были выпущены со множеством чиками программного обеспечения. У ные. Например, по ПП № 109 (НИОКР ошибок, перечень пришлось уточнять электроники и ПО стратегия должна быть электронного оборудования) государ- и пополнять несколько раз. Это притом общей, иначе как создавать доверенную ство берет на себя 70% расходов, а усло- что исчерпывающий список с точны- информационную инфраструктуру. Эта вием ставит трёхкратное превышение ми названиями можно было запросить задача также уйдет в Минцифры, а за ней субсидии выручкой от продаж разрабо- в ФТС. и распределение финансирования. Меха- танной продукции за 7 лет. Для крупных низмы грантовой поддержки Минцифры компаний, работающих на стабильных Поручение предоставить разработ- прозрачны, технологичны и эффектив- рынках, выполнить это условие было чикам электроники налоговые льготы ны. По наиболее проблемным проектам, не очень сложно. Искушение большое – Минпром получил в середине 2020 года просубсидированным раньше, догово- получить в прибыль субсидию, реализуя от Председателя Правительства РФ римся в Правительстве о признании планы, которые другие компании выпол- М.В. Мишустина. Но подготовленные обстоятельств форс-мажорными. няют за свой счёт. Но расчёты на стабиль- Минпромом наспех изменения Налого- ность рынков не оправдались. вого кодекса позволяли дать льготу еди- Меры регулирования рынка госу- ницам компаний с нулевым эффектом дарственных закупок и критерии под- Сейчас десятки компаний отрасли, кото- для отрасли. Минпром постоянно ссы- тверждения российского происхожде- рые получили государственные субсидии лался, что Минфин никогда не согла- ния продукции будут согласованы между на реализацию проектов НИОКР, не могут сует расширение льгот на всех россий- компаниями в отраслевых ассоциациях. выполнить свои обязательства по согла- ских разработчиков и производителей Ведение реестра российской продук- шениям с Минпромторгом из-за измене- электроники. В середине 2022 года бла- ции перейдёт в торгово-промышлен- ний на рынке электроники, связанных годаря инициативе и мужеству одно- ную палату. сначала с пандемией, а затем с санкци- го сотрудника Минпромторга измене- онными ограничениями. Минпромторг ния налогового кодекса, необходимые Заключение не признаёт эти обстоятельства форс- отрасли, были переданы на согласование мажорными, предоставляя компаниям в Минфин и – о чудо! – были поддержа- Решения по изменениям в министер- лишь отсрочку по выполнениям обяза- ны и вскоре утверждены. Но следующим ствах не принимаются быстро. А эта ста- тельств на год, но не возможность пере- шагом Минпромторг утверждает пере- тья забудется через месяц. Чтобы добить- смотреть основные показатели проек- чень кодов ОКПД, которым ограничи- ся изменений, придется многократно тов. В большинстве случаев эта отсрочка вает распространение налоговых льгот, снова поднимать проблему импотенции не позволит компаниям избежать ответ- большинство компаний отрасли снова не Минпромторга. Собираюсь делать это на ственности по соглашениям – возврата могут ими воспользоваться. Объяснить регулярных пресс-конференциях. Основ- субсидий и оплаты 100% штрафа. Многие логику перечня кодов невозможно, они ная повестка пресс-конференций будет позитивная – о задачах, возможностях, СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU проектах развития отрасли. 11

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Способы прогнозирования периода стойкости режущих инструментов Артём Гамов ([email protected]) мую для прогнозирования вне процесса В статье рассмотрены способы прогнозирования периода стойкости резания, например, на стадии изготов- режущего инструмента. Выявлены недостатки существующих методов и предложен альтернативный способ прогнозирования стойкости. ления режущего инструмента. Имеются различные подходы к осу- ществлению таких методов прогнози- рования. Так, в работе Э.С. Горкунова Введение инструмента, может привести к слиш- [6] отмечается, что структурные изме- ком большим финансовым потерям. Для промышленных предприятий нения в твёрдых сплавах влияют как на актуальны задачи снижения трудоёмко- Способы прогнозирования перио- сти операций и себестоимости изготов- да стойкости режущих инструментов прочностные, так и на магнитные свой- ления деталей с обеспечением заданных можно разделить на три группы. показателей качества, поэтому техноло- ства, и предполагается, что по магнит- гические бюро ведут постоянный поиск В первую группу входят способы, осно- путей совершенствования технологиче- ванные на измерении некоторых харак- ным свойствам можно оценивать не ских процессов изготовления деталей теристик процесса резания, например, с учётом возможностей, предоставля- термо-ЭДС, силы резания и т.п., связан- только твёрдость, предел прочности, емых современным оборудованием и ных со стойкостью инструмента. Для высокопроизводительным инструмен- реализации этих способов необходимо но и специальные эксплуатационные том, информационным и программным кратковременное проведение процесса обеспечением. В условиях современно- резания данным инструментом в услови- свойства, такие как стойкость режуще- го производства чрезвычайно важным ях, близких к эксплуатационным. Суще- является определение момента заме- ственным недостатком этой группы про- го инструмента. При обработке углеро- ны инструмента, с помощью которого гнозирования являются затраты времени, производится механическая обработка труда, материалов, связанные с необхо- дистой стали У7 твердосплавными пла- заготовок на станках с ЧПУ. димостью проведения процесса резания. стинами (10% Со, 75% WC и 15% (TiC, TaC, Основная часть Ко второй группе относятся способы, основанные на различных теоретиче- NbC)) пластины с меньшей коэрцитив- В настоящее время производственни- ских моделях изнашивания режущих ки пытаются повысить эффективность инструментов. Аналитические методы ной силой имеют более высокую сте- замены режущего инструмента с приме- прогнозирования лишены недостат- нением статистических методов, отсле- ков, присущих первой группе, но, как пень износа. Сопоставление результатов живая время работы инструмента и, для правило, формулы для расчёта перио- страховки, оставляя неиспользованны- да стойкости имеют трудноопредели- испытаний со структурой сплавов пока- ми 20–30% от ресурса режущего инстру- мые или неизвестные параметры. мента [1, 2]. Такой вариант допустим зало, что для образцов с меньшей коэр- при достаточно стабильных параме- В третью группу входят способы, трах и качестве инструмента. Для отече- основанные на связи стойкости инстру- цитивной силой характерны более круп- ственного инструмента задача осложне- мента с каким-либо физическим свой- на тем, что стойкость инструмента даже ством инструментального материала, ные прослойки кобальтовой связки и что одной партии имеет довольно широкий количественные характеристики кото- разброс. Кроме того, на современных рого могут быть измерены без проведе- для этих образцов характерна меньшая машиностроительных предприятиях ния резания. Способы третьей группы широко применяют сборные режущие достаточно легко и быстро реализуют- плотность и твёрдость [6]. Недостатком инструменты, содержащие несколько ся с помощью универсальной или спе- режущих пластинок, имеющих разную циальной аппаратуры. этого метода является сложность опре- стойкость. Всё это повышает риск полу- чения брака или поломки инструмен- Методы прогнозирования перио- деления коэрцитивной силы образцов та в процессе резания, чего производи- да стойкости режущего инструмента, тель не желает допустить, особенно при основанные на использовании пара- больших размеров и (или) сложной фор- обработке заготовок из дорогостоящих метров, характеризующих матери- материалов. Кроме того, такие ситуации ал режущего инструмента, базируют- мы. Также этот метод применим только недопустимы, когда обработка загото- ся на различии численных значений вок продолжается в течение длительно- характеристик физико-химических к магнитным материалам. го времени: неисправимый брак почти свойств инструментального материала готовой детали, вызванный поломкой в зависимости от колебаний его соста- В исследовании А.М. Пинахина [8] ва, структуры и параметров процесса изготовления. Эти методы позволя- приведены результаты исследований ют получить информацию, необходи- закономерностей изнашивания инструмента после импульсной лазер- ной обработки (ИЛО). Полученные результаты говорят о наличии мно- гократной приработки инструмента в процессе изнашивания. Это способ- ствует повышению износостойкости инструмента против абразивного изна- шивания и хрупкого разрушения. Существующая концепция, соглас- но которой после ускоренного изно- са начинается стадия катастрофическо- го износа с прогрессирующей потерей режущих свойств для твердосплавно- го инструмента, прошедшего ИЛО, не всегда находит экспериментальное подтверждение. Для большинства режу- щих инструментов, прошедших ИЛО, износостойкость в процессе приработ- ки повышается. Следует внести также коррективу и в величину критерия затупления твердо- 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ сплавного инструмента, прошедшего Режущий Облако данных Нейронная сеть Цифровой ИЛО. Так, результаты опытных данных инструмент двойник [8] показали, что критерий затупления увеличился в 4-5 раз по сравнению с нор- Датчики мативным. Благодаря этому существен- но увеличивается продолжительность Рис. 1. Схема построения ЦД работы инструмента, в основном, за счёт повышения прочности твёрдого сплава. Результаты оценки систем Влияние динамических взаимо- Системы действий в технологических систе- мах на износ инструмента исследо- Параметры для РRОМЕТЕС NORDMANN МОNТRОNIХ Brankamp Brankamp СТАНКИН вал Г.О. Оборський [10]. Износ рабочих сравнения Ргоmos (Швейцария) Diagnostic iMBoard CMS Machine Tool поверхностей инструмента представ- (Гсрмамия) Diagnostics ляет собой сложный физико-хими- (Германия) Tools (Германия) ческий процесс разрушения и состо- (Германия) (Россия) ит из следующих физических явлений: упругих и пластических деформаций, Способ График График График График Текстовая График структурных изменений, молекуляр- отображения зависимости зависимости индикация зависимости ных взаимодействий, тепловых и термо- результатов сила/время сила/время зависимости зависимости сила/время электрических процессов. Автор выявил зависимости стойкости инструмента от сила/время сила/время амплитуды колебаний. Эти зависимо- сти имеют вид кривых с ярко выражен- Интеграция с SINUMERIK SINUMERIK 840D, SINUMERIK SINUMERIK Автономный SINUMERIK ными экстремумами. Наибольшая стой- системами ЧПУ 810D/840D REXROTH FUNUC 810D/840D 810D/840D модуль 840D AxiOMA кость наблюдается при определённой амплитуде колебаний. Как увеличение, Диагностические Силы Силы PxnPynPx Силы Работа с АЭ и Силы так и уменьшение амплитуды колебаний данные PxnPynPx АЭ, АЭ, мощности, PxnPynPx АЭ, различными продольной PxnPynPx приводят к резкому снижению стойкости. вибродатчики, датчиками деформации Такой эффект возникает в результате воз- мощности, дистанционный мощности, действия следующих противоположных вибродатчики вибродатчики факторов. С одной стороны, автоколеба- ния, возникающие в процессе резания, так Реализация Не Не реализована Не Не Не Реализована же, как и специально возбуждаемые в зоне функции реализована реализована реализована реализована резания вынужденные колебания, приво- дят к облегчению пластической деформа- прогнозирования в ции, уменьшению коэффициента трения реальном времени по поверхностям инструмента, к замет- ному снижению силы резания и, следо- Реализация Реализована Реализована Реализована Реализована Реализована Реализована вательно, к уменьшению интенсивности функции изнашивания. С другой стороны, цикли- ческое нагружение инструмента при уве- диагностики личении интенсивности автоколебаний, режущего начиная с определённого уровня, вызы- инструмента в вает усталостное разрушение режущей реальном времени кромки [12]. При этом стойкость инстру- мента снижается. Положение точки экс- Независимость от Только Только Только Только Автономный Возможна тремума, соответствующее максимуму системы ЧПУ встроенная встроенная встроенная встроенная модуль реализация стойкости, зависит от условий резания и характеристик обрабатываемого и версия версия версия версия в виде инструментального материалов. автономного Общим недостатком методов про- модуля гнозирования стойкости с помощью параметров, характеризующих матери- Возможность Не Не реализована Не Не Не Реализована ал режущего инструмента, является то, использования реализована реализована реализована реализована что анализ физико-химических пока- зателей материала инструмента позво- различных ляет судить об относительной стойко- диагностических сти одного режущего инструмента по сравнению с другим. Для установления алгоритмов корреляционной связи физико-хими- ческих показателей со стойкостью ние стойкостных испытаний с исполь- ровой паспорт режущего инструмента необходимо дополнительное проведе- зованием заготовок из требуемого позволит потребителю избежать покуп- материала. Не исключено, однако, что ки контрафактного изделия. в будущем можно будет судить о стой- кости на основании комплексного ана- Из данного исследования следует лиза физико-химических показателей вывод, что НС позволяют симулиро- режущего и обрабатываемого матери- вать износостойкость выбранного РИ и алов без проведения дополнительных состав покрытия на стадии разработки стойкостных испытаний. нового технологического процесса без проведения трудоёмких стойкостных Группа учёных из НГТУ им. Р.Е. Алек- испытаний. сеева разработала цифровой двойник режущего инструмента для механо- На рынке существует множество диа- обрабатывающего производства [9]. гностических систем, отвечающих за Модель режущего инструмента постро- надёжность и контроль процесса меха- ена на основе нейросетевого модели- нической обработки изделий в автома- рования (рис. 1). Показано, что разра- тизированном производстве и исполь- ботанная виртуальная модель ещё до зующих разные принципы и подходы. реализации реального процесса изго- Многообразие существующих реше- товления режущего инструмента путём ний обусловлено разбросом крите- варьирования входных данных искус- риев оценки износа инструмента и ственной нейронной сети даёт воз- отсутствием единого подхода, соот- можность оптимизировать состав и ветствующего технологическим зада- структуру износостойкого покрытия чам и техническим возможностям кон- и определять режимы обработки, обе- кретных технологических комплексов спечивающие максимальную износо- и оборудования. Результаты оценки стойкость режущего инструмента. Циф- основных систем, представленных на рынке, сведены в табл. [7]. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 13

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 2. Архитектурная модель системы диагностики и прогнозирования состояния режущего Литература инструмента в реальном времени 1. Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Зарубежные системы, как правило, ряда интервала упреждения прогноза Надёжность и диагностика технологи- ориентированы только на диагностику (интервала времени, на который раз- ческих систем: учебник. М.: Высшая шко- износа режущего инструмента, а про- рабатывается прогноз) [5]. ла, 2005. 343 с. гноз остаточной стойкости не произ- водится. Отечественные коммерческие Предлагаемый способ диагностики 2. Черпаков Б.И., Григорьев С.Н. Тенден- решения для диагностики инструмента и прогнозирования станков c ЧПУ c ции развития технологического обору- в реальном времени практически отсут- использованием программы «ЭМC-НC» дования в начале XXI века // Ремонт, вос- ствуют [3, 4]. позволяет оценивать состояние ЭМС, становление, модернизация. 2003. № 10. принимать своевременные корректи- С. 2–7. По результату анализа удалось выя- рующие действия, снизить потери от вить, что входными параметрами для отказов и может быть рекомендован к 3. Тимофеев В.Ю., Зайцев А.А., Крутов А.В. отслеживания износа будут составляю- внедрению на предприятиях для диа- Модель устройства диагностики металло- щие силы резания, температура и зву- гностики и прогнозирования работо- режущего инструмента по сигналу термо- ковые сигналы, в том числе и вибрация. способности электроприводов различ- ЭДС // Вестник Воронежского государ- Следовательно, нужны датчики: вибро- ных станков c ЧПУ. ственного технического университета. датчик, датчик акустической эмиссии, 2009. Т. 5. № 5. С. 42–45. тензометрический и т.д. После это- Заключение го полученные сигналы можно пере- 4. Зориктуев В.Ц., Никитин Ю.А., дать в наше «ядро», где будет происхо- Подход А.А. Козлова позволяет Сидоров А.С. Мониторинг и прогнози- дить прогнозирование и диагностика использовать базу данных с эталон- рование износа режущего инструмента в реальном времени. Такой метод при- ными данными, с данными о физиче- // СТИН. 2007. № 10. С. 31–34. меняет А.А. Козлов [7]. Отличие проце- ско-химических свойствах материа- дуры прогнозирования заключается лов, а использование НС позволяет 5. Кoмaрцoвa Л.Г., Мaкcимoв A.В. Нейрo- в формировании обучающей выбор- делать прогноз без дополнительных кoмпьютеры: учеб. пocoбие для вузoв. ки из исходного массива измерений. испытаний. Исследование Ю.Г. Кабал- М.: Изд-вo МГТУ имени Бaумaнa, 2002. С учётом всех требований представле- дина [9] показало, что НС позволя- 320 c. на архитектурная модель системы диа- ют симулировать износостойкость гностики и прогнозирования состоя- выбранного РИ и состав покрытия 6. Горкунов Э.С., Ульянов А.И. Магнитные ния режущего инструмента в реальном на стадии разработки нового техно- свойства и методы контроля изделий времени (рис. 2). логического процесса без проведения из порошковых вольфрамокобальто- трудоёмких стойкостных испытаний. вых твёрдых сплавов // Дефектоскопия. В процессе обучения на вход НC Если взять концепцию цифрового 1995. № 2. С. 15–42. подаётся вектор параметров техни- двойника и внедрить в архитектурную ческого состояния электромеханиче- модель системы диагностики и про- 7. Козлов А.А., Аль-Джонид Халид. Диагно- ской системы из последовательных гнозирования состояния режущего стика и прогнозирование износа режу- значений временно′го ряда интерва- инструмента, то получится эффектив- щего инструмента в реальном времени // ла наблюдения. Вектор состоит из тех ная система прогнозирования изно- Современные материалы, техника и тех- параметров, которые нам необходимо состойкости режущего инструмента. нологии. 2017. № 4. С. 2–4. прогнозировать, соответственно, для С её помощью замена инструмен- прогноза выбирается и тот интервал та будет производиться с минималь- 8. Пинахин А.М., Пинахин И.А., Иванова А.С., времени, на котором значения параме- ным запасом стойкости, что позволит Левченко А.А. Кинетика изнашивания тров ТC известны. Выходной вектор НC уменьшить затраты на производство твердосплавного режущего инструмента формируется из значений временно′го единицы изделия. // Сборник научных трудов: Серия «Есте- ственно-научная». Ставрополь: СевКавГ- ТУ, 2004. № 1. 9. Кабалдин Ю.Г., Шатагин Д.А., Кузьмиши- на А.М. Разработка цифрового двойника режущего инструмента для механообра- батывающего производства // Известия высших учебных заведений. Машино- строение. 2019. № 4. С. 11–17. 10. Оборский Г.А., Оргиян А.А. Влияние дина- мических взаимодействий в технологи- ческих системах на износ инструмента // Труды Одесского политехнического уни- верситета. 2005. Вып. 1(23). С. 1–6. 11. Остапчук А.К., Маслов Д.А., Овсянников В.Е. и др. Применение виброакустики для контроля износа режущего инструмен- та // Естественные и технические науки. 2009. № 2. С. 266–268. 12. Каширская Е.Н. Влияние усталостных напряжений на стойкость металлоре- жущего инструмента // Актуальные про- блемы механики сплошной среды: Тру- ды II междунар. конф. (в 2 т.). Т. 1. Ереван, 2010. С. 283–286. 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Использование онтологического инжиниринга при анализе технологических линий Евгений Курнасов, Анна Володина, Галина Богомольная, Классификация онтологии в виде Дмитрий Киселев (РТУ МИРЭА) иерархического дерева представлена на рис. 1. В статье рассматривается особенность применения метода онтологического инжиниринга для выявления «узких» мест Среди основных преимуществ на технологической линии сортировки и первичной переработки использования онтологии при анали- пластиковых изделий. Предложена семантическая модель сектора зе технологических линий можно выде- оборудования технологической линии, приведена матрица определения лить следующие. приоритетов атрибутов, определены условия, влияющие на 1. Структурируемая визуализация ин- производительность технологической линии. формации. Введение ным является подробное отображение 2. Формирование целостного взгляда структуры заранее выявленной про- Наряду с высокими темпами раз- блемной области в исследуемом техно- на анализируемый объект. вития информационного общества логическом процессе. Использование 3. Анализ предметной области через сейчас активно проходит цифровая в этом случае онтологий и их расши- трансформация промышленных пред- рение позволяет применять единый систему вопрос–ответ. приятий c внедрением новых техноло- информационный базис, что, в свою 4. Точность определения требований к гий (искусственный интеллект, блок- очередь, обусловливает отсутствие чейн, анализ данных, Интернет вещей необходимости дополнительных пре- информационной системе. и др.) [1, 2]. Важность их использова- образований информации в соответ- 5. Возможность дополнять основу для ния для оценки эффективности выпол- ствии с требованиями отдельных авто- нения операций технологического матизированных систем, действующих дальнейшего моделирования. процесса, контроля состояния обору- на производстве. Недостатки использования онтоло- дования и затрат ресурсов на его обслу- гического инжиниринга. живание сегодня особенно очевидна. Анализ информации при онтологи- 1. Трудоёмкость структурирования. ческом моделировании [6–8] отделя- 2. Частые ошибки в построении так на- Каждая из используемых на произ- ет понятия от их представления. Это зываемых «паутин». водственном предприятии автомати- очень важный и принципиальный 3. Необходимость понимания и знания зированных систем использует свой тезис, поскольку восприятие некото- нотаций концептуальных моделей. функционал и алгоритмы управления рых процессов и подпроцессов может Очевидно, что использование онто- для достижения максимальной эффек- отличаться от их представления (сути) логического инжиниринга при анализе тивности. В данной работе делается в действующих на производстве авто- технологических линий имеет больше акцент на обеспечение работоспособ- матизированных системах управления. преимуществ, чем недостатков. ности оборудования технологических На практике онтологический инжи- линий за счёт применения метода онто- Онтология определяется как ниринг применяют в системах автома- логического инжиниринга [3–5]. Вне- O = < X, R, F >, тизированного сбора информации и дрение в действующую на производ- анализа, управлении корпоративными ственной линии автоматизированную где X – множество понятий (концеп- информационными ресурсами, а так- систему управления аналитической тов) предметной области, же в системах сферы образования и др. компоненты на основе онтологиче- В нашем случае онтологический ского инжиниринга позволяет выявить R – множество отношений между инжиниринг используется для выяв- основные «узкие» места в технологиче- понятиями, ления узких мест на технологической ской цепи, определить область, в кото- линии сортировки и первичной пере- рой происходит неопределённость F – множество функций интерпре- работки пластиковых изделий [9–12]. внешних и внутренних факторов или тации, заданных на концептах и/или Важность определения узких мест в параметров выполняемых технологи- отношениях. цепочке процессов на такой технологи- ческих процессов, влияющих на общую ческой линии в том, что в совокупности, эффективность производства. Модель онтологической системы при определённых условиях, они могут определяется как значительно снизить её производитель- Основная часть ность и замедлить производство в целом. Z = < O, P, M >, Технологическая линия сортиров- Процесс разработки такой аналити- где O – онтология верхнего уровня, ки и первичной переработки пластико- ческой компоненты для автоматизиро- содержащая общие понятия и отно- вых изделий (рис. 2) условно разделена ванных систем управления техноло- шения, не зависящие от предметной на девять звеньев. Каждая позиция звена гическими линиями предусматривает области, имеет своё функциональное назначение. этап анализа всех исследуемых про- Например, позиция звена 1 использует- цессов и подпроцессов. При этом важ- P – множество предметных онто- ся для дозированной подачи сортиру- логий и онтологий задач предметной емых пластиковых изделий на линию, области, а позиция звена 5 отвечает за опреде- M – модель вывода онтологической сети (например, для изменения крите- риев выбора параметров для анализа). 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 1. Классификация онтологии Рис. 2. Технологическая модель линии сортировки и первичной переработки пластиковых изделий ление химического состава полимера Рис. 3. Семантическая модель данных сектора оборудования технологической линии пластиковых бутылок на технологиче- ской линии. ства, давление подачи струи моюще- на ключевой показатель), которая го средства); может служить не только для выявле- При разработке аналитической ком- ● технические показатели воздушных ния «узких» мест на технологических поненты на основе онтологического струй перемещения сырья (давление линиях сортировки и первичной пере- инжиниринга [13–15] в структуре тех- в соплах, расход потока воздуха, рас- работки пластиковых изделий, но и нологической модели линии сортиров- пыл воздушной струи); являться дополнительным функцио- ки и первичной переработки пластико- ● технические показатели спектра ча- налом автоматизированных систем вых изделий для выявления узких мест и стот; для проведения предиктивного анали- уязвимостей были выделены три сектора ● технические показатели переработ- за эффективности выполняемых про- по фазам работы технологической линии. ки сырья (дисперсия размельчённо- изводственных процессов. го сырья и их влажность). Основной акцент реализации ана- Все перечисленные параметры в той Онтологический инжиниринг при фор- литической компоненты в данной или иной степени оказывают влияние мализации области знаний предусматри- работе сделан для сектора оборудова- на производительность технологиче- вает возможность разработки концепту- ния, который является одним из клю- ской линии сортировки и первичной альной схемы – семантической модели чевых и оказывает решающее значе- переработки пластиковых изделий. данных (паутины), которая, по сути, явля- ние для обеспечения эффективности Именно поэтому при проведении онто- ется фундаментом, на котором строятся технологической линии сортировки логического моделирования показа- все решения проблем работы с данными. и первичной переработки пластико- тель производительности для данного Семантическая модель данных объединя- вых изделий. технологического объекта использо- ет элементы информации прикладной вался в качестве базового анализиру- области, отражая взаимосвязи компонен- Для сектора оборудования (учиты- емого показателя. тов всех уровней: от атрибутов, которые вая работу технологической линии на Рассмотрим особенность примене- сами по себе могут иметь сложную, состав- участке перемещения сырья и полуфа- ния метода онтологического инжи- ную структуру на нижнем уровне, до иско- бриката, участке сортировки пластико- ниринга для получения аналити- мых показателей на верхних. вых бутылок и др.) определены следу- ческой компоненты (содержащей ющие показатели: семантическую модель данных, матри- На рис. 3 представлена получен- ● показатель потребления электро- цу приоритетов и функцию влияния ная при проведении онтологического моделирования семантическая модель энергии; данных для сектора оборудования ● эксплуатационные показатели тех- нологического объекта (объём пере- работки сырья, эффективность (ско- рость) переработки сырья, качество получаемого полуфабриката); ● технические показатели пневмово- рошителя (давление в соплах пнев- моворошителя, количество сопл, рас- ход потока воздуха, эффективность использования); ● технические показатели лент- транспортёров (скорость движения ленты, ширина ленты, масса транс- портируемого сырья); ● показатели моющих средств в ре- зервуарах (концентрация моющего средства, температура моющего сред- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 17

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Таблица 1. Основные параметры узла «лента-транспортёр» Таблица 2. Определение приоритетов атрибутов на участке перемещения сырья № Наименование параметра Условное обозначение Единица измерения и полуфабриката 1 Время работы t Секунды (с) 2 Сила тяжести Ньютоны (Н) Приоритет t, с S, об/мин V, м/с F, Н m – масса Тонны (т) g – ускорение свободного падения ≈ 9,8 Н/кг t, с 3 ^ << V м/с 3 Скорость об/мин S, об/мин 4 << V, м/с 2 < 4 Количество оборотов привода S F, Н 1 Р задаёт направление будущих иссле- фабриката получена следующая зако- Р дований по выявлению зависимостей номерность: различных параметров, обеспечиваю- лт щих эффективную работу технологи- , ческой линии. Р /2 где – производительность ленты– лт В табл. 2 приведена матрица опреде- транспортёра, ления приоритетов атрибутов, влия- t/4 t/2 (3*t)/4 t t ющих на показатель «Производитель- – фактические совершённые обо- ность» для аналитического признака роты привода ленты-транспортёра, Рис. 4. График зависимости «Износ узла ленты-транспортёра». производительности узла «ленты- В данной матрице зависимостей тех- – фактическое время работы лен- транспортера» от общего времени работы нологических параметров приорите- ты-транспортёра. ты были установлены на основе прин- сортировки и первичной переработ- ципа таблиц Броссо (искусственное По результатам онтологического ки пластиковых бутылок. пересечение двух атрибутов в ячей- моделирования была получена структу- ках). ра данных (рис. 5), которая может быть Выявление взаимосвязей всех эле- интегрирована в действующую СУБД ментов семантической модели данных Так как в нашем случае используются комплекса технологической линии осуществляется с учётом ключевого небольшие списки атрибутов, то элек- сортировки и первичной переработ- показателя, оказывающего наиболь- тронные таблицы эффективно подхо- ки пластиковых изделий. шее влияние на выполнение основных дят для ранжирования. операций технологического процесса. Заключение Таких показателей может быть несколь- При заполнении каждой ячейки ко. Выбор конкретного показателя осу- таблицы на пересечении двух атрибу- Использование метода онтоло- ществляется с учётом установленного тов необходимо ответить на вопрос, гического инжиниринга позволяет на промышленном предприятии кри- какому из них отдать предпочтение. определить факторы, влияющие на терия эффективности. эффективность выполнения техноло- Возможны только два варианта отве- гических процессов, увидеть картину При реализации семантической та: знак «меньше» (<) показывает, что изменения результата их выполнения модели данных были определены при- атрибут в строке важнее; знак «крышеч- от изменяемых показателей, а также знаки, которые влияют на базовый ка» (^) показывает, что важнее атрибут выявить узкие места технологической показатель. В нашем случае это про- в столбце [16]. линии, которые необходимо учиты- изводительность. К каждому призна- вать для обеспечения общей эффек- ку определены атрибуты – ключевые После определения важности ста- тивности производства. По результа- элементы каждого узла технологиче- вится относительная оценка каждому там онтологического инжиниринга ской линии. В свою очередь, эти эле- из атрибутов. для автоматизированной системы менты могут быть составными. управления, действующей на тех- Этап определения приоритетов слу- нологической линии сортировки Аналитическими признаками, по жит двум целям. Во-первых, он помога- и первичной переработки пласти- которым характеризуется производи- ет сосредоточиться на выявлении тре- ковых изделий, появилась возмож- тельность, являются: износ узла ленты- бований технологического процесса ность вычислять зависимость между транспортёра, износ поста сортиров- по тем атрибутам, от которых больше затратами на обслуживание оборудо- ки пластиковых бутылок, износ участка всего зависит эффективность выпол- вания и его эффективностью выпол- оборудования переработки. нения процессов и работы оборудова- нения технологических процессов и ния. Во-вторых, он позволяет опреде- прогнозировать необходимость пла- В качестве примера в табл. 1 показа- лить, как действовать при обнаружении нового и предупредительного обслу- ны основные атрибуты, их единицы противоречивых требований к дости- живания. Результатом вычислений измерения и условные обозначения жению эффективности [16]. может быть прогноз времени, когда для узла «лента-транспортёр», находя- следует увеличить частоту обслужива- щегося на участке перемещения сырья После построения матрицы зависи- ния оборудования или необходимость и полуфабриката. мостей технологических параметров его замены. Предложенная семанти- были определены условия соблюде- ческая модель данных никогда не Определение приоритетов относится ния требований к технологическому будет являться завершённой. Она всег- к одному из этапов нахождения атрибу- оборудованию, которые в наибольшей да будет расширяться за счёт выявле- тов, которые в совокупности оказывают степени влияют на ключевой показа- ния новых узких мест на технологи- существенное влияние на выполнение тель (рис. 4). Для показателя произво- ческой линии. технологического процесса. Определе- дительности узла ленты-транспортёра ние приоритетов для этих атрибутов на участке перемещения сырья и полу- 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 5. Даталогическая модель базы данных Литература 6. Dobrov B., Loukachevitch N. Development полимерных материалов: учеб. посо- of linguistic ontology on natural sciences бие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 1. Холопов В.А., Гантц И.С., Антонов С.В. При- and technology // Proceedings of the 5th 2005. 80 с. менение информационных технологий International Conference on Language 12. Аристархов Д.В., Журавский Г.И. и др. при решении задач мониторинга выпол- Resources and Evaluation, LREC 2006. Технологии переработки отходов расти- нения производственных процессов в кон- Р. 1077–1082. тельной биомассы, технической резины цепции Индустрии 4.0 // Промышленные и пластмассы // Инженерно-физический АСУ и контроллеры. 2019. № 4. С. 49–58. 7. Соловьев В.Д., Добров Б.В., Иванов В.В. журнал. 2001. № 6. С. 152–156. и др. Онтологии и тезаурусы: учебно- 13. Норенков И.П. Интеллектуальные техно- 2. Холопов В.А., Каширская Е.Н., Соклаков Ф.В. методическое пособие. Казань: Казан- логии на основе онтологий // Информа- и др. Информационно-управляющая ский государственный университет, ционные технологии. 2010. № 1. С. 17–23. система для управления технологиче- 2006. 197 с. 14. Мартыненко А.А., Шкаберин В.А. Примене- ским процессом посредством цифро- ние онтологического подхода для реализа- вого двойника // Промышленные АСУ и 8. Guarino N., Welty C. Evaluating ции системы интеллектуального поиска в контроллеры. 2020. № 8. С. 46–50. ontological decisions with ontoclean // области CALS-, CAD-, CAM-, CAE-технологий Communications of the ACM. 2002. V. 45(2). // Вестник БрГТУ. 2008. №2. С. 103–110. 3. Авдошин С.М., Шатилов М.П. Онтологи- Р. 61–65. 15. Robin C., Uma G. A Novel Algorithm for Fully ческий инжиниринг // Бизнес-информа- Automated Ontology Merging Using Hybrid тика. 2007. № 2 (2). С. 3–14. 9. Шевцова А.А. Утилизация изделий из пла- Strategy // European Journal of Scientific стика // Современные научные иссле- Research. 2010. V. 47. Р. 74–81. 4. Сергиенко А.А., Кочеткова О.В. Примене- дования и инновации. 2016. № 1 (57). 16. Вигерс К., Битти Д. Разработка требова- ние онтологического инжиниринга для С. 197–205. ний к программному обеспечению. 3-е изд., управления ИТ сервисами организации дополненное / пер. с англ. М.: Издательство // Информационные технологии. 2008. 10. Шварц О., Эбелинг Ф.-В., Фурт Б. Пере- «Русская редакция»; СПб.: БХВ-Петербург, № 10. С. 28–37. работка пластмасс / Под общ. ред. 2014. 736 с. А.Д. Паниматченко. СПб.: Профессия, 5. Авдошин С.М., Шатилов М.П. Информа- 2005. 320 с. ционные технологии онтологического инжиниринга // Информационные тех- 11. Клинков А.С., Беляев П.С., Соколов М.В. нологии. 2008. № 10. С. 28–37. Утилизация и вторичная переработка НОВОСТИ МИРА УПРАВЛЕНИЕ ПО КОНТРОЛЮ лиц, в которых «Аквариус» владеет 50% дитель печатных плат «Ядро ФАП Дубна», и более, говорится в лицензии, опублико- производитель микросхем АО «Ангстрем», ЗА ИНОСТРАННЫМИ АКТИВАМИ ванной OFAC. а также группа «Элемент», которая являет- ся совместным предприятием госкорпора- МИНФИНА США (OFAC) В целом в обновлённый санкционный спи- ции «Ростех» и ПАО АФК «Система» в сфе- ВКЛЮЧИЛО В SDN LIST сок попали около 30 российских компаний ре микроэлектроники. и НИИ в сфере электроники. РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДИТЕЛЯ Также под санкции подпали предприя- В частности, в SDN List попали разработ- тия космической отрасли – «Российский КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ чики процессоров МЦСТ (процессоры «Эль- квантовый центр», РКС, «ИСС им. Решет- брус») и «Байкал электроникс» (процессоры нёва». «АКВАРИУС», СЛЕДУЕТ «Байкал»), разработчик микросхем и систем ИЗ МАТЕРИАЛОВ OFAC. безопасности АО НПЦ «Элвис», произво- comnews.ru Американским компаниям с 15 октября запрещаются сделки с участием ООО «Группа компаний Аквариус» и любых юр- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 19

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Программно-аппаратный комплекс системы контроля и управления доступом Иван Подзоров пок, изображений и навигационных меню. В статье рассматривается веб-приложение для управления системой контроля и управления доступом. Существуют три основных язы- ка для frontend-разработки: HTML, Введение Цель работы заключается в разра- CSS, JavaScript. Вместе эти основ- ботке веб-приложения для управле- ные элементы создают всё, что визу- Цифровые технологии – это новая ния системой контроля и базой данных ально представлено при посеще- эра в жизни человечества. Современ- через браузер в компании АНО «Наци- нии веб-страницы, будь то покупка в ное общество невозможно представить ональное Фитнес Соединение». Интернете, чтение новостей, провер- без применения интернет-средств ком- ка электронной почты или поиск в муникации. Онлайн-магазины, серви- Система контроля и управления Google. Они известны как строитель- сы доставки еды, оплата коммуналь- доступом ные блоки Интернета. ных услуг и налогов в личном кабинете, отслеживание посылок: все эти возмож- СКУД – это система контроля и управ- Backend – это часть веб-сайта, кото- ности экономят время, ведь Интернет ления доступом, иначе говоря, физиче- рую не видно. Она отвечает за хранение всегда под рукой. ский контроль доступа. Данная система и организацию данных, а также за то, позволяет контролировать, кто и ког- чтобы всё на стороне клиента действи- Наука не стоит на месте, и с прогрес- да заходил в то или иное помещение, тельно работало. Серверная часть взаи- сом нанотехнологий, уменьшением а также позволяет использовать разгра- модействует с интерфейсом, отправляя процессоров до миниатюрных разме- ничение доступа. и получая информацию для отображе- ров человек использует цифровые тех- ния в виде веб-страницы. Такие языки нологии во всех сферах жизни. Мобиль- Языки программирования программирования, как Golang, Ruby, ные телефоны, носимая электроника и PHP, Java, .Net и Python часто работа- другие продукты современной эпохи не Frontend – интерфейс веб-сайта – ют на платформах и упрощают процесс только помогают развиваться бизнесу, это то, что вы видите и с чем взаи- веб-разработки. образованию, но и способны менять модействуете в своём браузере. Также образ жизни человека. называемая «клиентской стороной», Веб-сайту нужна база данных для она включает в себя всё, с чем непо- управления всей информацией о кли- Предметом исследования данной средственно сталкивается пользо- ентах и продуктах. База данных хра- работы являются системы контроля и ватель: от текста и цветов до кно- нит содержимое веб-сайта в струк- управления базой данных. туре, которая упрощает извлечение, организацию, редактирование и сохранение данных. Она работает на удалённом компьютере, называе- мом сервером. Существует множество различных широко используемых баз данных, таких как MySQL, SQL Server, PostgresSQL и Oracle. Рис. 1. Прототип интерфейса веб-приложения WWW.SOEL.RU Выбор инструментов разработки 20 Bootstrap – это мощный набор инстру- ментов, набор инструментов HTML, CSS и JavaScript для создания адаптивных веб-страниц и веб-приложений. Преимущества его заключаются в том, что: ● предлагается гибкий CSS, который адаптируется к различным телефо- нам, планшетам и настольным ком- пьютерам. Bootstrap также совместим с разными браузерами и поддержива- ется Chrome, Firefox, Internet Explorer, Safari и Opera; ● требуется только минимальная на- стройка; функциональный макет можно создать менее чем за час; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ● предлагается отличная документа- Рис. 2. Наполненный информацией прототип карточки клиента ция и имеется большое сообщество. Язык программирования Go являет- ся статически типизированным языком программирования и работает с меха- низмом, который позволяет точно ком- пилировать код, заботясь о преобразо- ваниях типов и уровне совместимости. Это даёт разработчикам свободу от про- блем, связанных с языками с динами- ческой типизацией. Преимущества: ● простота использования; ● возможности кроссплатформенной разработки; ● более быстрая компиляция и выпол- нение; ● экономия времени. Недостатки: ● слишком просто; ● отсутствие графической библиотеки; ● нет конкретной ниши; ● плохая обработка ошибок; ● отсутствие рамок. SSL- и TLS-сертификаты Рис. 3. Наполненный информацией прототип журнала проходов SSL-сертификат выдаётся центром Под ним размещено поле поиска кли- ● проход разрешён / проход запрещён; сертификации (CA). В этой модели CA ента по user ID (UID) или карте. ● проход зарегистрирован / проход не является заслуживающей доверия тре- тьей стороной, которая будет аутен- После поиска в карточке клиента ото- зарегистрирован – регистрация про- тифицировать обе стороны транзак- бражается информация по клиенту: хода происходит после прохождения ции. SSL-сертификат связывает вместе ● UID; клиента через турникет; доменное имя, имя хоста и имя серве- ● номер карты; ● ошибок нет или текст ошибки – в ра, а также идентификационные дан- ● комментарий; случае, если клиенту проход запре- ные и местоположение организации. ● фотография; щён, отображается информация об ● кнопки «копировать» и «изменить» ошибке; Преимущества SSL-сертификата: ● дата и время прохода; ● устраняет риск фишинга и других расположены правее от поля «UID» ● IP-адрес устройства, через которое и «Карта». клиент осуществлял проход. кибератак; Чтобы сфотографировать клиента Пример с наполненной информа- ● обеспечивает безопасную связь меж- или загрузить его фотографию, необ- цией по журналу событий представ- ходимо нажать кнопку «Сфотать», для лен на рис. 3. ду браузером и сервером; удаления – кнопку с иконкой «корзи- ● защищает конфиденциальную ин- на», которая находится правее. Заключение Если вся информация по клиенту формацию пользователя; загружена в базу, то над фотографией Подведем итоги: был выбран фрейм- ● позволяет пользователям совершать клиента отображается зелёный статус ворк Bootstrap и язык программирова- «Профиль загружен», если нет, то крас- ния Go для разработки dt-приложения. транзакции без риска кражи данных; ный статус «Профиль не загружен». При- Установлено следующее: в соответствии ● создаёт доверие в сознании клиента мер с наполненной информацией по с Федеральным законом № 152-ФЗ карточке клиента представлен на рис. 2. «О персональных данных» любая орга- и повышает его уверенность в себе; Под карточкой клиента размещён низация, которая собирает, хранит, ● устраняет предупреждения и опове- журнал проходов «События», в котором обрабатывает персональные данные, планируется отображение фотографии в том числе фамилию, имя, отчество, щения браузера; клиента, сделанной на турникете во вре- дату рождения, другие паспортные дан- ● повышает посещаемость веб-сайта и мя прохода, и рядом фото профиля из ные, должна обеспечить защиту этих карточки клиента для сравнения. данных, защиту прав на неприкосно- помогает генерировать больше бизнеса; Правее от фотографий такая инфор- венность частной жизни, личную и ● повышает репутацию организации мация, как: семейную тайну. в Интернете; ● преимущества ранжирования, предо- ставляемые Google веб-сайтам с под- держкой SSL. Интерфейс веб-приложения C использованием Figma был раз- работан прототип интерфейса веб- приложения (рис. 1). В правом верхнем углу в header нахо- дится кнопка профиля и вход/выход. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 21

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Литература ресурс] // URL: https://itconnect24.ru/ languages-for-web-development. face-id/. 8. Статья на тему «TLS и SSL: Необходи- 1. Статья о системе контроля и управления 5. Статья на тему «Защита персональ- доступом [Электронный ресурс] // URL: ных данных в России» [Электронный мый минимум знаний» [Электронный https://ru.wikipedia.org/wiki/Система_ ресурс] // URL: https:// www.tadviser.ru/ ресурс] // URL: https://mnorin.com/tls- контроля_и_управления_доступом (дата index.php/Статья:Защита_персональ- ssl-neobhodimy-j-minimum-znanij.html. доступа: 13.04.2020). ных_данных_в_России. 9. Статья на тему «Что такое TLS» [Электрон- 6. Статья на тему «Языки программирова- ный ресурс] // URL: https://habr.com/ru/ 2. Статья на тему «СКУД от «А» до «Я», регу- ния для создания сайтов» [Электронный post/258285/. лярно обновляемый гайд по выбору ресурс] // URL: https:// https://studiobit. 10. Статья на тему «Что такое шифрование и систем контроля и управления доступом» ru/blog/sozdanie-web-saytov/yazyki- как оно работает?» [Электронный ресурс] [Электронный ресурс] // URL: https:// programmirovaniya-dlya-sozdaniya-saytov/. // URL: https://experience.dropbox.com/ securityrussia.com/blog/vibrat_skud.html. 7. Статья на тему «Языки программирования ru-ru/resources/what-is-encryption. для веб-разработки» [Электронный ресурс] 11. Семененко В.А. Программно-аппаратная 3. Статья на тему «Автоматизация и инте- // URL: http://juice-health.ru/programming/ защита информации: учебное пособие / грация» [Электронный ресурс] // URL: web-development/505-programming- В.А. Семененко, Н.В. Федоров. М.: МГИУ, https://itconnect24.ru/automation- 2005. 215 с. integration/. 4. Статья на тему «Face ID» [Электронный НОВОСТИ МИРА ЭТА БИТВА БУДЕТ ЛЕГЕНДАРНОЙ: ДВА ПРОЕКТА КРЭТ Минпромторга в этом очень востребова- CANON НАМЕРЕНА ПОТЯГАТЬСЯ на. За счёт субсидий мы сможем возме- С ASML ВЫИГРАЛИ КОНКУРС СУБСИДИЙ стить в первом случае порядка 64% затрат, а во втором – 90%, остальное финансирова- НА РЫНКЕ ЛИТОГРАФИЧЕСКОГО МИНПРОМТОРГА РОССИИ ние – собственные средства КРЭТ. Заявлен- ные продукты находятся на разных этапах ОБОРУДОВАНИЯ. По итогам конкурса Министерства про- производства, у проектов различные сроки ОНА УЖЕ СОЗДАЛА мышленности и торговли РФ два предпри- реализации, но оба продукта имеют прин- ятия АО «КРЭТ» – УППО и ОКБ «Электро- ципиальное значение для российского рын- НОВУЮ ТЕХНОЛОГИЮ ДЛЯ ЭТОГО автоматика им. П.А. Ефимова» – вошли в ка», – сказал заместитель генерального ди- Компания ASML – почти монополист десятку рейтинга на получение субсидии из ректора по развитию гражданской продук- федерального бюджета. ции Максим Моторин. на рынке литографического оборудова- ния для выпуска полупроводников. И вот, Субсидии в размере 168 млн и Из протокола следует, что всего было по- японский производитель Canon намере- 216 млн руб. соответственно будут предо- дано 78 заявок, из них победителями стали вается потягаться с ней. Завод для выпу- ставлены предприятиям АО «КРЭТ» госкор- только 30. С каждым предприятием будет ска нового литографического оборудова- порации «Ростех» на создание электронной заключено соответствующее соглашение в ния построят в Японии. Предполагаемые компонентной базы и модулей. Об этом со- течение 30 рабочих дней с момента подпи- инвестиции составят 345 миллионов дол- общили представители КРЭТ. сания протокола. Очерёдность подписаний ларов, а производство запустят уже вес- будет соответствовать порядковому номе- ной 2025 года. Заявка УППО подана на субсидирование ру проекта в опубликованном списке: УП- производства универсального электронного ПО присвоен второй номер, а ОКБ «Элек- Важно отметить, что для производства силового модуля мощностью 30 кВт, основ- троавтоматика им. П.А.Ефимова» – номер там будут использовать технологию, ко- ная область применения для которого – за- восемь. Одно из условий конкурса – обяза- торая названа нанопечатной литогра- рядные станции для электромобилей. На дан- тельство претендента, что выручка от раз- фией. Она позволяет обойтись без EUV- ный момент уже ведутся НИОКР, в первом работанных модулей составит не менее раз- литографии (литография в глубоком уль- полугодии 2023 г. запланирован старт произ- мера полученной субсидии, а от разрабо- трафиолете), которая требует много энергии водства. К 2026 г. прогнозируется выход на танной ЭКБ – не менее половины субсидии. и дорого стоит. Машины для формирования объём производства в 7500 единиц, что со- схем с помощью EUV-литографии произво- ставит порядка 20% рынка силовых модулей. Концерн «Радиоэлектронные технологии» дит только ASML. (АО «КРЭТ») – российский холдинг в радио- Согласно поданной заявке ОКБ «Элек- электронной отрасли. Образован в 2009 г. Новая технология Canon удешевит про- троавтоматика им. П.А. Ефимова» плани- Входит в состав госкорпорации «Ростех». изводство за счёт того, что нанопечатная рует завершить разработку трех видов мо- Предприятия концерна выпускают совре- литография позволяет снизить стоимость дулей электропитания повышенной поме- менную бытовую и медицинскую технику, производства до 40% и энергопотребле- хозащищённости и конфигуратор сети для оборудование и системы управления для ние до 90%. оптимизации системы снабжения к 2024 г. ТЭК, транспорта и машиностроения. В кон- После чего в течение четырёх лет плани- церн входят порядка 90 научно-исследова- Отметим, что технология нанопечатной руется производство 17,2 тыс. единиц про- тельских институтов, конструкторских бюро литографии была разработана более 10 лет дукции, что по прогнозам составит порядка и серийных заводов, расположенных в се- назад — она позволяет создавать схемы на 40% доли российского рынка электронной ми федеральных округах России с ядром в 10 нанометров с потенциальным уменьше- промышленности. Модули имеют широкий ЦФО. Общее количество сотрудников – по- нием до 2–3 нанометров. Однако пробле- спектр применения в авиационной промыш- рядка 43 тыс. человек. мы с реализацией заставили рынок пере- ленности, железнодорожной отрасли, а так- йти на EUV-литографию. Если технология же в телекоммуникационном оборудовании. russianelectronics.ru докажет свою состоятельность, это может привести к существенному удешевлению «В текущих условиях важно обеспечить микроэлектроники. финансирование импортозамещения элек- тронной компонентной базы, и поддержка ixbt.com 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

ОТВЕТСТДВЛЕНЯНАЖЯЕЭСЛТЕККТИРХОНУИСКЛАОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ 100% РОССИЙСКАЯ КОМПАНИЯ ЗАКАЗНЫЕ РАЗРАБОТКИ КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО Разработка электронного оборудования Контрактная сборка электроники уровней: по ТЗ заказчика в кратчайшие сроки модуль / узел / блок / шкаф / комплекс • Модификация КД существующего изделия • ОКР и технологические консультации • Разработка спецвычислителя на базе • Макеты, установочные партии, постановка в серию • Комплектование производства отечественными COM-модуля • Конфигурирование модульного и импортными компонентами и материалами • Поддержание складских запасов РЭК и материалов, корпусированного изделия • Сборка магистрально-модульной системы контролирование жизненного цикла комплектующих • Серийное плановое производство по спецификации заказчика • Тестирование и испытания изделий • Разработка изделия с нуля • Гарантийный и постгарантийный сервис (495) 232-2033 • WWW.DOLOMANT.RU Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Зачем нужны квантовые вычисления? Часть 2. Основные этапы развития квантовых компьютеров с вентильной обработкой Виктор Алексеев ([email protected]) ● вентильный – управление кубитами реализуется с помощью набора уни- Во второй части статьи рассматриваются основные этапы развития версальных вентилей; квантовых компьютеров с вентильной обработкой от формирования первых квантовых алгоритмов до современности. Проводится обзор ● цифровой – управление и програм- различных существующих квантовых компьютеров. мирование управляющих вентилей осуществляется дискретно через В 1992 г. был окончательно сформу- кола шифрования RSA-1024 в режиме внешний цифровой интерфейс; лирован квантовый алгоритм, пред- реального времени понадобится уни- ложенный Дэвидом Дойчем совмест- версальный квантовый программиру- ● квантовый – в качестве информаци- но с Ричардом Йожи (Richard Jozsa), емый вентильный квантовый компью- онных носителей используются кван- ставший одним из первых квантовых тер с квантовой коррекцией ошибок товые биты – кубиты; алгоритмов, основанных на явлении вычислений, содержащий сотни тысяч квантовой запутанности и принципе кубитов. По оценкам специалистов, соз- ● компьютер – один из вариантов пе- суперпозиции. Этот алгоритм, получив- дание такого компьютера невозможно, ревода на русский язык английско- ший название «Дойч–Джозса», в различ- по крайней мере, в ближайшее десяти- го термина «computer», как наиболее ных модификациях используется и в летие [3]. близкий в философском плане поня- современных моделях QC [1]. тию классического компьютера. В 1996 Лов Гровер (Lov Grover) пред- Первый квантовый компьютер На стартовом этапе развития техно- ложил квантовый алгоритм, который логии квантовых компьютеров (CQC) сейчас известен как «алгоритм Грове- на основе ЯМР с двумя кубитами в были разработаны образцы кубитов ра». Этот алгоритм позволяет кванто- 1998 г. создали американские физики и доказана принципиальная возмож- вому компьютеру выполнять поиск в Исаак Чуанг (Isaac Chuang), Нил Гер- ность реализации квантовых вычис- несортированной базе данных с гораз- шенфельд (Neil Gershenfeld) и Марк лений. до большей скоростью, чем классиче- Кубинец (Mark Kubinec). Работа пер- ский компьютер [4]. вого квантового компьютера основы- Американский математик Питер Шор валась на эффекте ядерно-магнитного (Peter Shor) в 1994 году разработал уни- Теоретические работы Шора, Грове- резонанса (NMR), при котором кубиты кальный полиномиальный алгоритм ра, Дойча и многих других их последо- кодировались во внешнем магнитном разложения больших чисел на мно- вателей естественно вызвали взрывной поле. При этом логические операции жители для квантового компьютера. интерес к тематике квантовых компью- совершались не над отдельными атома- Позднее он продемонстрировал воз- теров. ми и ионами, а над совокупностью всех можность проведения сложных вычис- молекул в водном растворе хлорофор- лений с помощью квантового компью- Поскольку для компьютеров КДЛ ма (CHCl3) при комнатной температуре. тера при наличии слабой декогеренции подобные алгоритмы разложения были Ориентированный с помощью внеш- и использования квантовой алгоритми- неизвестны, сообщения в серьёзных него поля спин изотопа углерода С-13 ческой коррекции ошибок [2]. Теорети- научных изданиях о том, что UDQGC в молекуле хлороформа можно было чески алгоритм Шора для квантовых может взломать любой код, стало явной интерпретировать как 1, а антипарал- компьютеров может быть использован сенсацией. лельный спин — как 0. Ядра водорода для взлома шифров. Однако, например, и углерод-13 можно было рассматри- чтобы взломать протокол RSA-1024, Таким образом, в конце 90-х зна- вать вместе как 2-кубитную систему. нужно разложить на простые мно- чительно вырос интерес к проблеме В дополнение к внешнему магнитно- жители число 21024. Мощному совре- квантовых компьютеров. К этому вре- му полю применялись радиочастот- менному компьютеру, классическому мени окончательно были сформули- ные импульсы, заставлявшие спино- КДЛ, потребуются сотни лет непрерыв- рованы основные принципы работы вые состояния «переворачиваться», ной работы, чтобы решить эту задачу с цифрового квантового компьютера тем самым создавая наложенные использованием существующих мате- с вентильной обработкой «Universal параллельные и антипараллельные матических средств. Алгоритм Шора, Digital Gate Quantum Computer состояния. Кроме того, высокочастот- который может быть использован для (UDGQC)». ное излучение было использовано для решения задач факторинга, обеспе- выполнения простого вычислительно- чивает экспоненциальное ускорение Имеет смысл пояснить название го алгоритма и проверки конечного процесса разложения больших чисел UDGQC, которое отличает этот тип от состояния системы. Время когерентно- на простые множители по сравнению с всех других квантовых вычислителей: сти кубитов этого первого компьюте- классическими алгоритмами бинарной ● универсальный – способность адре- ра составляло всего несколько нано- логики. Тем не менее для взлома прото- секунд. совать и измерять состояние каждо- го кубита по отдельности, а также В 1997 году Давид Ди Винченцо решать широкий круг прикладных (David P. DiVincenzo) сформулировал задач; 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ концепцию универсального набора Рис. 1. Китайский Jiuzhang 2.0 считается одним из самых мощных фотонных квантовых компьютеров в мире одно- и двухкубитных вентилей для квантовых вычислений с использова- оптические инструменты (включая вза- решать сложные задачи, масштабиро- нием спиновых состояний связанных имные зеркала и волновые пластины) и вание системы потребует огромных одноэлектронных квантовых объектов детекторы фотонов и квантовая память, дополнительных капиталовложений [5]. Двумя годами позже Ди Винченцо соответственно для обнаружения и хра- за счёт дорогостоящей оптики и эле- опубликовал условия, необходимые нения квантовой информации. ментов управления. для построения квантового компью- тера [6]. В современных фотонных (оптиче- Кубиты на базе сверхпроводящих ских) квантовых компьютерах при- материалов получили в настоящее вре- В 1998 году объединённая исследо- меняется технология «rail-encoding». мя наибольшее распространение [13]. вательская группа из Оксфордского, В этих квантовых чипах выгравирова- Массачусетского, Калифорнийского ны два волновода, по которым может В основном это произошло благо- университетов и корпорации IBM про- перемещаться фотон. При этом край- даря достаточно простой техноло- демонстрировали работу алгоритма ние состояния кубита определяют- гии изготовления, аналогичной той, Дойча–Джозы на 2-кубитном кванто- ся как фотон, находящийся в том или которая используется при производ- вом ЯМР – компьютере устройства [7]. ином волноводе [11]. стве современных микрочипов. Прин- цип действия таких кубитов осно- Через год другая группа из Лос- Линейные оптические квантовые ван на эффекте сверхпроводимости и Аламоса и Массачусетского тех- компьютеры (Linear optical quantum эффектах в «джозефсоновских контак- нологического института создали computing – LOQC) крайне сложны в тах». При криогенных температурах в 7-кубитный квантовый компьютер изготовлении, настройке и эксплуата- сверхпроводниках образуется так назы- с аналогичной схемой ЯМР, но с ции таких прецизионных элементов, ваемый конденсат куперовских пар, использованием транс-изомера кро- как однофотонные зеркала и светоде- состоящий из спаренных электронов и тоновой кислоты. лители, фазовращатели и их комбина- отделённый от остальных энергетиче- ции, интерферометры Маха – Ценде- ских состояний энергетической щелью. Использование растворов рез- ра с фазовыми сдвигами и т.д. Поэтому При этом возникает неопределённость ко ограничивает масштабирование такие компьютеры эксплуатируются между количеством частиц на грануле подобных устройств, количество вза- только в нескольких крупных мировых сверхпроводника и разностью фаз вол- имодействующих друг с другом моле- центрах. Например, китайский Jiuzhang новой функции. Если замкнуть сверх- кул в рабочем объёме вещества может 2.0 считается одним из самых мощных проводник в кольцо, то разность фаз быть больше сотен миллиардов штук. фотонных квантовых компьютеров в будет обусловливать магнитный поток. Кроме того, очень короткое время мире (рис. 1). Поскольку количество частиц и раз- жизни ЯМР-кубитов и резкое падение ность фаз не могут быть точно опре- когерентности с возрастанием их чис- В 2021 годы исследовательская груп- делены одновременно, то их край- ла сильно тормозили исследования в па, проводившая эксперименты на этом ние положения можно использовать в этой области. Поэтому большинство компьютере, заявила, что ими достиг- качестве основных состояний кубита, лабораторий отказались от примене- нуто так называемое «квантовое пре- а текущее состояние – в качестве супер- ния схемы с ЯМР и перешли на куби- восходство». По словам руководителя позиции. ты другой природы, такие, например, эксперимента: «Jiuzhang 2.0 может реа- как: сверхпроводники с джозефсонов- лизовать крупномасштабную выборку Бо′льшая часть таких кубитов постро- ским переходом, ионные ловушки, гауссовых бозонов (GBS) в один септил- ена по принципу колебательного кон- фотонные кубиты, кубиты на алмаз- лион раз быстрее, чем самый быстрый тура, содержащего цепь из ёмкости и ных дефектах, кубиты на нейтраль- из существующих в мире суперкомпью- индуктивности. Основная идея в этой ных атомах и другие [8, 9]. теров КДЛ» [12]. схеме заключается в использовании «джозефсоновских контактов». Эффект Фотонные кубиты были первыми Основным недостатком оптиче- Джозефсона (Josephson junction) осно- из теоретически возможных вариан- ских квантовых компьютеров счита- ван на протекании сверхпроводящего тов кубитов, предложенными Ричардом ется то, что современный уровень раз- тока через тонкий слой изолятора, раз- Фейнманом. В основе идеи использова- вития этой технологии не позволяет ния фотонов в качестве кубитов лежит классический опыт Юнга с дифракци- ей света, который в ХХ веке был обо- снован с точки зрения суперпозиции фотонов [10]. Два крайних состояния фотона опре- деляются его поляризацией, которая может быть вертикальной или горизон- тальной либо круговой. Соответствен- но, их суперпозиция – это некоторое промежуточное состояние. В линейных оптических квантовых компьютерах (Linear optical quantum computing – LOQC) для обработки квантовой информации используют- ся линейные оптические элементы или СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 25

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 2. Один из первых вариантов квантового процессора на базе крестообразных сверхпроводящих Джозефсона, которые определяются кубитов Xmon конкретными свойствами джозефсо- новских переходов – ёмкостные или Рис. 3. Квантовый процессор IBM из 7 qubit нелинейные индуктивности, разности фаз сверхпроводящих электронов и т.д. деляющий два сверхпроводника. Такой Практически эти кубиты представ- Такие структуры для кубитов формиру- ток получил название «джозефсонов- ляют собой микросхемы из сверхпро- ются методами фотолитографии или ского тока», а само соединение сверх- водника со специальными разрывами электронной литографии, так же как проводников называется «джозефсо- в несколько нанометров, обеспечива- формируются, например, транзисто- новским контактом». ющими джозефсоновские переходы. ры в полупроводниках. Таким образом, токи сверхпроводимо- Поскольку этот слой изолятора очень сти, возникающие в такой конструкции, В качестве примера на рис. 2 [14] тонкий, пары электронов из одного в зависимости от направления форми- показана конструкция одного из пер- сверхпроводника начинают туннели- руют два основных состояния куби- вых квантовых процессоров, в кото- ровать в другой сверхпроводник, и в та. Внешнее электромагнитное поле ром размещено пять сверхпроводящих данном случае туннелирование про- может переключать систему в одно из кубитов Xmons в одном ряду. При этом исходит для всего конденсата. Оказа- конечных состояний. Это очень общая каждый кубит связан со своим ближай- лось, что такая структура имеет нели- и очень приближённая схема работы шим соседом. нейную индуктивность, в результате кубитов на базе сверхпроводников. чего мы можем использовать основное Кубиты, которые используются в состояние и ближайшее к нему возбуж- На практике реализуются различ- проекте IBM Q, представляют собой дённое состояние. ные варианты кубитов с эффектом высокочастотный сверхпроводящий трансмон – кубит (transmon qubit) с фиксированной частотой. Основное отличие трансмона от классического джозефсоновского зарядового кубита заключается в том, что у него энергия Джозефсона примерно в 100 раз больше энергии Кулона. Трансмон представляет собой одну из разновидностей зарядо- вого кубита, работающего на принци- пе квантования заряда куперовских пар электронов в сверхпроводнике. В трансмоне волны куперовских пар электронов, пройдя через два джозеф- соновских перехода, вызывают явление интерференции. Амплитуда интерфе- ренционного тока зависит от внешнего магнитного поля, что позволяет в слу- чае трансмона изменять его квантовые уровни энергии. Квантовый процессор IBM состо- ит из «рабочих» трансмонов и «охран- ных» кубитов, объединённых между собой резонаторами и высокочастот- ными волноводами (рис. 3) [15]. В конструкции кубита используется так называемый «контейнер куперов- ских пар» (Сooper-pair box), который связан с большим резервуаром заряда через два джозефсоновских контакта, разделённых маленьким островком для накопления заряда. Система коррекции и управления внешними электромаг- нитными полями, в которых находит- ся устройство, а также использование именно двух одинаковых джозефсонов- ских переходов, позволяет надёжно кон- тролировать энергию этих переходов. Измерение состояния кубитов и управление трансмонами осуществля- ется с помощью микроволновых резо- наторов, которые также обеспечивают доступ к другим кубитам чипа. 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 4. Внешний вид квантового процессора Рис. 5. Чип с ионной ловушкой в лабораторном квантовом компьютере NIST 2011 IBM, размещённого внутри криогенной установки «Oxford Triton dilution refrigerator» выше, чем у универсальных вентиль- но несколько ионов. При этом можно ных квантовых компьютеров с кубита- подобрать параметры их состояния Достаточно подробно основы теории ми на естественно природных кванто- таким образом, чтобы они образовы- сверхпроводящих кубитов изложены в вых элементах. вали квантовую когерентную систе- работе [16]. му. Это очень грубая схема идеи куби- Кубиты с ионными ловушками тов на базе ионов в квантовой ловушке. Сверхпроводящие кубиты работают были предложены ещё в 1995 году. В действительности ситуация намно- только при температурах, близких к Однако реальные образцы компьюте- го сложнее, и для её описания необ- абсолютному нулю. Поэтому сами куби- ров с ионными ловушками появились ходимо привлекать математический ты размещены в специальной холо- только в начале 2000-х [19]. аппарат квантовой механики. С более дильной машине (dilution refrigerator), тщательным объяснением работы кван- внутри которой поддерживается темпе- В схеме с ионной ловушкой исполь- тового компьютера на кубитах с захва- ратура, близкая к абсолютному нулю. зуются атомы с простой электронной ченными ионами можно ознакомить- Например, температура кубитов (Fridge структурой, например, кубиты с одним ся на сайте [21]. Temperature) в процессоре IBM Austin валентным электроном: Be+, Mg+, Ca+, (16) составляет всего 0,0143477 K. Sr+, Ba+, Zn+, Hg+, Cd+ и Yb+. Снача- Этот сайт «PennyLane» предоставляет ла атомы ионизируются с помощью модуль qchem для моделирования про- Сама по себе установка для получения лазеров с определённой длиной вол- стых примеров квантовой химии. Он таких температур является произведе- ны излучения. Полученные ионы затем содержит дифференцируемый реша- нием научно-технического творчества. втягиваются в ионную ловушку, схема тель Хартри-Фока (Hartree-Fock) и пре- В проекте IBM используется криогенное которой, как правило, является если не доставляет функциональные возмож- оборудование «Oxford Triton dilution прямым аналогом ловушки Пауля, то ности для построения молекулярного refrigerator», в котором поддерживает- её некоторой модификацией. В схеме гамильтониана, который можно исполь- ся непрерывная циркуляция смеси из ионной ловушки, изобретённой Вольф- зовать в качестве входных данных для жидких He-3/He-4 [17, 18] (рис. 4). гангом Паулем в 1958 году, использу- некоторых квантовых алгоритмов ется вращающееся электростатическое Кубиты на базе сверхпроводников с поле, модулированное радиочастотным Одним из первых, принявших уча- джозефсоновскими переходами исполь- сигналом [20]. стие в разработках кубитов на основе зуются в таких известных проектах ионных ловушек, был Национальный квантовых компьютеров, как: Google, В результате электростатические Институт Стандартов и Технологий IBM, IMEC, BBN Technologies, Rigetti, линии образуют фигуру, напомина- США (National Institute of Standards and Intel, а также в адиабатических кванто- ющую нечто, похожее на седло для Technology (NIST) [22]. вых вычислителях с отжигом D-Wave. лошади. Заряженный ион попадает в нижнюю часть седла и удерживает- На рис. 5 [23] показан один из лабо- Квантовые компьютеры со сверх- ся там вращающимся полем. Воздей- раторных вариантов кубита с ион- проводящими кубитами имеют свои ствуя лазером определённой частоты, ной ловушкой, использованный в недостатки, ограничивающие их раз- можно переводить ион в возбуждённое лабораторном квантовом компьюте- витие на современном технологиче- состояние, из которого он будет пере- ре NIST 2011. В этой конструкции два ском уровне. Основной недостаток ходить на более низкие уровни, излу- иона бериллия удерживаются электро- заключается в том, что, будучи искус- чая фотоны. Современные техноло- статическим полем, модулированным ственными квантовыми системами, гии позволяют с высокой точностью радиочастотой, на расстоянии около они не могут быть абсолютно одинако- регистрировать отдельные фотоны. 40 микрон друг от друга над квадрат- выми. Поэтому уровень шума и вычис- В такой ловушке может быть размеще- ным золотым чипом в центре. Для пре- лительных ошибок у этого типа систем СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 27

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 6. Квантовый вычислительный блок на в этой области сейчас является фир- ких микрон друг от друга, что вполне кубитах с ионными ловушками австрийской ма Honeywell, квантовый компьютер достаточно для предотвращения вза- фирмы AQT которой имеет 128 кубитов с ионны- имодействия ядерных спинов (состо- ми ловушками [27]. яний кубитов). С помощью другого дотвращения накопления статического набора лазеров атомы теряют свою заряда чип окружён медным экраном и Кроме крупных фирм направление энергию, затормаживаясь до почти золотой проволочной сеткой. ионных ловушек развивают и новые, неподвижного состояния. молодые участники рынка. Например, В следующем варианте лабораторно- австрийская фирма AQT из универси- На следующем этапе реализуется про- го квантового компьютера NIST-2015 тета Инсбрука представила в 2021 году цесс запутывания кубитов с помощью были задействованы два разных иона – 20-кубитный квантовый компьютер с накачки лазерами с определённой дли- один магния, а другой бериллия. При ионными ловушками. Основное досто- ной волны. этом использование двух разных лазе- инство, которое рекламируют авторы ров с разными длинами волн позволило разработки, заключается в том, что их При этом атомы щелочных металлов раздельно управлять кубитами и каж- компьютер имеет минимальные раз- переходят в «ридберговское состояние», дым из вентилей CNOT и SWAP [24]. меры и размещён в двух 19-дюймо- при котором внешний электрон нахо- вых стандартных приборных стойках дится в высоковозбуждённом состоя- Такой подход в наши дни уже часто (рис. 6) [28]. нии, отдалённом от атома на большое можно видеть в различных лаборатор- расстояние. В этом виде атом ведет ных установках с ионными квантовы- Кубиты на базе нейтральных ато- себя скорее как ион, взаимодействуя ми ловушками. мов по числу публикаций за последние с соседними атомами, но не позволяя несколько лет постепенно выдвигают- им самим полностью перейти в ридбер- Например, в одной из последних ся на роль лидера [29–32]. говские состояния. В этом варианте два публикаций 2021 года рассмотрены соседних атома образуют суперпози- результаты испытаний квантового ком- Сама идея такого типа кубитов заим- цию, в которой оба частично находят- пьютера Массачусетского технологи- ствована из принципа работы совре- ся в ридберговском состоянии. ческого института (MIT, USA), в кото- менных атомных часов, где использу- ром кубиты изготовлены на базе пары ется резонансная частота возбуждения Примерно такая схема использует- ионов кальция и стронция. Управление атомов цезия, размещённых в трёхмер- ся, например, фирмой Atom Computing, кубитами осуществляется с помощью ных ячейках лазерных ловушек [33]. которая является одним из пионеров инфракрасного и видимого лазеров. квантовых вычислений на нейтраль- Примечательно, что в этой паре ион Кубиты на нейтральных атомах име- ном атоме [36]. стронция выполняет функцию кубита, ют некоторое общее сходство с ионны- а кальций выполняет функцию коррек- ми ловушками. Разница, как следует В настоящее время Atom Computing тора ошибок [25]. из названия, заключается в изначаль- использует в своём квантовом ком- но нейтральном состоянии задейство- пьютере Phoenix систему на 100 куби- Отмеченная методика позволяет ванных атомов. В современных техно- тов [37]. использовать уникальные преиму- логиях с нейтральными атомами для щества различных типов квантовых захвата атомов и удержания их на месте Система работает при комнатных систем на одной платформе. Каждый используются оптические лазерные температурах. Поскольку система вид ионов по-своему уникален. Поэто- ловушки. Кубиты нейтрального атома работает с лазерным охлаждением, му некоторые из них лучше подходят, хранят информацию в своих спиновых то в этом методе не нужны сложные например, для хранения информации, состояниях [34]. и громоздкие криогенные установки. другие больше приспособлены для ком- Квантовый процессор на нейтральных муникации между кубитами, а третьи В системах с нейтральными атомами атомах легко масштабируется. Для это- оптимальны с точки зрения специаль- отдельные атомы можно запрограмми- го нужно просто использовать боль- ных вентилей [26]. ровать, объединяя их в различные двух- ше лазеров. или трёхмерные конфигурации [35]. Направление квантовых компью- Аналогичная схема используется теров с ионными ловушками успеш- Как правило, в этой технологии в Массачусетском технологическом но развивается в наши дни. Лидером используются атомы из второй колон- институте (MIT), где разрабатывает- ки периодической таблицы, например, ся компьютер на нейтральных атомах стронций. В общем случае упрощённая рубидия (рис. 7) [38]. Эта исследова- схема работы кубита с нейтральными тельская группа показала, что кванто- атомами выглядит следующим обра- вый логический вентиль, состоящий из зом. Из расплава щелочного металла двух нейтральных атомов, может рабо- (стронция) отдельные атомы вытя- тать с гораздо меньшим количеством гиваются в вакуумную камеру. Через ошибок по сравнению с другими типа- специальную оптическую систему ми кубитов [39]. эта камера подсвечивается системой перекрещивающихся лазерных лучей, Французские учёные из лаборато- образующих ловушки, в которые попа- рии Charles Fabry Laboratory недавно дают атомы стронция. На всех пересе- сообщили об успешных испытаниях чениях лазерных лучей, таким обра- трёхмерной конструкции из 72 ней- зом, образуется сетка из нейтральных тральных атомов. Используя голо- атомов, которые служат кубитами в графические методы и быстрые про- адресуемых местах. Захваченные ато- граммируемые лазерные пинцеты, им мы находятся на расстоянии несколь- удалось создать трёхмерную структу- ру кубитов на нейтральных атомах. 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Эти результаты продемонстрирова- Рис. 7. Схема работы кубита на нейтральных атомах ли перспективность данного направ- ления и возможность реализации системах с большими массивами захва- иттербия-171 (Yb-171). Как и атомы систем из сотен индивидуально управ- ченных нейтральных атомов и высоко- стронция, спиновые состояния ато- ляемых кубитов на нейтральных ато- точных операций запутывания. Однако мов Yb-171 устойчивы к возмущению мах, с использованием существующих выяснилось, что множественные спи- оптической ловушкой. Но, в отличие от в настоящее время технологий [40]. новые состояния большого ядерного атомов Sr-87, атомы Yb-171 имеют ядер- спина изотопа стронция-87 затрудня- ный спин 1/2, что упрощает манипули- Однако у атомов щелочных металлов ют его использование для реализации рование кубитами со спиновым состоя- есть и свои недостатки. Например, элек- простого двухуровневого кубита. нием на основе этого изотопа [42]. тронные спиновые состояния, исполь- зуемые для хранения квантовой инфор- Эти проблемы были преодоле- В целом кубиты с нейтральными ато- мации, могут быть искажены световым ны при замене стронция на изотопы мами имеют ряд преимуществ по срав- полем лазеров, используемым для захвата атомов. Поэтому были разра- ботаны кубиты на основе щёлочнозе- мельных атомов, которые могут более надёжно хранить информацию в своих ядерных спиновых состояниях. В работе [41] была продемонстри- рована возможность получения очень больших времён когерентности при использовании квантовой технологии с нейтральными атомами. В системе кубитов на базе стронция при кодиро- вании двух ядерных спиновых состо- яний изотопа Sr-87 было достигнуто время когерентности, близкое к одной минуте. Результаты этих исследований показывают, что кубиты с ядерными спинами могут быть реализованы в Реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 29

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 8. Схематическое изображение NV-центра в алмазе с эквивалентными гибридизированными но простой с точки зрения квантовой связями механики системой, имеют ограни- ченные степени свободы, а оптические нению с кубитами на ионных ловуш- сиями на NV-центрах (nitrogen vacancy фотоны, испускаемые атомом при сня- ках. Так, сильное взаимодействие ионов centers) [44]. тии возбуждения, представляют собой между собой может вызывать паразит- удобный зонд, точно соответствующий ные шумовые эффекты. Поэтому для Другое, часто встречающееся в ран- типичной энергетической шкале атом- многокомпонентных систем необ- них работах, название этих кубитов – ных переходов. ходимо использовать сложные кон- spin qubits – спиновые кубиты. Связа- струкции ионных ловушек. Нейтраль- но это с тем, что основным носителем Технологический уровень экспери- ные атомы в основном электронном информации в них служат электроны с ментальной физики только в 2010 году состоянии, напротив, слабо взаимо- определённым значением спина. Одна- позволил учёным из Гарварда (Harvard действуют друг с другом и с окружаю- ко под этим же термином подразумева- University) на реальных опытах полу- щей средой, и поэтому предоставляют ются в ряде случаев полупроводнико- чить подтверждение эффекта запутан- возможность компромисса между мас- вые спиновые кубиты (semiconductor ности между поляризацией одиночно- штабированием, сложностью управле- spin qubits), что, естественно, вызыва- го оптического фотона с одиночным ния и декогерентностью. ет некоторую путаницу [45]. электронным спином центра азот- ной вакансии в алмазе. Результаты Технология оптических ловушек на Дефекты в алмазах придают им осо- этой работы имели очень важное зна- нейтральных атомах в принципе позво- бое свечение. Такие алмазы могут обра- чение для дальнейшего развития дан- ляет создавать очень быстрые кванто- зовываться естественным образом ного направления. Они доказали воз- вые вентили с использованием ридбер- в течение миллионов лет. Например, можность построения кубитов на говских состояний. в природе может существовать алмаз, когерентной паре фотонов, снимаю- в решётке которого вместо атома угле- щих возбуждение, и спина электрона Кроме того, атомы щелочных и рода будет атом азота, который образо- замещающего атома. щёлочноземельных металлов легко вался в результате естественного процес- охлаждаются лазером и могут быть са радиоактивного распада С-14 > N-14. Эта пара – фотон и «искусственный закодированы в долгоживущих сверх- Возможны и другие варианты образова- атом» – стала своеобразным строитель- тонких основных состояниях, что зна- ния цветных алмазов в природе. Такие ным блоком для твердотельных кван- чительно увеличивает времена коге- алмазы крайне редки и безумно доро- товых оптических сетей. рентности [43]. ги. Поэтому исследуются и используют- ся в лабораторных условиях искусствен- Схема работы кубита на базе Кубиты на базе нейтральных атомов ные алмазы с замещёнными атомами. NV-центра показана на рис. 8 [48]. в настоящее время используют такие В основном кубиты с дефектами кри- фирмы, как Ion Q, Alpine Quantum Tech- сталлической решётки получают спосо- На рис. 8 чёрный шарик соответ- nologies (AQT,) Eleqtron, Quantiniuum, бом ионного легирования [46]. В кубитах ствует атому углерода в решётке кри- CNRS and Universite′ Paris-Saclay. с дефектами в кристаллической решёт- сталла алмаза, а красный шарик сим- ке в основном используется так называе- волизирует замещающий атом азота. Кубиты с искусственными атомами мый чужеродный ион, который находит- Длинная красная стрелка определяет в твёрдом состоянии «artificial atoms ся не на своём месте в кристалле. ось NV (ось Z системы координат), где in the solid state» в последнее время всё магнитное поле «B» приложено вдоль больше привлекают внимание разра- Первые сообщения о необычных оси NV. Синий круг S со стрелочками ботчиков систем квантовых вычис- свойствах алмазов с вкраплениями ато- схематически изображает парамаг- лений. В настоящее время одним из мов азота появились 46 лет назад [47]. нитное триплетное состояние. Атом самых популярных материалов для реа- возбуждается внешним лазером (ћ). лизации кубитов на искусственных ато- Идея кубитов подобного типа основа- Благодаря механическим свойствам и мах является алмаз с азотными вакан- на на том, что атомы, являясь достаточ- практически ядерной среде без спина сама алмазная решётка является идеаль- ным местом для такого искусственно- го атома. Некоторые свойства NV-центра мож- но описать, рассматривая его как систе- му двух неспаренных электронов, обла- дающих тригональной симметрией (trigonal C3v symmetry) [49]. Спиновая плотность в районе NV-центра фак- тически полностью локализована на трёх атомах углерода вблизи вакан- сии, в то время как на атоме азота она почти незначительна и исчезает на расстоянии, равном всего несколь- ким узлам решётки. Таким образом, атом азота, слабо связанный с кристал- лической решёткой углерода, образу- ет некую электронную вакансию. Это как бы «свободное» место заполняется 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ электроном, спином которого можно удаления ядерных и электронных спи- атомами в дефектах кристаллической управлять с помощью магнитного поля. нов, которые действуют как источни- решётки является тот же самый момент ки декогеренции. С этой целью исполь- «искусственности», который был отме- В принципе возможны два вариан- зовался метод изотопного обогащения чен выше для кубитов на сверхпрово- та кубитов в такой системе. В одном атомами углерода C-12. дящих элементах. Невозможно сделать случае можно использовать спин вра- два абсолютно одинаковых кванто- щения ядра примесного атома азота. Следует особо подчеркнуть, что боль- вых объекта, образовать из них без- В другом случае в роли кубита выби- шие времена когерентности были полу- упречную когерентную пару и, мало рается спин электрона, вращающегося чены также в экспериментах при ком- того, запутать их с другими кубитами вокруг атома примеси. При этом элек- натной температуре [50]. в вычислительной ячейке. трон в NV-центре может находиться в суперпозиции двух спиновых состоя- Сочетание времени жизни когерент- Оригинальное решение было пред- ний и выполнять роль кубита. ности, равное нескольким миллисекун- ложено в работе [52], в которой рассмо- дам, с высокими скоростями спиново- трены процессы гетерогенной интегра- Структура кристаллов NV имеет го возбуждения, достигавшими 1 ГГц, ции массивов алмазных волноводов, почти идеальные для идентифика- позволяют проводить до 1 миллио- содержащих в своей структуре замеща- ции уровни возбуждённого состояния на операций с одним кубитом за вре- ющие атомы германия. В эксперимен- при криогенных температурах до 10 K. мя когерентности. Эти характеристи- тальной установке была использована Энергетические уровни и связанные с ки выгодно отличают кубиты типа NV структура из 128 центров замещения ними оптические переходы при низ- от других кубитов с «искусственными кристаллической углеродной решёт- ких температурах позволяют эффек- атомами». ки атомами германия. Неоднородности тивно связывать спины NV и оптиче- отдельных оптических переходов цен- ские фотоны. Оптические переходы Кроме алмазных кубитов использу- тров замещения компенсировались с (~637 нм) на возбуждённые подуров- ются также и дефекты в других кри- помощью интегрированной настройки ни не изменяют спиновое состояние и сталлах. Так, например, в работе [51] на частоте более 50 гигагерц без ухуд- могут использоваться для считывания описаны кубиты, изготовленные с шения ширины линии. Вместо того состояния кубита. использованием тонких плёнок диок- чтобы связывать все кубиты в едином сида титана, легированных эрбием, алмазном образце, авторы изготавли- При этом заданная спиновая поляри- выращенные на подложке из изолято- вали множество отдельных модулей, зация может сохраняться до несколь- ра на кремниевой основе. а затем отобрали наиболее качествен- ких миллисекунд. Увеличение времени когерентности было достигнуто за счёт Одним из наиболее серьёзных недо- статков схем кубитов с искусственными СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 31

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ные элементы и связали их с помощью Яркие сообщения появляются в свя- Литература фотонной интегральной схемы. При зи с успехами в разработках совершен- этом удалось с требуемой точностью но нового типа кубитов, получивших 1. URL: https://thequantuminsider.com/2019/ расположить модули в нужных местах название «кутрит», или «квантовый схемы, соединив алмазные волноводы трит» (qutrit). Эта новая информацион- 09/25/quantum-godfathers-1-david- чипа с алюминий-нитридными волно- ная единица квантовой физики может водами на платформе. находиться в суперпозиции трёх вза- deutsch-quantum-computings-lost-founder/. имно ортогональных квантовых состо- Относительно простой и недорогой яний [55]. 2. URL: https://quantum-computing.ibm.com/ процесс изготовления таких кубитов является важным шагом на пути соз- Существует ещё много разных инте- composer/docs/iqx/guide/shors-algorithm. дания надёжной бюджетной кван- ресных проектов, таких, например, как: товой памяти, предназначенной для логические кубиты со встроенной кван- 3. URL: https://arxiv.org/pdf/1312.2316.pdf. масштабируемых квантовых компью- товой коррекцией ошибок в виде моле- теров. кулярных наномагнетиков; оптические 4. URL: https://qiskit.org/textbook/ считыватели в октаэдрических ком- В Японии исследовательской груп- плексах Ni (II) для приложений кван- ch-algorithms/grover.html. пе из Университета Сага на Кюсю уда- тового зондирования; двухкубитное лось реализовать новый метод, кото- спинтронно-фотоэлектрохимическое 5. URL: https://arxiv.org/abs/cond- рый позволяет производить алмазные производство водорода с использова- пластины площадью около 13 ква- нием возбуждения поверхностного mat/9701055. дратных сантиметров. В этом методе плазмонного резонанса; использова- применяется сапфировая подложка ние ареновых лигандов и другие экзо- 6. URL: https://www.wikihero.net/en/ с иридиевой плёнкой. Благодаря сту- тические разработки [56]. пенчатой структуре сапфир позво- DiVincenzo%27s_criteria. ляет выращивать алмазы при высо- Возможно, к некоторым из этих про- ких температуре и давлении, избегая ектов мы вернёмся в следующих статьях. 7. URL: https://journals.aps.org/pra/pdf/ появления трещин при охлаждении и сводя к минимуму поглощение азота. В заключение этой части статьи отме- 10.1103/PhysRevA.57.120. Эти изделия уже получили свое назва- тим, что в начале 2000-х, после того как ние: «бриллианты Кензан – Kenzan постепенно стало приходить понима- 8. URL: https://uwaterloo.ca/institute-for- Diamond». ние того, что современный технологи- ческий уровень из-за шумов и декоге- quantum-computing/quantum-101/ Такие большие алмазные пластины рентности не позволяет в ближайшем можно будет использовать в производ- обозримом будущем создать UDQGC, quantum-information-science-and- стве чипов для квантовых компьюте- содержащий десятки тысяч кубитов, ров [53]. наступила «эпоха шумных квантовых technology/what-qubit. компьютеров» (Noisy Intermediate-Scale Можно отметить, что сильно выра- Quantum era – NISQ). 9. URL: https://www.newscientist.com/ женная чувствительность кубитов на основе дефектов в кристаллической Это значит, что мы находимся на article/mg25133493-200-why-it-might-be- решётке, являясь недостатком в кван- ранних стадиях развития квантовых товых приложениях, одновременно вычислений, и впереди ещё очень мно- impossible-to-build-a-practical-quantum- служит преимуществом при изготов- го непредсказуемых технологических лении ультрамалых сенсоров. и научных открытий. Высокий уровень computer/. шума – это то, что мешает современ- В этой статье были рассмотрены ным квантовым компьютерам прово- 10. URL: https://22century.ru/popular-science- только основные наиболее популярные дить те сложные вычисления, кото- типы кубитов. Направление исследова- рые были задуманы при создании этих publications/quantum-superposition. ния в области квантовых вычислений устройств. Слово «Intermediate-Scale – постоянно развивается. Рассмотреть промежуточный» определяет переход- 11. URL: https://www.researchgate.net/ все новые гипотезы и разработки в ный уровень, на котором были сформу- одной статье не представляется воз- лированы цели и задачи, и переходит publication/253418427_Qubit_quantum_ можным. Например, руководитель про- на новый этап поиска идей и техноло- екта Четан Наяк из Microsoft недавно гий, необходимых для решения этих mechanics_with_correlated-photon_ заявил, что компания достигла значи- задач [57]. тельных успехов в разработках «топо- experiments. логических кубитов». В этих новых О квантовых вычислителях эпохи кубитах используется совершенно NISQ будет рассказано в следующей 12. URL: https://www.globaltimes.cn/page/ новый физический процесс, известный части статьи. как легендарный нулевой узел Майо- 202110/1237312.shtml. раны (Majorana zero node). По словам Для тех, кто заинтересовался вопро- Четан Наяка, учёным из Microsoft уда- сами квантовых вычислений и хотел бы 13. URL: https://www.nature.com/articles/ лось создать топологическую сверхпро- изучить этот предмет более подробно, водящую фазу и сопутствующие ей май- можно рекомендовать кембриджский 35017505. орановские нулевые моды [54]. курс лекций «Quantum Computation and Quantum Information», Michael A. 14. URL: https://www.news.ucsb.edu/2014/ Nielsen & Isaac L. Chuang [58]. 014074/superconducting-qubit-array- points-way-quantum-computers. 15. URL: https://www.sciencephoto.com/ media/952763/view/ibm-quantum- computer-7-qubit-processor. 16. URL: https://arxiv.org/abs/1904.06560. 17. URL: https://www.materialstoday.com/ characterization/products/oxford- instruments-triton-cryofree/. 18. URL: https://newsroom.ibm.com/media- quantum-innovation?keywords=quantu m&l=100. 19. URL: https://www.researchgate.net/ publication/220435879_Recent_results_in_ trapped-ion_quantum_computing_at_NIST. 20. URL: http://iontrap.umd.edu/wp-content/ uploads/2013/10/electromagnetic-traps- for-charged-and-neutral-particles-Paul.pdf. 21. URL: https://pennylane.ai/qml/demos/ tutorial_trapped_ions.html. 22. URL: https://www.nist.gov/news-events/ news/2015/12/nist-adds-quantum- computing-toolkit-mixed-atom-logic- operations. 23. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/ Trapped_ion_quantum_computer#/media/ File:Quantum_Computing;_Ion_Trapping_ (5941055642).jpg. 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 24. URL: https://www.nist.gov/news-events/ 36. URL: https://atom-computing.com/ 49. URL: https://link.springer.com/article/ news/2015/12/nist-adds-quantum-computing- quantum-computing-technology/. 10.1557/mrs.2013.18. toolkit-mixed-atom-logic-operations. 37. URL: https://www.servethehome.com/ 50. URL: https://www.nature.com/articles/ 25. URL: https://www.nature.com/articles/ atom-computing-unveils-phoenix- s41467-019-13495-6.pdf. s41534-019-0218-z. quantum-computing/. 51. URL: https://www.researchgate.net/ 26. URL: https://arxiv.org/pdf/1602.02840.pdf. 38. URL: https://www.science.org/content/ publication/360101132_Purcell_ 27. URL: https://www.honeywell.com/us/ article/arrays-atoms-emerge-dark-horse- enhancement_of_erbium_ions_in_TiO_2_ en/news/2020/09/achieving-quantum- candidate-power-quantum-computers. on_silicon_nanocavities. volume-128-on-the-honeywell-quantum- 39. URL: https://news.mit.edu/2017/scientists- 52. URL: https://dspace.mit.edu/bitstream/ computer. demonstrate-one-largest-quantum- handle/1721.1/129652/1911.05265. 28. URL: https://www.aqt.eu/pine-system-19- simulators-yet-51-atoms-1129. pdf?sequence=2&isAllowed=y. rack-mounted-quantum-computer/. 40. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ 53. URL: https://www.techradar.com/news/ 29. URL: https://pennylane.ai/qml/demos/ 30185955/. these-ultra-pure-diamonds-could-be-the- tutorial_pasqal.html#:~:text=Ion%2Dtrap%20 41. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ key-to-unleashing-the-power-of-quantum- devices%20make%20use,number%20of%20 35589685/. computing. protons%20and%20electrons. 42. URL: https://physics.aps.org/articles/pdf/ 54. URL: https://www.techradar.com/news/ 30. URL: https://arxiv.org/pdf/2012.12281.pdf. 10.1103/Physics.15.s55. microsoft-has-developed-a-whole-new- 31. URL: https://arxiv.org/abs/quant-ph/ 0003022. 43. URL: http://info.phys.unm.edu/~ideutsch/ kind-of-qubit-to-accelerate-quantum- 32. URL: https://www.quantumcomputinginc. Publications/0404055.pdf. computing. com/blog/the-many-faces-of-a-qubit/. 44. URL: https://link.springer.com/article/ 55. URL: https://www.scientificamerican.com/ 33. URL: https://www.nist.gov/pml/time-and- 10.1557/mrs.2013.18. article/qutrit-experiments-are-a-first-in- frequency-division/background-how- 45. URL: https://physicstoday.scitation.org/doi/ quantum-teleportation/. nist-f2-works#:~:text=A%20gas%20of%20 full/10.1063/PT.3.4270. 56. URL: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/ cesium%20atoms,measurements%20of%20 46. URL: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/ acs.jpcb.1c08679. their%20natural%20vibrations. acs.jpcb.1c08679. 57. URL: https://www.technologyreview.com/ 34. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ 47. URL: https://royalsocietypublishing.org/ 2019/05/30/65724/how-a-quantum- 35589685/. doi/10.1098/rspa.1976.0039. computer-could-break-2048-bit-rsa- 35. URL: https://www.hpcwire.com/2022/01/ 48. URL: https://www.researchgate.net/ figure/ encryption-in-8-hours/. 25/quantum-watch-neutral-atoms-draw- Schematic-depiction-of-the- NV-center-in- 58. URL: http://mmrc.amss.cas.cn/tlb/201702/ growing-attention-as-promising-qubit- diamond-with-equivalent- sp3-hybridized- W020170224608149940643.pdf. technology/. dangling_fig8_226422854. НОВЫЕ МОЩНОСТИ — НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СВЧ-усилители мощности Многофункциональные GaN и GaAs MMIC СМОS MMIC • Диапазон частот: от HF до Ku • Диапазон частот: 2…18 ГГц • Выходная мощность: 2…1000 Вт • Диапазон частот: S, C, X, Ku • Выходная мощность: до 12 Вт • Типовое усиление: 25…65 дБ • Выходная мощность: до 15 Вт • Типовое усиление: 10…23 дБ • Рабочее напряжение: 28, 40 В • Исполнение: QFN-корпус • Исполнение: QFN-корпус/кристалл ОФИЦИА ЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 33

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Применение цифровых двойников в промышленности Сомайе Малакути, Питер Ван Шалквик, Биргит Босс, Челлури Рам Састри (Industrial Internet Consortium) Эта статья представляет собой практическое руководство по цифровым ячейка – это составной объект, цифро- двойникам, включая определение термина, описание преимуществ, вой двойник которого состоит из циф- архитектуры, а также необходимых для их реализации элементов. ровых двойников устройств внутри Продемонстрирована связь между системой промышленного Интернета производственной ячейки. Весь завод вещей (IIoT) и её двойником с вариантами использования. представляет собой систему, цифровой двойник которой состоит из несколь- Определение цифрового тьи для изображения цифрового двой- ких составных цифровых двойников. двойника от IIC ника. Как показано на рис. 3, отношения Цифровой двойник – это формаль- Отношения между цифровыми между цифровыми двойниками в ком- ное цифровое представление некото- двойниками в системах позиции могут быть следующими. рого актива, процесса или системы, ● Иерархический: как и их реальные которое фиксирует атрибуты и пове- Уровень абстракции цифрового дение этого объекта, подходящие для двойника таков, что он соответству- аналоги, набор цифровых двойни- передачи, хранения, интерпретации ет тем вариантам использования, для ков компонентов может быть собран или обработки в определённом кон- которых этот цифровой двойник пред- в цифровой двойник оборудования, тексте. назначен. набор цифровых двойников обору- дования может быть собран в циф- Информация о цифровом двойнике Дискретный цифровой двойник – это ровой двойник производственной включает, помимо прочего, комбина- единая сущность, которая самодоста- линии, набор цифровых двойников ции следующих категорий: точна без необходимости дальнейше- производственной линии может быть ● физическая модель и данные; го разбиения на цифровые двойники собран в заводской цифровой двой- ● аналитические модели и данные; более низкого уровня. Например, редук- ник и так далее. ● данные временны' х рядов и ПО, их тор или двигатель шаровой мельницы ● Ассоциативный: между цифровыми в горнодобывающей промышленно- двойниками существуют ассоциации, упорядочивающее; сти можно контролировать и созда- как и у их реальных аналогов. Циф- ● транзакционные данные; вать отчёты на этом же уровне объекта. ровой двойник газопровода связан с ● основные данные; Сборка дискретных цифровых двойни- цифровыми двойниками оборудова- ● наглядные модели; ков для создания составного цифрово- ния добычи и потребления газа. ● расчёты. го двойника показана на рис. 2 в виде ● Одноранговые: одноранговые отно- вертикального расширения, описыва- шения наблюдаются в группе обору- Значок на рис. 1 отражает несколь- ющего увеличение состава от одного до дования одного или подобных типов, ко аспектов цифрового двойника. Он множества объектов. выполняющего одинаковые или по- используется на протяжении всей ста- хожие функции. Общий эффект все- Составной цифровой двойник – это го оборудования представляет собой Рис. 1. Иконка цифрового двойника комбинация дискретных цифровых простую сумму эффектов, производи- двойников, которая представляет объ- мых каждым элементом оборудова- ект, состоящий из нескольких отдель- ния. Например, на ветряной электро- ных компонентов или частей. Компо- станции группа двигателей ветряной зиция может иметь место на разных турбины образует композитный циф- уровнях. Например, производственная ровой двойник ветряной турбины. Несколько Иерархическая композиция Ассоциативная композиция Одноранговая композиция Товар Композиция Компонент Конвейер Оборудование Оборудование Трубопровод Составной цифровой двойник Конвейер Система составных цифровых двойников Отдельный цифровой двойникОдин Неделимая/атомарная сущность Много Один Масштаб и объём Рис. 3. Связь между цифровыми двойниками в композиции Рис. 2. Создание составного цифрового двойника WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 34

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Цифровой двойник в Сценарии использования Возможности (характеристики и поведение) жизненном цикле сущности Операции Датчики температуры, давления, скорости Как показано на рис. 4, информа- Рабочие данные ция об объекте обычно разбросана по Данные временно'го ряда OT нескольким источникам информации, Модели оптимизации производства которые разрабатываются и поддержи- ваются разными организациями. Это Обслуживание Датчики температуры, вибрации, скорости приводит к нарушению потока инфор- Данные обслуживания мации на протяжении жизненного цик- Прогнозные модели ла объекта, поскольку эти источники PLM-модели, САПР информации могут не обменивать- ся информацией должным образом. Беузпорпаавслнеонситеь/ Датчики напряжения, температуры, скорости Некоторая информация может дубли- Инспекционные записи и данные роваться или быть непоследователь- Сертификационные записи ной, а некоторая информация может VR-, AR-модели отсутствовать. В результате требует- ся значительное время, чтобы найти Рис. 4. Операции без цифрового двойника соответствующую информацию, пре- образовать её в подходящий формат и Возможности Сценарии использования реализовать в ней семантические отно- (характеристики и поведение) Операции шения. Кроме того, это может привести к противоречивым оперативным дан- Датчики Модели на основе физики Обслуживание ным и к принятию неверных решений. Аналитические модели Безопасность/ Кроме того, информационные храни- Данные временны' х рядов лища препятствуют внедрению пере- и архивы состояния управление довых методов, таких как расширенная Данные о действиях аналитика и искусственный интеллект, Основные данные которые требуют доступа к большому Наглядные модели объёму информации. Рис. 5. Операции с цифровым двойником На рис. 5 показано, как цифровые двойники помогают решить пробле- Сторона производителя Сторона клиента му информационного хранилища. Цифровой двойник служит прокси- Проект Производство Сборка/интеграция Эксплуатация/обслуживание сервером, который централизованно собирает данные для каждого объекта, Тип товара Экземпляр товара Системный контекст Данные в реальном времени а затем делает эту информацию доступ- Тип товара Экземпляр товара Системный контекст ной различным областям бизнеса для Тип товара Экземпляр товара их конкретных приложений через Тип товара интеграционные интерфейсы, такие как интерфейсы прикладного програм- Цифровой мир мирования (API). Это улучшает процесс Физический мир принятия решений благодаря общему пониманию рабочего состояния и сни- Физическое устройство Система Система жает общие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание предприя- Рис. 6. Цифровой двойник сокращает информационные хранилища тия в течение жизненного цикла. имодействия с другими продуктами на В приведённом выше простом приме- На рис. 6 показан пример эволюции предприятии. Когда реальный продукт ре показан поток информации, стираю- цифровых двойников в течение жиз- получен заказчиком, его виртуальный щий границу между производителем и ненного цикла объекта за пределами двойник устанавливается на заводе, покупателем. Сегодня этот поток в зна- организации. В производственных проходит производственные циклы и чительной степени нарушен. Напри- системах производитель может добав- вводится в эксплуатацию. На этапе экс- мер, в одной компании может быть лять новые типы продуктов в каталог плуатации к продукту могут применять- несколько инструментов для выбора, типов. Клиент выбирает типы продук- ся различные услуги по техническому инжиниринга и виртуального ввода в тов, которые он хотел бы приобрести обслуживанию. Информация о техни- эксплуатацию, которые плохо связаны из каталога, а затем размещает заказ. ческом обслуживании может использо- друг с другом и не могут обмениваться Товар изготавливается и отгружается ваться покупателем для корректиров- друг с другом информацией. Оператив- заказчику. Между тем заказчик может ки своего будущего выбора продуктов. ная информация продукта может хра- использовать различные инструменты Изготовитель может быть проинфор- ниться в прошивке продукта; инфор- проектирования и виртуального ввода мирован об обнаруженных проблемах мация о техническом обслуживании в эксплуатацию для разработки продук- в продукте и использовать эту инфор- хранится в специальных базах дан- та, определения его параметров и вза- мацию для дальнейшего повышения ных и не связана с этапом выбора. Даже качества своего товара. при наличии договорного соглашения СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 35

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ об отправке производителям части Описательный Диагностический Предсказательный Предписательный Визуализация AR информации об эксплуатации и тех- ническом обслуживании эта инфор- Дизайн 1-й принцип мация разбросана по базам данных и прошивке продукта, и легко собрать эту Технические характеристики, модели, Физика, химия, информацию экономичным, точным и технологические и инженерные данные инженерное дело, симуляция… своевременным образом не представ- ляется возможным. Производство Обслуживание Цифровой двойник объекта явля- Человек, машина, материал, метод, Данные Модель Информация ется средством и единым интерфей- данные о качестве сом для доступа к информации о его Статистика, машинное жизненном цикле. Цифровые двойни- Работа обучение/искусственный ки могут быть определены для любой интеллект сущности, представляющей интерес для Актуальные и архивные данные организации. В нашем примере произ- о состоянии и конфигурации, Визуализация водитель может определить цифровые записи о техническом обслуживании двойники для типа продукта, включив 3D-модели всю соответствующую информацию, Деятельность такую как анализ рынка, чертежи авто- AR матизированного проектирования, Записи действий документацию и информацию о про- Дополненная реальность изводительности, полученную от кли- ента. Они также могут определить циф- Рис. 7. Составляющие цифрового двойника рового двойника для своего продукта и хранить информацию о производ- аналитики и искусственного интеллек- Цифровые двойники могут решить стве и обслуживании, полученную от та могут быть частью цифрового двой- проблемы с эксплуатацией или обслу- клиента, в этом цифровом двойнике. ника, что делает его интеллектуальным живанием, которые, в противном слу- Это предоставляет производителю еди- и автономным объектом. чае, привели бы к дорогостоящим про- ный интерфейс для доступа ко всей стоям. информации о продукте и типе продукта Не всегда возможно измерить все и может быть полезно многим компани- важные физические параметры, пред- Цифровые двойники повышают ям. Для одного объекта могут существо- ставляющие интерес. Цифровые двой- качество, поскольку многие ошибки в вать отдельные цифровые двойни- ники можно использовать для разра- производстве вызваны использовани- ки, поскольку контекст отличается, ботки высокоточных программных ем неверной или устаревшей инфор- а информация используется по-разному. датчиков или виртуальных датчи- мации. ков с помощью физических моделей, Существуют также семантические встроенных в цифрового двойника Цифровые двойники могут быть отношения между цифровыми двой- и служащих прокси для физических доступны всем, в любом месте и в любое никами различных сущностей, как и в измерений. Может потребоваться рас- время. Обмен опытом по всему миру реальном мире. Неспособность устано- ширенная аналитика и моделирование обеспечивает круглосуточное обслу- вить их сделала бы некоммуникабель- с использованием цифрового двойни- живание и быстрое реагирование при ного цифрового двойника «информа- ка основного процесса для прогнози- максимальном использовании экспер- ционным бункером» для себя самого. рования будущего поведения. тами. В случае, если внедрение требует Поскольку информация поступает из работы на месте, может быть привлечён разных источников, в разное время и в Измерения, полученные от датчи- местный инженер, а удалённые экспер- разных форматах, автоматическое уста- ков, сообщающих о рабочих параме- ты окажут поддержку. новление таких связей является одной трах актива, не всегда точны из-за отка- из основных задач при разработке циф- за или дрейфа в работе датчика. Когда Таким образом, цифровые двой- ровых двойников. аномалии возникают из-за неисправ- ники обеспечивают систематизиро- ного датчика, а не из-за какого-либо ванную методологию, технологию и Предлагая единую точку входа для основного сбоя в работе физического инструменты для представления слож- доступа к информации о жизненном актива, нет необходимости подавать ных физических и логических сред и цикле объектов и поддерживая отно- сигналы тревоги и можно избежать позволяют осуществлять эффективный шения между информацией в рамках ненужных отключений. Физические мониторинг, диагностику, прогнозиро- одного цифрового двойника и между модели и цифровой двойник, пред- вание и предписание действий физи- несколькими цифровыми двойниками, ставляющий объект, следует использо- ческих и логических объектов. можно достичь различных бизнес-пре- вать для согласования данных, чтобы имуществ. повысить качество измерений и гаран- Дизайн цифрового двойника тировать, что полученные измерения Цифровые двойники могут служить действительно подлинны. Например, Для динамического представления основой для расширенной аналитики и в цифровом двойнике электростанции объектов в реальном мире экземпляры приложений искусственного интеллек- простой баланс массы и тепла в цепи цифровых двойников должны быть свя- та в целях использования и обогаще- может помочь согласовать данные, заны с их соответствующими реальны- ния содержания цифровых двойников. а также обнаружить возможные отка- ми двойниками, иногда в режиме реаль- Кроме того, приложения расширенной зы датчиков. ного времени, для сбора и организации данных из соответствующих объектов 36 Цифровые двойники облегчают реального мира. Цифровой двойник совместную разработку на всех этапах должен позволить вычислительным и жизненного цикла. Это сокращает вре- аналитическим моделям анализировать мя, затрачиваемое на поиск, экспорт и эти данные для описания, диагности- импорт информации в инструменты, ки, прогнозирования и моделирования необходимые для любой задачи жиз- состояний и поведения реальных объ- ненного цикла. ектов и систем. Информация, получен- ная в результате такого анализа, может WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ быть объединена с бизнес-логикой и Промышленное API цифрового целями для определения действий по приложение двойника оптимизации производственных про- цессов. Чтобы этого достичь, дизайн Цифровые Команды цифрового двойника должен включать двойники сервисные интерфейсы для интеллек- туальных промышленных приложений, Информация обеспечивающих доступ к данным и Реальный аналитическим результатам. мир Как показано на рис. 7, цифровой Рис. 8. Цифровые двойники объединяют дизайн и приложения двойник включает данные и вычисли- тельные модели (далее просто «моде- ных интерфейсов для промышленных Информационное Обмен ли») и сервисные интерфейсы точно приложений или других цифровых моделирование информацией так же, как объект в объектно-ориен- двойников для доступа к своим данным Безопасность тированном языке программирова- и использования своих возможностей. ния имеет данные – члены, методы и Совместимость Некоторые Синхронизация интерфейсы. Хотя форма и содержание объектов технические аспекты данных реального мира сильно различаются, Данные: цифровой двойник должен внутри каждого цифрового двойника цифрового содержать данные о своём реальном должны быть высокоуровневые инва- двойника двойнике, которые требуются моделям риантные конструкции с некоторыми для представления и понимания состо- общими атрибутами данных и моделя- Размещение яний и поведения реального двойника. ми, чтобы в их устройстве можно было Во многих случаях он может состоять бы разобраться с помощью общего под- API из данных о полном жизненном цикле хода. реального объекта, в случае с обору- Связь дованием – данных на этапе проекти- Как показано на рис. 8, мы можем рования (спецификации, проектные создавать цифровые двойники в соот- Рис. 9. Технические аспекты цифровых двойников модели, производственный процесс и ветствии с типами их реальных анало- инженерные данные), на этапе произ- гов. Экземпляры создаются на основе ся доступными в течение жизненно- водства (данные о работнике, о произ- шаблонов их типов при учёте конфигу- го цикла объекта; водственном оборудовании, материа- рации присущей этому типу среды. Так ● стандарты, которые необходимо при- лах и деталях, методах производства мы можем установить логические отно- нять для определения структуры и со- и способах обеспечения качества), на шения между экземплярами и соответ- держания цифровых двойников, что- этапе эксплуатации (данные об уста- ствующими им типами. бы облегчить обмен информацией новке и конфигурации, текущем и про- между компаниями; шлом состоянии, техническом обслу- Технические аспекты ● механизмы сопоставления существу- живании), и даже процедурных данных цифрового двойника ющей информации с такими стан- по окончании срока службы. Он также дартами; может содержать бизнес-данные, такие На рис. 9 показаны некоторые техни- ● механизмы моделирования отноше- как записи транзакций. ческие аспекты цифрового двойника, ний между информацией в рамках каждый из которых объясняется ниже. одного цифрового двойника; Модели: цифровой двойник должен ● средства для моделирования различ- содержать вычислительные или ана- Информационное моделирование: ных видов цифровых двойников. литические модели, необходимые для основным элементом цифрового двой- Накопление информации: информа- описания, понимания и прогнозиро- ника является информация, связанная ция для цифровых двойников посту- вания рабочих состояний и поведе- с различными фазами жизненного цик- пает из различных источников. Ино- ния двойников, а также модели, кото- ла базового объекта. Например: гда она может извлекаться из самого рые используются для предписания ● метамодель для цифровых двойни- цифрового двойника. Например, если действий на основе бизнес-логики и приложение расширенной аналити- целей в отношении соответствующе- ков, описывающая необходимые вну- ки использует контент цифрового го объекта реального мира. Эти моде- тренние модели для вариантов ис- двойника в качестве входных данных, ли могут включать модели, основанные пользования; приложение может сохранять резуль- на физике или химии, инженерные или ● механизмы для структурирования и таты анализа только в самом цифро- имитационные модели, модели данных, модуляции контента цифровых двой- вом двойнике. Необходимо принять основанные на статистике, машинном ников и расширения контента, когда различные ключевые решения отно- обучении и искусственном интеллекте новые виды информации становят- сительно переноса информации из (ИИ). Он также может включать трёх- мерные модели и модели дополнен- ной реальности, помогающие человеку понять рабочие состояния или поведе- ние объектов реального мира. Служба (интерфейс): цифровой двой- ник должен содержать набор сервис- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 37

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ источников информации в цифровые Команды Онлайн двойники, например: Мастер-модели ● получение информации из различ- Удалённое наблюдение ных источников, таких как устрой- ства, приложения, базы данных или Команды В реальном Создание моделей другие цифровые двойники; времени Офлайн ● копирование информации в цифро- Симуляционные вые двойники или ссылка на инфор- Данные Данные тесты мацию из цифровых двойников или их комбинаций по запросу; Оборудование Локальный мониторинг Мастер- Офлайн ● кэширование информации; и оптимизация данные ● использование онлайн- и офлайн-ин- формации (например, для онлайн- Другие данные Построение мониторинга реальных объектов модели или в автономных имитационных тестах). Исходный объект Цифровой двойник Синхронизация информации. Здесь следует учитывать следующее: Сторона объекта Частные/публичные ● средства для синхронизации инфор- Развёртывание по запросу от периферии до облака облачные хранилища мации между цифровым двойником и соответствующими источниками Рис. 10. Модель развёртывания цифровых двойников информации в обоих направлениях от источника информации к цифро- няты различные ключевые решения, ● интероперабельность и интеграция вому двойнику и наоборот; такие как: с другими системами; ● механизмы синхронизации инфор- ● механизмы оффлайнового доступа к мации между несколькими цифровы- ● требования к контролю; ми двойниками, участвующими в раз- информации (например, в виде фай- ● требования к сложности и мощности личных формах композиции; лов разных форматов); ● политики (такие как безопасность и ● механизмы онлайн-доступа к инфор- аналитики. частота синхронизации) для выпол- мации (например, в виде RESTful API); Для развёртывания цифровых двой- нения синхронизации информации; ● механизмы массового или потоково- ников нам нужны механизмы, позво- ● стандарты и средства обеспечения го обмена информацией; ляющие: функциональной совместимости ● API для взаимодействия на уровне об- ● развёртывать содержимое цифро- цифровых двойников и их источ- лака, периферии и устройства (на- вого двойника в таких местах, как ников информации для облегчения пример, «облако-облако», «устрой- устройство IoT, периферия и облако; синхронизации информации. ство-облако» и «облако-устройство»); ● обнаруживать отдельные цифровые API: цифровые двойники взаимодей- ● стандарты для API в целях облегче- двойники, расположенные в разных ствуют с другими компонентами. Для ния взаимодействия между постав- местах, для формирования составных облегчения взаимодействия должны щиками. цифровых двойников; быть доступны различные API. Нам Подключаемость является ключевым ● обеспечить поддержку полиморф- нужны API: фактором взаимодействия с цифровы- ных цифровых двойников, что оз- ● подходящие для различных типов ми двойниками и между ними. Различ- начает возможность развёртывания приложений (таких как приложения ные ключевые решения должны быть цифрового двойника в разных фор- для моделирования в реальном вре- приняты в отношении подключения. мах и разных местах. мени, аналитические приложения Например: Как показано на рис. 10, один экзем- и приложения искусственного ин- ● механизмы уникальной идентифика- пляр должен рассматриваться как глав- теллекта), которые потребляют и за- ции цифрового двойника и его базо- ная рабочая копия с его основными полняют контент цифровых двой- вой сущности для установления свя- моделями, основными данными и соот- ников; зи между ними; ветствующими определениями, которые ● для взаимодействия с другими циф- ● механизмы автоматического обна- хранятся и управляются в репозитории. ровыми двойниками, возможно, раз- ружения базового объекта в сети для Другие экземпляры можно настроить ных поставщиков; установления соединения с его циф- для различных приложений: например, ● для взаимодействия с соответствую- ровым двойником; автономные экземпляры для моделиро- щим базовым объектом для облегче- ● механизмы обнаружения других вания и онлайн-экземпляры для удалён- ния сбора информации от объекта и цифровых двойников для установ- ного мониторинга. В последнем слу- контроля над ним; ления связи между ними; чае информация будет обновляться по ● взаимодействующие с другими ис- ● стандарты подключения для облег- сравнению с её аналогом из реального точниками информации для обога- чения взаимодействия между постав- мира, чтобы отражать достоверные све- щения и синхронизации контента щиками. дения о реальном мире («наземная прав- цифровых двойников. Развёртывание. Цифровые двойни- да»). Иногда цифровой двойник может В отношении API-интерфейсов досту- ки могут быть развёрнуты в диапазоне быть развёрнут рядом с реальным ана- па к информации должны быть при- от периферии до облака в зависимости логом для выполнения мониторинга от требований приложения. Решение или анализа реального объекта-анало- 38 обычно основывается на таких факто- га на месте, чтобы обеспечить обратную рах, как: связь (почти) в реальном времени для ● требования к задержке и времени от- оптимизации работы актива. клика; Безопасность: взаимодействие циф- ровых двойников с разными объектами WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ имеет разные угрозы для безопасности. ● механизмы и стандарты для обеспе- представляющие ценность для органи- Необходимо принять различные клю- чения функциональной совместимо- зации». Цифровые активы не считают- чевые решения относительно развёр- сти цифровых двойников с базовыми ся обязательно физическими. тывания цифровых двойников: источниками информации. ● механизмы для защиты доступа к Деятельность с открытым исходным Стандарты и практики кодом также становится всё более и контенту одного цифрового двойни- более популярной. В проекте Eclipse ка, например, посредством управле- Существуют различные мероприятия BaSyx [6] предлагаются первые ком- ния доступом на основе ролей; по стандартизации цифровых двойни- плекты разработки программного обе- ● механизмы для безопасного доступа ков, даже если они прямо не называются спечения (SDK), средства просмотра и к отдельным цифровым двойникам «цифровыми двойниками». IEC 62832 – редакторы для разработки цифровых от разных поставщиков, составляю- это хорошо зарекомендовавший себя двойников, соответствующие специ- щих сложные цифровые двойники; стандарт, который определяет струк- фикации Asset Administration Shell. ● механизмы для обеспечения взаимо- туру цифровой фабрики с представ- В рамках Eclipse IoT [7] Eclipse Ditto в действия с базовым объектом через лением активов цифровой фабрики сочетании с Eclipse Vorto предлагает его цифрового двойника; в её центре, хотя он и не называется универсальную структуру цифровых ● методы обеспечения подлинности цифровым двойником. ISO/IEC JTC1 двойников. информации, моделей и других ме- представил отчёт о технологических таданных, таких как идентификаци- тенденциях своей объединённой кон- Помимо классических организа- онные данные других сторон и их сультативной группы по новым техно- ций по разработке стандартов (SDO), криптографические ключи, а также логиям и инновациям (JETI). В отчёте таких как Международная организация их права доступа и привилегии; «Цифровой двойник» был определён по стандартизации (ISO) и Междуна- ● методы безопасного развёртывания как область номер один, требующая родная электротехническая комиссия цифровых двойников и обеспечения углублённого анализа, где JETI также (IEC), другие консорциумы в контексте выполнения правильных, неизменён- рассматривает возможность налажи- IoT, такие как W3C Web of Things (WOT), ных версий программного обеспе- вания сотрудничества с сообществом работают над спецификациями циф- чения для повышения надёжности открытого исходного кода [2]. рового представления вещей. решения, которое может помочь за- щитить интеллектуальную собствен- В 2019 году Консультативная груп- Цифровой двойник ность в определённых типах цифро- па ISO/TC 184 отметила, что в ИСО нет в применении вых двойников; «основанной на стандартах основы для ● методы, если это уместно, для помо- архитектуры данных “цифрового двой- Цифровой двойник в производстве щи в разрешении споров, если по- ника”» [3]. В результате была сформи- Коммерческий самолёт состоит из требуется установить происхожде- рована группа для изучения формали- ние или время получения какой-либо зации цифровых двойников. Кроме многих комплектующих, таких как дви- информации. того, в 2019 году Ассоциация стандар- гатели, шасси и авионика. В результа- Интероперабельность – это «способ- тов IEEE инициировала проект IEEE те цифровой двойник самолёта пред- ность двух или более систем или при- P2806, целью которого является опреде- ставляет собой композицию двойников ложений обмениваться информацией ление системной архитектуры цифро- этих частей. Авиакомпании – это опе- и взаимно использовать информацию, вого представления физических объек- раторы, которые обычно покупают которая была обменена». Международ- тов в заводских условиях. Аналогичный или арендуют самолеты у компании, ные стандарты или взаимно согласо- подход используется в концепции про- отвечающей за все самолеты. В резуль- ванные протоколы связи необходимы изводства цифровых двойников ISO/ тате ответственность за цифровой для определения синтаксиса информа- AWI 23247 в рамках ISO TC 184/SC4/ двойник самолёта на момент достав- ции, семантики информации, ожида- WG15. Эта структура позволяет исполь- ки будет нести производитель само- емого поведения и политик обмена зовать PnP для двойных элементов, уде- лёта. Производитель, в свою очередь, информацией для обеспечения функ- ляя основное внимание интерфейсам и будет полагаться на двойники основ- циональной совместимости [1]. Необ- функциям цифровых двойников. ных деталей, таких как двигатели OEM- ходимо принять различные ключевые производителя. Эти двойники должны решения в отношении аспектов функ- Немецкая платформа Industrie 4.0 иметь возможность взаимодействовать циональной совместимости цифровых запустила Asset Administration Shell [4] на одной или нескольких, но совме- двойников. Например: как реализацию цифрового двойника стимых платформах. Со временем эти ● механизмы и стандарты для обеспе- для интеллектуального производства, двойники должны поддерживаться в чения совместимости нескольких IEC PAS 63088. Этому способствовало рабочем состоянии. цифровых двойников друг с другом; партнёрство между Францией, Итали- ● механизмы и стандарты для обеспе- ей и Германией по этому вопросу [5]. Что касается ценности для бизнеса, чения взаимодействия различных цифровой двойник самолёта помога- приложений с цифровыми двойни- ISO TS 18101-1 «содержит требова- ет с профилактическим обслужива- ками; ния, спецификации и рекомендации нием, эффективностью эксплуатации ● механизмы и стандарты для обеспе- по архитектуре независимой от постав- (например, топливной экономично- чения функциональной совместимо- щика промышленной цифровой экоси- стью) и выработкой стратегий обслу- сти цифровых двойников с их базо- стемы» с упором на функциональную живания активов. Учитывая, что срок выми объектами; совместимость в нефтегазовой отрас- службы самолета часто составляет ли. В этом контексте цифровой двой- несколько десятков лет, а стоимость ник определяется как «цифровой актив, обслуживания в течение всего срока на котором могут выполняться услуги, службы может превышать первоначаль- ную стоимость самолета, наличие циф- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 39

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Цифровой двойник на уровне предприятия Оборудование Цифровой двойник Цифровой двойник Оборудование #N. для заводских на уровне процесса X на уровне процесса Y Цифровой двойник стандартов Решение совместимости Оборудование #2. Оборудование #2. Стандарты Поведенческое Физическая совместимости моделирование модель блоков цифровых и обновление Цифровой двойник Цифровой двойник Оборудование #N. Цифровой двойник двойников Дата и обработка информации (шлифование) (пеллетная печь) ……. DT-оборудование Стандарты для стандартов совместимости функциональной оборудования совместимости систем управления предприятием Оборудование #1. Оборудование #2. Оборудование #N. Система управления Система управления ……. Система управления Рис. 11. Цифровой двойник в процессе укладки на поддоны торинга подземных скважин представ- ляет собой составную систему; модель ровых двойников является решающим ● связь между цифровыми двойниками бурения состоит из четырёх уникаль- преимуществом. и существующими системами управ- ных независимых элементов, каж- ления; дый из которых представляет собой Цифровой двойник составной цифровой двойник. Это в энергетике и ЖКХ ● цифровой двойник на уровне про- недра, ствол скважины, буровая уста- цесса, который будет управлять обо- новка и наземное оборудование. Недра, В процессе окомкования эффектив- рудованием в рамках процесса; в свою очередь, включают в себя окру- ный контроль печного оборудования и жающую геологию, коллектор и около- установки необходим для достижения ● цифровой двойник на уровне заво- скважинные образования. Чтобы полу- высокого уровня производительности да, который будет контролировать чить целевые функции для выполнения печи, энергоэффективности и соответ- все операции завода. во время строительства скважины, эти ствия требованиям качества. При рассмотрении требований к четыре интегрированных первичных элемента данных являются примерами Как показано на рис. 11, цифровой интероперабельности необходимо учи- того, что необходимо смоделировать: двойник печи для окомкования рабо- тывать стандарты интероперабельно- ● траектория ствола скважины; тает в тандеме с распределённой систе- сти для связи между блоками, как пояс- ● физика бурильной колонны; мой управления предприятием. Затем няется ниже. ● контроль давления (свойства буро- этот цифровой двойник используется для непрерывной оптимизации рабо- В этом сценарии цифровые двойни- вого раствора); ты в режиме реального времени, пред- ки приносят следующие преимущества ● состав и целостность коллектора лагая оператору оптимальные устав- для бизнеса: ки. Цифровой двойник включает в себя ● оптимизация в режиме реального (вблизи ствола скважины). предварительную обработку данных и Мониторинг скважин и датчики буро- информации, имитационную модель времени контролирует ключевые вой установки в сочетании с возмож- поведения оборудования (как на осно- параметры управления, обеспечи- ностями искусственного интеллекта ве данных, так и на основе расчётов вая снижение расхода топлива на резервуара, которые сканируют огром- физики), а также самообучающиеся 2% и улучшение производительно- ные объёмы геологических и истори- модули и решения (которые оптимизи- сти на 3%; ческих данных о добыче в экземпляре руют входные данные с учётом ограни- ● вычисление в режиме реального вре- цифрового двойника, обеспечивают чений процесса, качества, безопасно- мени различных параметров каче- оперативный контроль и взаимодей- сти и окружающей среды). Цифровой ства, таких как прочность на сжатие ствие между подземным резервуаром двойник использует как программные окатышей, и рабочих параметров пе- и наземными сооружениями. Цифро- модели, основанные на данных более чи, таких как температура слоя, помо- вой двойник мониторинга подземных 7000 датчиков, так и физические сен- гает операторам принимать быстрые скважин развивается в течение жизнен- соры для прогнозирования неизвест- и точные решения без необходимо- ного цикла скважины, чтобы учитывать ного расхода, температуры и состава сти проведения лабораторных проб- дополнительные варианты использова- рециркулируемых газов. ных испытаний. ния в процессе добычи, обслуживания и ликвидации. Цифровые двойники для сталелитей- Цифровой двойник Цифровой двойник для мониторинга ного завода будут включать: в нефтегазовой сфере подземных скважин предлагает следу- ● цифровой двойник на уровне обору- ющие преимущества для бизнеса. Цифровой двойник подземно- ● Он обеспечивает механизм оценки дования, который управляет каждой го мониторинга скважины для жиз- стратегий по снижению затрат, оп- единицей оборудования; ненного цикла нефтяной скважины тимизации эксплуатации скважин и ● подблоки, которые позволят исполь- начинается на этапе разведки, когда добычи ископаемых. Эти цифровые зовать цифровой двойник на уровне при запуске скважины используются оборудования здания; имитационные модели, основанные на сейсмических и других геологиче- ских данных. Цифровой двойник мони- 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ двойники обеспечивают лучшее по- помогает принимать ключевые реше- гут использоваться в регрессных за- нимание финансовых, технических ния. явлениях. и эксплуатационных параметров для ● Они реализуют весь потенциал руд- ● Плохое качество продукции может управления скважинами в режиме ре- ников, чтобы свести к минимуму по- быть обнаружено напрямую, что пре- ального времени. тери предприятия из-за проблем с об- дотвратит выполнение дальнейших ● Цифровой двойник подземного мо- служиванием оборудования. дорогостоящих производственных ниторинга скважин может улучшить ● Их применение повышает точность операций. общий индекс целостности скважин планирования, что, в свою очередь, ● Анализ качества продукции и пред- и процессы строительства скважин, способствует переходу к монито- шествующих производственных поддерживая разработку эффектив- рингу, в большей степени основан- параметров позволяет получить ных и гибких рабочих процессов ному на состоянии, и, в конечном дополнительные знания о произ- строительства скважин и облегчая счете, к прогнозному мониторин- водстве. принятие решений в отношении наи- гу активов. ● Общее качество продукции может более выгодных альтернатив развед- ● Это снижает общую стоимость за счёт быть улучшено за счёт интеллекту- ки, бурения и добычи. большей прозрачности состояния ак- ального моделирования производ- тивов и графиков технического об- ственных параметров. Цифровой двойник служивания. в горной работе Заключение Цифровой двойник Цифровой двойник для горнодо- в автоматизации процессов Хотя большинство компаний пред- бывающей деятельности с упором на лагают использовать цифровые двой- состояние обрабатывающих активов Цифровой двойник партии химиче- ники как часть своей стратегии по включает информацию, необходимую ского продукта объединяет всю необ- развитию Интернета вещей, понятие для принятия наилучших решений в ходимую информацию о партии про- цифровых двойников существовало отношении технического обслужива- дукта. Интересующая информация до IoT под другими именами и опреде- ния, будь то на основе состояния или на представляет собой производствен- лениями. В результате появились раз- основе прогнозов. Кроме того, он пре- ные параметры (такие как температу- ные интерпретации цифровых двой- доставляет информацию для определе- ра, давление и влажность) во время про- ников, обусловленные вариантами ния приоритетов планирования рабо- изводства конкретной партии. использования, в которых цифровые чих заданий на основе параметров и двойники играют определённую роль. показателей фактического состояния Цифровой двойник предоставляет Несмотря на то что набор решений, активов. информацию для мониторинга соот- с которыми сталкиваются архитекто- ветствующих аспектов (вязкость, значе- ры при проектировании различных Цифровой двойник состояния обра- ние pH и агрегатное состояние) текуще- цифровых двойников, пересекается, батывающих активов используется во го состояния продукта. На основе этих такое различное понимание цифро- всём бизнесе, и поэтому ему требует- данных можно проводить моделиро- вых двойников является препятствием ся доступ к различным системам, что- вание в целях прогнозирования опти- введению общих абстрактных архи- бы гарантировать, что отображаемая мальных производственных параме- тектур для цифровых двойников и их информация является точной и акту- тров дальнейших этапов обработки, положению в промышленных систе- альной для актива и уровня детализа- чтобы гарантировать запланирован- мах. ции, который интересует пользователя. ное качество продукта. В этой статье был сделан шаг к тому, Этот цифровой двойник взаимодей- Изменения в свойствах продукта чтобы дать конкретное определение ствует: могут быть зарегистрированы в базе цифрового двойника с точки зрения ● с системами управления активами данных временны′ х рядов, что позво- промышленного интернет-консорци- ляет отследить превышение крити- ума (IIC), и рассмотрены сценарии, предприятия (EAM); чески важных для качества значений в которых цифровой двойник игра- ● локальным архивариусом и архива- до времени и места и, таким образом, ет важную роль в повышении эффек- определить причину таких изменений. тивности текущих вариантов исполь- риусом всего предприятия; Эти функции делают цифровой двой- зования и обеспечении возможности ● IT-системой заказчика; ник продукта ключевой частью процес- появления новых. Перечисленные ● существующими системами управ- са управления качеством. технические аспекты и решения по проектированию цифровых двойни- ления. Поскольку цифровой двойник пар- ков закладывают основу для дальней- В этом сценарии цифровые двойни- тии химического продукта даёт пред- шей работы по включению цифровых ки приносят следующие преимущества ставление об истории данных этой двойников в Эталонную архитектуру для бизнеса. партии, он может быть доставлен поку- промышленного Интернета (IIRA). ● Возможность улучшить среднее вре- пателю в дополнение к реальному про- Поскольку безопасность и функцио- мя безотказной работы в соответ- дукту. Собранные данные помогают нальная совместимость являются дву- ствии с методами управления эф- клиенту на дальнейших этапах обра- мя важными качественными харак- фективностью активов рудника. Это ботки или конечного использования. теристиками цифровых двойников, достижимо благодаря тому, что ин- будет проведена дальнейшая работа формация привязывается к реаль- В этом сценарии цифровые двойни- по предложению средств для реали- ному времени сильнее, чем это было ки приносят следующие преимущества зации этих характеристик. возможно ранее. Вместе с ключевой для бизнеса. информацией из системы EAM раз- ● Прозрачность и прослеживаемость личная системная информация объ- единяется в цифровом двойнике, что производственных параметров мо- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 41

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Барометр-гигрометр-термометр с батарейным питанием на базе MEMS-датчика BME280, микроконтроллера EFM8SB10F8 и ЖКИ-модуля H1313. Часть 2 Алексей Кузьминов (г. Москва) элемент массива (ret.b[3]) не использу- ется, поэтому он должен быть обнулён. Это вторая часть статьи о барометре-гигрометре-термометре на базе MEMS-датчика BME280 (компании Bosch Sensortec), нового ret.b[3] = 0x00; микропотребляющего 51-совместимого микроконтроллера (МК) outspi(BME280_REG_PRESS_MSB - 1); EFM8SB10F8 (Silicon Laboratories) и ЖКИ-модуля H1313 //адрес 0xF6 на базе контроллера HT1616 (Holtek). В этой части рассмотрены ret.b[2] = inspi(); //содержимое 0xF7. программирование и конструктивные особенности прибора. ret.b[1] = inspi(); //содержимое 0xF8. ret.b[0] = inspi(); //содержимое 0xF9. 1-я часть статьи закончилась на рас- чтобы, с одной стороны, иметь воз- adc_P = (ret.dw >> 4) & 0xFFFFF; смотрении проблемы с потерей содер- можность работы с 4-байтным чис- . жимого регистра с адресом 0xF7. Реше- лом (например, ADC_P) для расчётов . ние проблемы можно осуществить давления по формулам, приведённым в . двумя способами. Первый способ – справочном листке (с учётом калибро- после выполнения подпрограммы вочных коэффициентов), с другой – Таким образом, прочитав все три бай- записи адреса 0xF7 сразу же прочитать производить однобайтное чтение та, можно получить правильные пока- содержимое SPI0DAT (это и будет содер- по интерфейсу SPI (он, как известно, зания АЦП (ADC_P) из числа ret.dw. жимое адреса 0xF7), а затем уже осуще- однобайтный). Такое совмещение при- Остальные 6 байт для температуры и ствить чтение подпрограммой чтения, водит к тому, что массив из 4 однобайт- влажности читаются аналогично. в результате чего получим содержимое ных чисел b[3] и одно 4-байтное чис- адреса 0xF8, и далее прочитать осталь- ло dw перераспределяют одно и то Кстати, в справочном листке BME280 ные байты стандартным образом. же место в памяти. Другими словами, в качестве примера приведена после- массив b[3] строго определяет число довательность (по времени) много- Второй способ состоит в том, что вна- dw, и наоборот, dw строго определя- кратного чтения по SPI (SPI multiple чале следует записать (подпрограммой ет массив b[3]. Это совмещение при- byte read), как раз начиная с регистра записи) не адрес 0xF7, а адрес на едини- ведено ниже. с адресом 0xF6 (figure 13 из datasheet). цу меньше, т.е. адрес 0xF6, а затем уже С учётом вышесказанного на рис. 1 при- прочитать все 9 байт. Оба способа, как union { ведён этот рисунок со скорректирован- выяснилось, работают, однако второй, uint8_t b[3]; ными адресами. по мнению автора, более предпочтите- uint32_t dw; лен, поскольку он позволяет воспользо- }ret; Теперь по поводу вывода информа- ваться стандартными подпрограммами ции на ЖКИ. Подобный ЖКИ ранее чтения и записи по SPI. Ниже приведён Ниже приведён фрагмент основ- применялся в стационарных теле- фрагмент основной программы, где ной программы, в котором осущест- фонных (и кассовых) аппаратах, при- показано, как это сделать. вляется чтение начиная с адреса 0xF6 ставках для АОН и других устройствах. (BME280_REG_PRESS_MSB – 1), т.е. на Выпускался он в огромных количе- Во-первых, вначале следует уста- единицу меньше адреса старшего бай- ствах. Названий у этого ЖКИ также новить совмещение (объединение) та давления (в начале программы уста- очень много: КО-4B, КО-4В2, HT1611, 4-байтного числа (uint32_t dw) с новлена директива #define BME280_ HT1613, НТ1616 и др. О его программи- массивом из 4 однобайтных чисел REG_PRESS_MSB 0xF7). Самый старший ровании подробно написано в справоч- (uint8_t b[3]) с 4 элементами: b[0], b[1], ном листке на контроллер, например, b[2] и b[3]. Это совмещение требуется, HT1616C (Timer with Dialer Interface, компании Holtek). Хотя выпуск это- Control byte Data byte Data byte го ЖКИ давно прекращён, его легко Register address (F6h) купить (например, на Авито и др. подоб- Start RW Data register - address F6h F7h Data register - address F7h F8h Stop ных ему сайтах). Кроме того, можно 11011 также легко купить б/у приставку для CSB 1 CSB АОН (не дороже 100–300 руб.) и изъять =1 0 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 = из неё этот ЖКИ. В ЖКИ встроены часы, 0 1 Рис. 1. Последовательность многократного чтения по SPI (адреса скорректированы) 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ которые могут показывать время (часы, исходит точно так же, как это приня- выводимых цифр (эти коды приведе- минуты и секунды) при определённом то для портов МК. Например, для бит ны в справочном листке (datasheet) на состоянии управляющего сигнала HK DI и CLK, выводимых с портов P0.1 и контроллер): (см. рис. 1 первой части статьи), одна- P0.2 соответственно, эта адресация ко этот режим в приборе не использу- приведена ниже. code uint8_t M[12]= ется (но такая возможность сохранена). Программируется этот ЖКИ достаточ- sbit DI = P0^1; {//”0” “1” “2” “3” “4” “5” но просто, однако, на взгляд автора, sbit CLK = P0^2; имеются две проблемы, вызывающие “6” “7” “8” “9” blank “-” некоторые затруднения в программи- Если назначить какой-либо байт, ровании на C51 вывода информации например, BYTEIO из области bdata, 0x0a,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x0 на этот дисплей. Первая проблема: как и конкретный бит BITIO, как, напри- программно вывести байт через какой- мер, 7-й бит BITEIO, то такое назначе- 6,0x07,0x08,0x09,0x00,0x0f}; либо порт МК, вторая – каким образом ние на C51 будет выглядеть так: получить десятичные цифры для выво- Если внимательно приглядеться к да на ЖКИ, например, 16-разрядного bdata uint8_t BYTEIO; этому массиву, то можно обнаружить, числа. sbit BITIO=BYTEIO^7; что код того или иного элемента мас- сива соответствует его номеру в масси- Вначале о 1-й проблеме. Она может Если теперь присвоить выводимо- ве, или, другими словами, его индексу быть решена двумя способами. Пер- му через порт P0.1 биту DI значение (например, i, в массиве M[i]). Напри- вый способ – использовать аппарат- BITIO, простробировать каждый выво- мер, код цифры «0» (0x0a) содержит- ный SPI и подпрограмму вывода по SPI димый бит сигналом CLK (изменяя его ся в 0-м элементе массива, код чис- для BME280, рассмотренную ранее. Но в значение с лог.0 на лог.1 и обратно ла «5» (0x05) – в 5-м элементе и т.п. этом случае в связи с разными скоростя- с задержкой 10 мкс) и сдвигать байт Таким образом, если требуется вывести, ми обмена для BME280 (5 Мбод) и ЖКИ BYTEIO циклически влево на 1 бит например, цифру «5», то, задав индекс (максимум 0,5 Мбод, т.е. на порядок командой _crol_(BYTEIO,1), то для i = 5, получим М[5], что соответствует меньше), а также разными настройками вывода всего байта получим следую- выводимой «пятёрке». (в частности, полярности и фазы), при- щую достаточно простую процедуру дётся каждый раз при выводе инфор- (т.е. подпрограмму «ручного» выво- Для того чтобы из выводимого числа мации на ЖКИ и BME280 изменять эти да байта): получить цифры для вывода на ЖКИ, настройки, что очень неудобно. можно воспользоваться оператором void OUTBLCD(uint8_t OUTB){// sprintf [параметры], используемым Второй способ – вывести байт в Вывод байта в ЖКИ для «печати» информации. Этот опе- ЖКИ «вручную», т.е. программным uint8_t j; ратор работает так же, как и оператор способом. Каким образом это мож- BYTEIO=OUTB; printf [параметры], используемый для но сделать достаточно просто? Как for (j=0;j<8;j++){ распечатки данных на мониторе ком- ни странно, но на ассемблере такой DI=BITIO; пьютера, выводимых через интерфейс вывод не вызывает затруднений. Если CLK=1; RS-232 (COM-порт). В отличие от опе- имеется байт, и его требуется вывести DEL10US(); ратора printf, который посылает дан- последовательно через какой-либо CLK=0; ные на COM-порт компьютера, опе- порт, например P0.1, то такая проце- DEL10US(); ратор sprintf помещает эти данные в дура хорошо известна: байт сдвигает- BYTEIO=_crol_(BYTEIO,1); специальный буфер (массив) в памя- ся влево через бит переноса C, в кото- } ти МК. Этот буфер указывается в пара- ром появляется старший бит байта, т.е. } метрах sprintf. 7-й бит. Далее порту P0.1 присваива- ется значение бита переноса C, и для Теперь о том, как получить десятич- В качестве примера рассмотрим записи в периферийное устройство ные цифры для вывода 16-разрядно- вывод на ЖКИ идентификационного (ЖКИ) он стробируется импульсом го числа. номера (ID) BME280, который равен CLK через какой-либо второй порт, 60h (58h в BMP280). Пусть считан- например, P0.2. Для передачи сле- Пусть имеется 16-разрядное чис- ный из BME280 идентификационный дующего бита байт сдвигается вле- ло, например, давление P, которое в номер расположен в однобайтовой во ещё раз, в C попадает уже 6-й бит, результате расчётов по формулам для переменной CHID. Заведём два масси- и эта процедура повторяется 7 раз, BME280 равно 751 мм рт. ст. В МК это ва: 1-й (buf[5]) – для вывода пяти байт пока не выведется весь байт. Но в C51 число представлено в двоичном виде, в ЖКИ (что соответствует выводу всех нет такого понятия, как бит перено- что в 16-ричном виде соответствует десяти знакомест, каждое из которых са C. Как здесь быть? К счастью, в C51 числу 0x02ef. Как получить цифры «7», состоит из полубайта или тетрады), имеется «лазейка», которая позволя- «5» и «1» из этого числа и как их выве- 2-й (bufTP[7]) – для получения чисел ет вывести байт подобным образом. сти на ЖКИ? Эта задача решается так- для давления (3 цифры), влажности Здесь необходимо напомнить, что в же достаточно просто. (2 цифры) и температуры (2 циф- области памяти МК EFM8SB10 есть 16 ры), т.е. всего 7 цифр. Для ID требу- байт с побитовой адресацией (нам Для этого в области памяти про- ется только 2 цифры, так что можно хватит и одного). Эта область памяти грамм (code) необходимо завести мас- воспользоваться этим же массивом именуется как bdata. Адресация каж- сив M[12], состоящий из 12 элементов, (bufTP[7]). дого бита байта из области bdata про- коды которых соответствуют кодам Вначале обнуляем массив buf. Затем «печатаем» CHID-оператором sprintf в формате двух 16-ричных цифр в bufTP. После этого необходимо изба- виться от «тройки» в старшем полубай- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 43

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 2. Общее меню конфигуратора } точно прост, в связи с чем занимает buf[4]= _crol_ небольшую память программ (code) и те каждой цифры, так как оператор (M[bufTP[0]],4)+M[bufTP[1]];// оперативную память данных (data) – sprintf выводит цифры в коде ASCII, Формируем 5-й байт см. далее. в котором каждая цифра состоит из for (i=0;i<5;i++){ двух полубайт: в старшем полубай- OUTBLCD(buf[i]); //Выводим 5 Перейдём теперь к процедуре ини- те выводится «3», а в младшем – сама байт в ЖКИ циализации всех устройств МК. Эта цифра. Например, цифра «5» коди- } процедура намного проще написания руется как 0x35, «0» – как 0x30 и т.п. программы на C51, однако именно Для этого все элементы массива bufTP В результате в правой части ЖКИ она определяет полное функциониро- логически умножаем на 0x0f, т.е. обну- появится идентификационный номер вание всего МК. Инициализация осу- ляем старший полубайт. Далее с помо- BME280 «60» (или «58» для BMP280). ществляется в среде Simplisity Studio щью оператора циклического сдвига v.4 в специальном режиме конфигу- влево (_crol_ )на 4 двоичных разря- Для того чтобы «напечатать» рации. да формируем два полубайта послед- 3 цифры давления (press), 2 цифры него (5-го) байта массива buf (buf[4]), влажности (hum) и 2 цифры темпе- В общем меню конфигуратора в которых и содержится идентифи- ратуры (temp), необходимо исполь- (рис. 2) в настройке нуждаются только кационный номер. И наконец, выво- зовать оператор sprintf следующе- те устройства, которые отмечены «гал- дим все 5 байт в ЖКИ вышеприведён- го формата: ками» (остальные устройства по умол- ной подпрограммой OUTBLCD(). Код чанию отключены). на C51 представлен ниже. sprintf (bufTP,”%3u%2u%2u”,press, hum,temp); При нажатии соответствующей //------------------------------- кнопки в меню справа будет отражать- ----------- Кроме того, если температура отри- ся окно, в котором нужно выбрать те uint8_t CHID,i,buf[5],bufTP[7]; цательная, то перед числом тем- или иные параметры. При нажатии //------------------------------- пературы необходимо поставить кнопки Clock Control необходимо ----------- знак минус (код 0x0f) – это послед- выбрать Low Power Oscillator и уста- for (i=0;i<5;i++){//Обнуляем buf ний (12-й) элемент массива M[12], новить делитель для системной так- buf[i]= 0x00; если положительная, то пробел (код товой частоты в единицу SYSCLK/1. } 0x00) – предпоследний (11-й) эле- При этом значение частоты для sprintf (bufTP,”%-2x”,CHID);// мент массива M[12]. SYSCLK установится на 20 МГц (или Печатаем ID 20 000 000 Гц, рис. 3а). В настройках for (i=0;i<2;i++){ Как видно из вышеизложенно- для SPI (рис. 3б) необходимо раз- bufTP[i] &= 0x0f; //Убираем “3“ го, вывод информации в ЖКИ доста- решить работу SPI (Enabled), уста- новить 3-проводный режим Master (Master 3-wire mode), установить фазу (Clock Phase) и полярность (Clock Polarity), а также выбрать скорость работы, т.е. в данном слу- чае выбрать коэффициент деления SYSCLK (SPI0CKR) равным едини- це. В этом случае частота импульсов SCK установится равной 5 МГц, т.е. в 2 раза меньше максимальной часто- ты импульсов SCK для BME280 и МК EFM8SB10 (10 МГц), т.е. с 2-кратным запасом. В опциях Interrupts, Supply Monitor и Voltage Regulators необхо- димо установить запрет (disable), а в опции PCA – запрет работы Watchdog Timer’у (в связи с простотой подроб- ности не показаны). Нажав кноп- ку PMU, необходимо выбрать раз- решение выхода из sleep-режима по тревожному сигналу от тайме- ра RTC (Enable RTC alarm Wake-up Source), отмеченное синим цветом на рис. 3в. Это очень важный момент. Если этого не сделать, то после входа в sleep-режим программа «зависнет». И последнее, что необходимо сде- лать, – это настроить параметры рабо- ты RTC в соответствии с рис. 3г. Здесь надо добавить, что при работе счёт- чика RTC от внутреннего микромощ- 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ а б в дг Рис. 3. Конфигурирование устройств МК а – выбор системной тактовой частоты (SYSCLK), б – выбор режима работы SPI, в – настройка PMU, г – настройка RTC, д – настройка портов МК (DefaultMode PortI/O) ного НЧ-генератора LFOSC0 частотой автоматически сбрасывает (обну- порты отмечены красными крестика- около 16 кГц этот счётчик будет счи- ляет) содержимое таймера RTC по ми. Порты Р0.1, P0.2 и P0.3, подключа- тать каждый поступивший импульс не достижению максимального значе- емые к ЖКИ, настроить как цифровые нулевым, а 1-м битом, или, другими ния (5 минут), т.е. RTC после обнуле- выходы (Digital Push-Pull Output) со сла- словами, содержимое RTC будет уве- ния не останавливается, а продолжает бым токовым выходом (Low drive). При личиваться на единицу так, как будто работу сначала. Кроме того, необхо- этой опции потребление тока портом к RTC подключён кварцевый резона- димо разрешить работу RTC (Enable существенно снижено. Для наглядности тор частотой 32 кГц. То есть RTC будет RTC oscillator) и запустить его (RTC в правой части рис. 3д показана конфи- считать в 2 раза быстрее. Поэтому, Timer Run Control – Start). гурация порта P0.2, отмеченного на кор- выбрав программированное значение пусе (слева сверху) чёрным прямоуголь- тревожного сигнала для RTC (Alarm Далее необходимо перейти в режим ником. Порты SPI P0.7(SPI0_SCK), P1.1 Programmed Value), равное 10 000 000, настройки портов (Default Mode (SPI0_MOSI) и порт P1.2 (11-й вывод, которое соответствует периоду PortI/O). На экран выведется кор- CSB) также настроить как Digital Push- в 10 минут (Actual Alarm Period – пред- пус МК с портами (рис. 3д). Опция- Pull Output, a порт P1.0 (SPI0_MISO) – последняя строчка в окне рис. 3г), ми skip (пропуск) необходимо «пере- как цифровой вход (Digital OpenDrain получим, что этот период на самом двинуть» порты интерфейса SPI I/O), т.е. выход с открытым стоком деле будет равен 5 минутам. Также (SPI0_SCK, SPI0_MISO и SPI0_MOSI) в пра- (и со слаботоковой подтяжкой – Pull- необходимо разрешить сам тревож- вую часть корпуса, чтобы их легче было ups Enabled). ный сигнал от RTC (Enable RTC Alarm) соединить с BME280 – так, как это пока- и авто-ресет RTC по Alarm’у (Enable зано на принципиальной схеме устрой- После того как произведена настрой- Alarm Auto-reset). Опция авто-ресет ства из 1-й части статьи (и на развод- ка (конфигурация) всех устройств МК, ке – см. далее рис. 4а). «Пропущенные» необходимо нажать кнопку с двойной СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 45

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Finished building target: EFM8SB10F8G-A-QFN24.omf аб Из этого сообщения следует, что про- грамма использует практически всю вг внутреннюю оперативную память Рис. 4. Разводка и общий вид платы устройства (data = 116,1 байт), размер которой а, в – вид со стороны расположения компонентов, б, г – вид с обратной стороны 128 байт, внешняя дополнительная оперативная память с непрямой адре- аб сацией размером 512 байт не исполь- зуется (xdata = 0), а размер кодовой вг части программы составляет около 5 кБ (code = 5066), т.е. укладывается в макси- Рис. 5. Разводка и общий вид платы стабилизатора 1,5 В мальный размер программной памяти а, в – вид со стороны расположения компонентов, б, г – вид с обратной стороны для этого МК, равный 8 кБ. дискетой в левой верхней строке меню в открывшемся окне – подопцию Build И последнее, что следует добавить всего экрана, чтобы записать эту кон- Project. После трансляции создаст- по поводу программных средств. фигурацию на диск. ся файл EFM8SB10F8G-A-QFN24.hex, В Интернете можно найти массу при- о котором уже упоминалось в начале боров с датчиками BME280 и BMP280, При этом на C51 сгенерируется текст этого раздела статьи, а в нижней части которые показывают давление P, влаж- программы инициализации устройств экрана в специальном окне, отражаю- ность H и температуру T с точностью InitDevice.c (чтобы написать её вруч- щем результат трансляции, будет сле- до десятых и даже до сотых долей соот- ную, да ещё без ошибок, а это несколь- дующее сообщение: ветствующих физических величин, ко страниц текста на C51, уйдёт не один т.е. до 0,01 мм рт. ст., 0,01% и 0,01°C соот- день), к которой будет обращение из Program Size: data=116.1 xdata=0 ветственно. Такую точность измерения основной программы в самом начале const=0 code=5066 действительно обеспечивает 20-разряд- её работы. После этого основную про- LX51 RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), ный АЦП, встроенный в BME280. Одна- грамму необходимо оттранслировать, 0 ERROR(S) ко погрешность измерения самих дат- выбрав в меню экрана опцию Project и чиков P, H и T (встроенных в BME280) составляет до 2 (а то и более) целых единиц соответствующих физиче- ских величин (± 2 мм рт. ст., ± 2–3% и ± 2°C), не говоря уже о десятых и тем более сотых долях. Это автор обнару- жил, наблюдая за показаниями двух идентичных приборов, стоящих рядом. В связи с этим на экран ЖКИ програм- мой выводятся именно целые числа, показывающие давление, влажность и температуру. Такое положение вещей позволяет отказаться от использова- ния библиотеки с плавающей запя- той, «отъедающей» более 3 кБ памяти МК, для расчётов P, H и T с точностью до 0,01 единиц соответствующей физи- ческой величины, поскольку такая точ- ность является бессмысленной. Разводка плат устройства и их внешний вид Разводка основной платы устрой- ства сделана автором с помощью про- граммы SprintLayOut v.6, файл разводки в формате *.lay6 приведён в дополни- тельных материалах к статье на сайте журнала. Из рисунков разведённой пла- ты и её внешнего вида (рис. 4) можно заключить, что её разводка очень про- ста, а сама плата миниатюрна (размер всего 16×18 мм). Здесь следует добавить, что при программировании МК с помо- щью USB DEBUG адаптера по интерфей- 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ аб вг Рис. 6. Конструкция прибора а – с модулем BME280 и двумя батарейками AAA FR03, б – с модулем BMP280, батарейкой CR2477 и стабилизатором 1,5 В, в – общий вид прибора с BME280 в сборе, г – показание прибора с BMP280 су C2 припаивать разъём для его про- в свою очередь, приклеена к плате горизонтали) диаметром 4 мм и рас- граммирования с помощью COM-порта ЖКИ такой же лентой. Две мизинчи- стоянием между ними 3 мм. Отверстия компьютера (X2, см. схему подключе- ковые литиевые батарейки FR03 уста- расположены в правой части крышки ния батарейки CR2477 из 1-й части ста- новлены в батарейных отсеках, один из на уровне расположения модулей с тьи) необязательно. Как можно заме- которых приклеен к плате ЖКИ, а вто- BME280 или BMP280 (если смотреть на тить из рис. 4в, на плате этого разъёма рой – к внутренней части этой полови- рис. 6а и рис. 6б) таким образом, чтобы нет, хотя отверстия для его установки ны корпуса такой же лентой. Во втором эти модули обдувались конвективным просверлены. Для оценки масштаба варианте (рис. 6б) основная плата со потоком воздуха наиболее эффективно. (размера) платы рядом с ней положе- вставленным модулем BMP280 анало- на обычная спичка (рис. 4г). гично приклеена к плате ЖКИ. К этой Наибольший ток потребляет ЖКИ – же плате приклеена литиевая батарей- 3 мкА. МК и BME280 в режиме сна Плата стабилизатора 1,5 В (рис. 5) – ка CR2477 с приваренными контактами. потребляют 0,5 мкА и 0,1 мкА соответ- сверхминиатюрна (7×9 мм). Её файл Плата стабилизатора 1,5 В приклеена к ственно. Стабилизатор STLQ015M15R разводки также приведён в дополни- боковой поверхности корпуса (рис. 6б, (DA1, см. схему подключения батарей- тельных материалах к статье на сай- слева снизу). На лицевой поверхно- ки CR2477 из 1-й части статьи) потре- те журнала. сти прибора (рис. 6в) сверху прикле- бляет ток не более 1 мкА (при макси- ена полоска бумаги с напечатанными мальном выходном токе 150 мА). Если Конструкция прибора словами: «Давление Влажность Темпе- не учитывать потребление тока МК и ратура», а снизу – полоска с символами BME280 в активном режиме, который Прибор расположен в корпусе раз- «мм рт. ст. __% __°C», расположенными длится не более 1 мс, что по сравне- мером 84×58×24 мм (ЧАББ), состоящим приблизительно под числами, показы- нию с 5 минутами составляет около из двух половин (рис. 6). В одной из вающими давление, влажность и темпе- 0,00033%, и принять, что максимальное них, более глубокой, установлены все ратуру соответственно. Если в приборе потребление тока прибора составляет компоненты прибора. В этой полови- используется модуль BMP280, то влаж- 5 мкА в час, то за 10 лет это составит не корпуса прорезано окно для ЖКИ. ность, естественно, не показывается около 440 мА (0,44 А). Ёмкость бата- Плата ЖКИ приклеена к внутренней (рис. 6г). реек FR03 и CR2477 составляет 1 А·ч, поверхности этой половины корпуса т.е. в 2 раза больше. Однако срок служ- пористой лентой с двусторонним лип- Задняя половина корпуса (крышка) бы батареек не превышает 10 лет ким слоем. В первом варианте (рис. 6а) прикручивается к передней 4 саморе- (например, на батарейке FR03 напи- основная плата со вставленным моду- зами. Для доступа воздуха к внутрен- сано, что срок её службы – до 2032 г.). лем BME280 приклеена к пластмассо- ней части прибора в крышке сверху и Срок службы батарейки CR2477 также вой пластине пористой лентой с дву- снизу просверлено по 3 отверстия (по не превышает 10 лет. Отсюда следует, сторонним липким слоем, а пластина, СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 WWW.SOEL.RU 47

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 7. Сравнение показаний устройства Рис. 8. Показания прибора при отрицательных температурах с показаниями прибора БM 2 что прибор может непрерывно рабо- Для проверки показания прибора сконструировать простой и недорогой тать до 10 (а то и более) лет. при отрицательных температурах он прибор, измеряющий атмосферное был помещён в морозилку холодильни- давление, влажность и температу- Результаты работы прибора ка примерно на час. Туда же был поме- ру с обновлением информации раз щён уличный термометр (прибор БМ 2 в 5 минут. Сверхнизкое энергопо- Для проверки правильности показа- для этого непригоден, так как показы- требление дало возможность непре- ний устройства автор использовал доста- вает только положительную темпера- рывной работы прибора в течение точно «древний» прибор БМ 2, которо- туру). Как следует из сравнения пока- как минимум 10 лет при питании от му уже более 40 лет и который работает заний двух приборов (рис. 8), уличный двух мизинчиковых литиевых бата- до сих пор (рис. 7). Правда, около 10 термометр показал температуру око- реек FR03 или небольшой литиевой лет назад этот БМ 2 был откалиброван ло –13°C (конец стрелки, обведён- батарейки CR2477 таблеточного типа. с помощью прецизионного анероида и ный синим овалом, расположен око- Использование sleep-режима в микро- прецизионного гигрометра. Как следует ло риски –13°C), а настоящий прибор потребляющем МК EFM8SB10 может из сравнения показаний двух приборов, –12°C. Другими словами, оба прибора найти применение и в других прило- они показывают приблизительно одина- показали близкие значения темпера- жениях (автономных приборах), где ковое давление (746 мм рт. ст.) и обведён- туры. Какой прибор показывает точ- требуется либо измерять какие-либо ное синим кружком место расположения нее, неясно, так как насколько показа- физические параметры в достаточно стрелки, показывающей давление БМ 2 ния уличного термометра такого типа медленно протекающих процессах, (правее риски 745). Показания же влаж- соответствуют действительности (его либо вообще длительное время про- ности несколько различаются: стрелка, погрешность), неизвестно. изводить какие-либо действия через показывающая влажность у БМ 2 (жёл- достаточно большие и строго фикси- тый кружок), расположена правее риски Заключение рованные промежутки времени. При в 50%, а настоящий прибор показывает этом для питания подобных устройств влажность 48%. Что касается температу- Применение МК EFM8SB10 и сопря- вполне возможно использование ком- ры, то оба прибора показывают близкие жённого с ним по интерфейсу SPI пактных батареек небольшой ёмко- значения (23°C у настоящего прибора) и MEMS-датчика BMЕ280, потребляю- сти, способных обеспечить непрерыв- конец красной полоски подкрашенного щих доли мкА в состоянии сна (sleep- ную работу таких устройств в течение спирта у градусника БМ 2 (зелёный кру- режим), совместно с 10-разрядным нескольких лет. жок – около риски 24°C). 7-сегментным ЖКИ H1313 позволили НОВОСТИ МИРА РЫНКАМ ГАДЖЕТОВ И НОСИМОЙ зультате это замедлит как первичные по- сти в экономике, по всей видимости, со- купки смарт-часов и фитнес-трекеров, так хранятся и в заключительном квартале, ЭЛЕКТРОНИКИ ПРЕДРЕКАЮТ и повторное приобретение этих устройств на который обычно приходится пик про- на замену уже имеющимся. даж носимых устройств, спрос останет- ДО 2 ЛЕТ РЕЦЕССИИ ся слабым даже в период предпразднич- В CCS Insight полагают, что в этом го- ных распродаж в конце года» – коммен- Аналитики CCS Insight прогнозируют сни- ду мировые продажи носимых на запястье тирует исследование старший аналитик жение на мировом рынке носимой электро- гаджетов не превысят 215 млн штук, тогда CCS Insight Джеймс Мэннинг Смит (James ники в 2022 и 2023 годах. А рынку смартфо- как в 2021-м на глобальный рынок посту- Manning Smith). нов пророчат спад в течение шести квар- пило порядка 232 млн умных часов и фит- талов подряд. нес-браслетов. Эксперты с пессимизмом оценивают перспективы рассматриваемого рынка и в По мнению специалистов, проблемы в «Инфляция и ограниченные бюджеты 2023 году, также ссылаясь на неблагопри- экономике, которые сопровождаются ро- сказались на рынке носимой электрони- ятную экономическую конъюнктуру. Ожида- стом цен на продукты питания и энергоно- ки в этом году. С учётом того, что трудно- сители, заставят людей сократить расходы на товары не первой необходимости. В ре- 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022