Литература

1. ГОСТ 28.806-90. Качество программных средств. Термины и определения.

2. ГОСТ 50.922-96. Стандартизованные термины и определения в области защиты информации.

3. ГОСТ Р 50992-96. Защита информации. Основные термины и определения.

4. ГОСТ Р 51275-99. Защита информации. Объект информатизации. Факторы, воздействующие на информацию. Общие положения.

5. Гостехкомиссия РФ. Руководящий документ. Автоматизированные системы. Защита от несанкционированного доступа к информации. Классификация автоматизированных систем и требования по защите информации. М.: Воениздат, 1992.

6. Гостехкомиссия РФ. Руководящий документ. Временное положение по организации разработки, изготовления и эксплуатации программных и технических средств защиты информации от несанкционированного доступа в автоматизированных системах и средствах вычислительной техники. М.: Воениздат, 1992.

7. Гостехкомиссия РФ. Руководящий документ. Защита от несанкционированного доступа к информации. Термины и определения. М.: Воениздат, 1992.

8. Гостехкомиссия РФ. Руководящий документ. Концепция защиты средств вычислительной техники от несанкционированного доступа к информации. М.: Воениздат, 1992.

9. Гостехкомиссия РФ. Руководящий документ. Средства вычислительной техники. Защита от несанкционированного доступа к информации. Показатели защищенности от несанкционированного доступа к информации. М.: Воениздат, 1992.

Воронежский институт высоких технологий

УДК 681.3

М.С. Балакирев, Л.Н. Никитин

УСИЛИТЕЛЬ-РЕГЕНЕРАТОР ЦИФРОВОГО ПОТОКА

Разработка усилителя линейного сигнала, представляющего собой усилитель-регенератор цифровых потоков

Разработанное устройство восстановления уровня цифрового сигнала (УВЦС) входит в состав аппаратуры, необходимой для организации цифровых систем передачи и представляет собой усилитель-регенератор цифровых потоков.

УВЦС обеспечивает передачу данных со скоростью 2048 или 1024 кбит/с. Допустимое затухание сигнала на линейном входе от 0 до 45 дБ. Допустимое переходное затухание в кабеле между парами приема и передачи – не менее 60 дБ. Электропитание УЛТ осуществляется от стационарной сети 60 В с током 50 мА.

Рис. 1

Принцип работы УВЦС рассмотрим на примере функциональной схемы рис. 1. Линейный сигнал направления А поступает на устройство грозозащиты приемника, состоящее из линейного трансформатора и разрядников. Далее сигнал поступает на усилитель корректирующий унифицированный (УКУ), который осуществляет автоматическую коррекцию амплитудно-частотных искажений, вносимых кабельным участком в диапазоне затуханий от 0 до 45 дБ. Усиленный сигнал поступает на пороговое устройство, регенерационный и выходной каскады ПУ-РК, где происходит формирование сигнала для станционного стыка. Устройство тактовой синхронизации (УТС) производит выделение сигнала тактовой частоты из спектра цифрового рабочего сигнала и устанавливает фронты тактового сигнала строго по середине символов рабочего сигнала. Для контроля наличия линейного сигнала служит датчик линейного сигнала (ДЛС).

Стационарный сигнал направления Б поступает в линию через устройство грозозащиты передатчика, выполненное аналогично устройству грозозащиты приемника.

Электропитание усилителя осуществляется от стационарной сети 60 В или дистанционно по фантомной цепи линейного кабеля (через средние точки линейных трансформаторов).

Устройство УП выполняет функции вторичного источника питания и вырабатывает стабилизированное напряжение +5 В и -3 D.

Конструктивно УВЦС выполнен на одной печатной плате, установленной на металлическое основание и закрытой крышкой. На лицевой части основания расположены разъемы для подключения к линейному кабелю и станционному оборудованию, органы управления и индикации.

Электрическая принципиальная схема усилителя представлена на рис. 2. Грозозащиту обеспечивают разрядники F1-F6. Исполнения УЛТ -45 дБ со скоростью 2048 или 1024 кбит/с отличаются установкой перемычек на плате: для УЛТ -45 дБ устанавливаются перемычки 1-5, 2-6, для УЛТ -45 дБ 1-6, 2-5. Тактовая синхронизация осуществляется с помощью тактового генератора УТС, конструктивно выполненного на микросхеме 198НТ1Б и транзисторах 2Т326Б. Стабилизированное напряжение +5 В и -3 D вырабатывается источником питания, собранным на микросхеме 140УД12, транзисторах 2П103Д, КТ816Г, 2Т316Б, стабилитроне КС139А и выполняет роль вторичного источника питания.

Рис. 2

На основе вышеизложенного можно признать, что данный усилитель позволяет в значительной мере регенерировать (восстановить) номинальный уровень цифрового сигнала, его электрические и временные параметры при затухании в линии до 45 дБ, а также осуществить грозозащиту и коррекцию амплитудно-частотных искажений, вносимых кабельным участком. Предлагаемое устройство позволяет в 30 раз увеличить объем передаваемой информации. Элементная база рассматриваемого устройства отечественного производства, что позволяет изготавливать усилитель линейного тракта гораздо дешевле, чем с применением импортных электрорадиоэлементов.

Воронежский государственный технический университет

УДК681.3

И.К. Андреков, Н.М. Белоусова

КОНТРОЛЛЕР АККУМУЛЯТОРА ДЛЯ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ

МОБИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

В статье приводятся данные по разработке контроллера аккумулятора предназначенного для работы в системе питания радиоаппаратуры мобильного комплекса

В качестве резервного источника питания в системе питания мобильного комплекса в большинстве случаев используется аккумуляторная батарея. Для контроля за состоянием аккумуляторной батареи и разрабатывается данный контроллер.

В настоящее время существуют приборы, осуществляющие контроль за состоянием аккумуляторных батарей, например DCC4000. Структурная схема подключения данного прибора показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема подключения прибора DCC4000

На дисплей прибора можно вывести значения напряжения аккумуляторной батареи, оставшейся емкости, оставшееся время работы от данной батареи. Недостатком данного прибора является то, что токоизмерительный резистор R1 устанавливается в непосредственной близости от аккумуляторной батареи. В случае если расстояние от места расположения аккумуляторной батареи до прибора составляет несколько метров, то приходиться прокладывать токоизмерительные провода на большие расстояния. В результате это на провода могут наводиться помехи от различного рода источников, что может привести к неверным результатам. Еще одним недостатком является то, что невозможно данные о текущем состоянии аккумуляторной батареи передать для обработки на персональном компьютере. Также нет возможности сохранения истории использования аккумуляторной батареи.

Структурная схема разрабатываемого контроллера изображена на рис. 2. Модуль А1 представляет собой интегрированный датчик тока на основе эффекта Холла фирмы Allegro Micro Systems с максимальным током измерения 100 А. Данные с датчика тока поступают на модуль микропроцессорного устройства (MPU), построенного на основе процессора 8051С320 фирмы Cygnal.

Рис. 2. Структурная схема контроллера аккумулятора

Особенностью данного контроллера является следующее: установка в непосредственной близости от аккумуляторной батареи, запись информации о состоянии аккумуляторной батареи, расчет емкости, запись температуры батареи, расчет времени работы от аккумулятора, вывод информации на периферийные устройства посредством протокола RS485.

Применение данного контроллера позволит более эффективно использовать аккумуляторную батарею в системе питания радиоаппаратуры мобильного комплекса.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.3

О.И. Перетокин, О.В. Ланкин, Е.А. Рогозин

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

ТЕМПОРАЛЬНЫХ ДАННЫХ В БАЗАХ ДАННЫХ

ПРИ СЕРТИФИКАЦИИ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ

ИНФОРМАЦИИ АСУ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В рамках совершенствования информационного обеспечения процесса сертификации ПСЗИ АСК, разработана модель представления данных в базах данных, позволяющая формализовать процесс представления временных рядов в среде реляционных систем управления базами данных

Решаемые задачи по сертификации ПСЗИ в АСК должны обеспечивать реализацию следующих основных функций управления: учета, контроля, анализа и прогнозирования.

Анализ и прогнозирование в последнее время выделяются как самостоятельные функции управления за счет широкого внедрения средств автоматизации и взрывного роста их возможностей.

Анализ заключается в исследовании всего множества факторов, характеризующих структуру и функционирование производственной системы в настоящее время и в некоторый заданный период, с целью выявления скрытых закономерностей ее развития.

Прогнозирование представляет собой определение тенденций изменения значений показателей свойств системы на ближайшую перспективу. Перечисленные функции управления должны реализоваться в АСК на этапах проектирования и функционирования системы.

Хранилищем исходных данных при переходе к комплексной автоматизации управления технологическим процессом призвана стать единая БД АСК, содержащая данные, поступающие от задач учета и контроля структуры и состояния элементов производственной системы.

Кроме того, следует отметить, что современный этап развития информационно-вычислительных средств вплотную подошел к качественно новой методологии построения систем поддержки принятия решения (СППР), основанной на интеллектуальном анализе данных (ИАД). Суть такой методологии состоит в применении ретроспективного анализа сверхбольших объемов предметной информации, содержащейся в хранилищах данных.

Основными задачами ИАД являются краткосрочный и долгосрочный прогнозы развития ситуаций и комплексный системный анализ, включающий в себя обнаружение и идентификацию скрытых закономерностей, ранее неизвестных взаимосвязей, значимых факторов развития самого объекта и среды, визуализацию полученных результатов, подготовку предварительных прогнозов и проектов допустимых решений с оценками их достоверности и эффективности возможных реализаций.

Для ИАД необходимо не только хранение и использование данных, зафиксированных в определенный момент времени, но и анализ изменения этих данных за определенные интервалы времени.

Данные, отображающие поведение объектов учета во времени, будем называть темпоральными.

Базы данных, обладающие возможностью отображения темпоральных данных и содержащие предысторию поведения объекта учета во времени, будем называть темпоральными базами данных (ТБД).

К ТБД в свете решаемых в АСК задач предъявляются требования по достоверности обработки запросов, объему, оперативности предоставления информации.

Отсутствие возможности учета темпоральных данных вызвано не только ограничениями на объем БД АСК, но и тем, что реляционная модель представления данных изначально ориентирована на статический подход, определяющий возможность хранения только атомарных значений характеристик (атрибутов). В основе организации ТБД должна лежать такая модель представления данных, которая, с одной стороны, обладает свойствами реляционной модели, а с другой – обеспечивает представление темпоральных данных (временных рядов), простоту и достоверность манипулирования ими. При построении такой модели должны учитываться особенности, связанные с хранением и манипулированием временными рядами:

начало и конец временного интервала имеют неопределенные значения, если существует открытость диапазона;

моменты на временной оси, в которые фиксируются изменения характеристик управляемой системы, являются случайными дискретными величинами;

возможно перекрытие и разрывы по дате, связанные с непрерывностью временного ряда данных;

временные ряды, хранящиеся в разных динамических таблицах, не синхронизированы.

Таким образом, для представления темпоральных данных следует разработать модель представления темпоральных данных, которая учитывает перечисленные выше особенности хранения и манипулирования временными рядами. По аналогии с реляционной моделью разработанная модель должна иметь структурную, манипуляционную и целостную компоненты (части).

В структурной части МПТД определяется атомарный элемент модели. Атомарным элементом МПТД является темпорально-реляционный набор (ТРН), представляющий собой совокупность взаимосвязанных реляционных таблиц, описывающих статические и динамические атрибуты объекта реального мира.

Формальное представление атомарного элемента имеет следующий вид:

TS = {TD, TF1, TF2, …, TFj},

(1)

где TD – реляционное отношение, описывающее статические атрибуты; Sch (TD) = < K, A₁…А_m > – схема отношения TD; K – его ключ; A₁…А_m – неключевые атрибуты; TF₁, TF₂, …, TF_j, j = 1,2,…,n – реляционные отношения, описывающие динамику поведения n темпоральных атрибутов F_j; Sch (TF_j) = < K, T, F_j > – схема отношения TF_j; K – его ключ; T – атрибут времени; F_j –темпоральный атрибут (группа атрибутов T и F_j представляют собой временной ряд значений атрибута F_j).

Особую значимость в МПТД имеет ее манипуляционная часть, основная задача которой – обеспечить прозрачное манипулирование ТРН.

Основными операциями манипуляционной части МПТД, представляющими наибольший научный и практический интерес, являются селекция и соединение.

Селекция предназначается для выборки из таблиц ТРН кортежей, значения атрибутов которых удовлетворяют некоторому логическому условию.

Селекция ТРН TS по атрибутам А_n обозначена как Select ( TS | P_n(А_n ), где P_n = P_n (А_n – условие селекции. Результатом селекции в зависимости от P_n (А_n) является ТРН, удовлетворяющий условию селекции.

Содержание селекции ТРН определяется следующим образом.

Пусть имеются наборы TS1 = < TD1, TF1₁, TF1₂, … > и TS2 = < TD2, TF2₁, TF2₂, … > такие, что TS2 = Select ( TS1 | P(А) ), где P(А) – условие селекции; А – неключевые атрибуты, входящие в условие. Тогда компоненты набора TS2 выражаются с помощью операций реляционной алгебры следующим образом:

TD2 = select ( TD1 | P(А) );	(2)
TF2j = join ( project ( TD2 | K); TF1j ).	(3)

Соединение ТРН позволяет формировать новый набор на основе двух исходных, у которых имеются один или несколько общих атрибутов, один из которых может быть динамическим. При рассмотрении порядка выполнения соединения необходимо отдельно рассматривать два случая: когда общим является статический либо динамический атрибут. В первом случае соединение ТРН будет полностью определяться применением операций реляционной алгебры над компонентами операндов и иметь следующее содержание.

Пусть имеются наборы TS1 = < TD1, TF1₁, TF1₂, …, TF1_j, … > и TS2 = < TD2, TF2₁, TF2₂, …, TF2_k, … >. Положим, что Sch (TD1) = < K1, A1 >, Sch (TD2) = < K2, A2 > и K1 U A2. Тогда результирующий набор TS3 = Join (TS1; TS2) имеет структуру TS3 = < TD3, TF31₁, TF31₂, …, TF31_j, … TF32₁, TF32₂, …, TF32_k >, компоненты которой формируются следующим образом:

TD3 = TD2;	(4)
TF31j = project ( join ( TD2 ; TF1j ) | K2, T, F1);	(5)
TF32k = TF2k.	(6)

Содержание соединения ТРН по общему динамическому атрибуту определяется следующим образом. Пусть имеются наборы TS1 = < TD1, TF1₁, TF1₂, …, TF1_j, … > и TS2 = < TD2, TF2₁, TF2₂, …, TF2_k, … >. Положим, что Sch (TD2)= <K2, A2>, Sch (TF1₁)= < K1, T, F1₁, … > и K2 = F1₁. Тогда результирующий набор TS3 = Join (TS1; TS2) имеет структуру TS3 = < TD3, TF31₁, TF31₂, …, TF31_j, … TF32₁, TF32₂, …, TF32_k, … >, компоненты которой формируются следующим образом:

TD3 = TD1;	(7)
TF311 = project ( join ( TD2 ; TF11 ) | K1, T, F11);	(8)
TF31j = TF1j, j > 1;	(9)
TF32k = project ( join* ( TF2k; TF11 ) | K1, T, F2k),	(10)

где join* – операция соединения двух реляционных отношений TF2_k; TF1₁, хранящих не синхронизированные временные ряды, по общим атрибутам K1, T, F2_k, не сводимая к последовательности реляционных операций и требующая разработки специальных алгоритмов.

Обработка временных рядов в реляционных системах основывается на их предварительной фильтрации по совпадению моментов времени совершения событий и последующей выборке необходимых значений. На практике зачастую встречаются более сложные запросы. В частности, в запросе, с одной стороны, может быть условие выбора событий, совершенных в определенные промежутки времени, а с другой – требование выполнения над временными рядами реляционной операции соединения. В результате при обработке таких запросов, когда реляционная СУБД выбирает только кортежи, принадлежащие заданному в запросе промежутку времени, в которых моменты временных рядов совпадают, наблюдается потеря релевантной информации.

Для обеспечения возможности корректной обработки произвольных темпоральных запросов предлагается создание специальной темпоральной надстройки над реляционной СУБД. Научный интерес представляет только алгоритмическое обеспечение надстройки, поэтому разработаны алгоритмы для операции соединения по общему динамическому атрибуту.

Операция соединения реляционных таблиц, хранящих временные ряды, может осуществляться двумя способами: с предварительной синхронизацией временных рядов, после которой выполняется обычное соединение синхронизированных отношений, и с их непосредственной синхронизацией в ходе соединения.

Алгоритмы соединения реляционных таблиц, хранящих произвольные дискретные временные ряды с предварительной и с непосредственной синхронизацией представлены на рис. 1.

Алгоритм соединения с предварительной синхронизацией временных рядов включает следующие этапы (рис. 1, а).

На первом этапе происходит вставка в первую синхронизируемую таблицу значений времени, которые присутствуют во второй таблице, но отсутствуют в первой. Другими словами, происходит синхронизация первой таблицы относительно второй.

На втором этапе выполняется аналогичная синхронизация второй таблицы относительно первой.

На третьем этапе, когда таблицы синхронизированы друг с другом, происходит выполнение обычного реляционного соединения.

На четвертом этапе осуществляется удаление избыточности в таблице результата выполнения запроса.

Алгоритм соединения с непосредственной синхронизацией временных рядов (рис. 1, б) предусматривает синхронизацию временных рядов в ходе выполнения самой операции. Алгоритм включает следующие этапы.

На первом этапе происходит вставка в результирующее отношение в хронологическом порядке всех моментов времени из первого и второго синхронизируемых отношений.

На втором этапе выполняется процедура подстановки значений данных в результирующей таблице, основываясь на принципе продолженности действия динамического атрибута.

На третьем этапе происходит запуск запроса на выборку необходимой информации.

На четвертом этапе происходит удаление избыточности в результирующем отношении.

Таким образом, соотношения (1) – (10) позволяют определить содержание основных операций манипуляционной части МПТД через известные операции реляционной алгебры, применяемые к компонентам ТРН, а разработанные алгоритмы – корректно выполнить бинарные операции над ТРН, не сводимые к последовательностям реляционных операций.

Целостная часть модели включает совокупность правил, обеспечивающих поддержание в непротиворечивом состоянии

Рис. 1. Алгоритмы соединения временных рядов способом

их синхронизации

ТРН и адекватность манипулирования ими при обработке запросов (рис. 2).

В зависимости от назначения все ограничения целостности можно разделить на три группы:

интенсиональные, характеризующие структурные свойства ТРН;

экстенсиональные, относящиеся к вопросам заполнения таблиц данных ТРН;

манипуляционные, определяющие порядок выполнения операций манипулирования ТРН.

Основные интенсиональные ограничения целостности имеют следующий вид.

Правило обязательного наличия первичного ключа во всех таблицах данных, образующих ТРН, является прямым наследованием соответствующего свойства реляционной модели. Его присутствие в модели обусловлено тем, что в современных реляционных СУБД не обязательно указание первичных ключей при описании схемы таблиц данных.

Рис. 2. Структура целостной части модели ТРПД

Формально данное ограничение целостности имеет следующий вид:

Rs, Sch (Rs) = < K n; Ai >, Ai = {As} U   As U Ai, As = Kn,

где R^s – таблица, хранящая статические атрибуты; K_n – первичный ключ R^s; A_i –множество всех атрибутов, составляющих схему R^s.

Ссылочная целостность таблиц, входящих в ТРН, означает, что первичный ключ таблицы, хранящей статические атрибуты, обязательно входит в состав схемы таблицы, хранящей динамические атрибуты, и играет в ней роль внешнего ключа. При этом следует отметить, что в соответствии с предыдущим ограничением внешний ключ не входит в состав первичного ключа таблицы, хранящей статические атрибуты. Формально данное правило записывается следующим образом:

 K n, Sch (Rs) = < K n; Ai > U   K m, Sch (Rd) = < K m; Aj >,

где R^d –  таблица, хранящая динамические атрибуты; K _m – внешний ключ R^d; A_j – множество всех не ключевых атрибутов, составляющих схему R^d.

Основные экстенсиональные ограничения целостности имеют следующий вид.

Представление значений атрибута “Время” как “время – момент”. Необходимо отметить, что значения атрибута “Время” в базах данных можно представлять двумя способами: как “время – момент” и “время – период”. Условимся представлять значение атрибута “Время” как “время – момент”, поскольку это не оказывает влияния на результаты дальнейших исследований. Формальная запись данного правила имеет вид

Т = { t1, t2, t3, …, tk },

где t₁, t₂, t₃,…t_k – моменты времени изменения динамических атрибутов.

Уникальность значений первичного ключа является следствием первого интенсионального ограничения, т. е. значения атрибута, являющегося первичным ключом (либо составным первичным ключом для группы атрибутов), не должны повторяться в различных записях одной таблицы данных. Формально данное правило имеет вид

R, r1, r2 U R U k1 U k2,

где R – произвольная таблица ТРН; r₁, r₂ – различные записи таблицы R; k₁, k₂ –значения ключевых атрибутов в r₁ и r₂ соответственно.

Упорядоченность кортежей по времени в компонентах ТРН. Формальная запись имеет вид

r, s, (r < s) U (tr < ts),

где t_r, t_s – значения временного атрибута r-й и s-й записей компонента R^d соответственно.

Исключение в таблицах хранящих динамические атрибуты и являющихся компонентами ТРН, записей с повторяющимися значениями динамических атрибутов. Формальная запись имеет вид

r, s, ( s = r +1 ) U <f1r, f2r, …> U < f1s, f2s, … >.

Манипуляционные ограничения целостности модели имеют следующий вид.

Идентификация таблиц, хранящих динамические атрибуты по темпоральным ключам, означает, что темпоральными ключами является совокупность атрибутов (“КЛЮЧ”, “ДАТА”, “ВРЕМЯ”). Формальная запись данного правила имеет вид

Rd, Sch (Rd)= < K m; Aj >, K m = < K m; Т >,

где Т – атрибут “Время”.

Обязательность включения ключевого атрибута в условие селекции ТРН. Формально данное правило имеет следующий вид:

TS r, где r = {1, 2,…, l}, TS1 = Select (TS2 | А3) U An = < K n; Ai >.

Здесь K_n U A_n , TS_r – выражение темпорально-реляционного набора; A_n –  список атрибутов, являющихся условием селекции.

Таким образом, полученные данные позволяют впервые формализовать процесс представления темпоральной информации (временных рядов) в среде реляционных СУБД. Разработанные результаты могут быть использованы при логическом проектировании темпоральных БД в существующей и перспективной АСК для автоматизированного решения нового класса задач управления производственной системой, направленных на анализ и прогнозирование ее поведения во времени.

Литература

1. Саенко И.Б., Ланкин О.В. Проблема построения темпорально-реляционных баз данных и пути ее решения в современных условиях. SCM’2002. Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям // Сб. докладов. Т. 1. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002.

2. Ланкин О.В., Березин С.В. Проблема комплексного оперативного анализа данных в информационных хранилищах // Системы связи. Анализ. Синтез. Управление. Вып. 10 / Под ред. В.П. Постюшкова. СПб.: Тема, 2002.

Воронежский институт высоких технологий

УДК 681.3

И.К. Андреков, Н.М. Белоусова

РАСПРЕДЕЛЕННАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ

РАДИОАППАРАТУРЫ МОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

В статье приводятся данные по разработке системы распределенного питания радиоаппаратуры для использования в мобильных комплексах

Источники вторичного электропитания радиоаппаратуры мобильных комплексов строятся в основном по сосредоточенной схеме. Первичными источниками являются сеть переменного тока 220 В, бортовая сеть автомобиля 12 В и резервная аккумуляторная батарея.. На рис. 1 представлена сосредоточенная система питания радиоаппаратуры, состоящая из универсального блока питания (УБП), пульта дистанционного управления (ПДУ), понижающего источника питания из внешней сети переменного тока 220 В в постоянное напряжение 12 В.

Рис. 1. Система питания радиоаппаратуры

При работе от внешнего напряжения 220 В или бортовой сети автомобиля 12 В производится питание радиоаппаратуры и вспомогательного оборудования, а также заряд резервной аккумуляторной батареи. В случае пропадания внешнего напряжения происходит переход на питание от резервного аккумулятора. Недостатком данной системы питания являются следующий фактор - необходимо прокладывать большое количество проводов от универсального блока питания до конечных потребителей энергии. Применение длинных проводов приводит к дополнительным потерям при больших токах потребления и как следствие снижение напряжения питания радиоаппаратуры и появление различных помех при коммутации напряжения.

Предлагаемая распределенная система питания (рис. 2) построена по принципу: установка вторичного стабилизированного источника питания непосредственно у потребителя энергии. По салону автомобиля прокладываются силовые шины 12 В и 27 В и управление вторичными источниками питания. Управление всем комплексом и вторичными источниками осуществляется с пульта дистанционного управления.

Рис. 2. Распределенная система питания

Переход на распределенную систему питания радиоаппаратуры позволяет сократить количество прокладываемых по салону автомобиля проводов питания (и как следствие сокращение монтажных работ), повышение качества подводимого напряжения к конечным потребителям, улучшение ремонтопригодности и увеличение помехозащищенности.

Воронежский государственный технический университет

УДК 658.512

С.В. Иванов

ЗАДАЧИ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ ПРИ СВЕРЛЕНИИ

МИКРООТВЕРСТИЙ СОВРЕМЕННЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

В данной статье рассмотрены задачи и пути их решения при сверлении микроотверстий в современных печатных платах, а также кратко указаны тенденции развития сверлильно-фрезерного оборудования

Современное радиоэлектронное оборудование имеет минимально возможные габариты и вес. Увеличение плотности проводников и монтажных выводов на печатной плате (ПП), уменьшение ширины проводников и зазоров между ними обусловлено применением микроминиатюрной элементной базы. Данная тенденция приводит к созданию многослойных структур ПП, имеющих большое количество типов межслойных переходов, сформированных различными методами.

Следует отметить, что на сегодняшний день минимальные диаметры сквозного и глухого отверстий ПП составляют 0,25 мм и 0,1 мм соответственно, а в ближайшем будущем указанные диаметры будут составлять 0,2 мм и 0,025 мм. Физические размеры минимальных отверстий полученных на современных сверлильных станках сравнимы с размерами отверстий, сделанных на установках лазерного сверления. Например, на сверлильных станках Ultraspeed Lightning фирмы Posalux (Швейцария), оснащенных высокоскоростными шпинделями PS300, минимальный заявленный диаметр сверления составляет 50 мкм [1]. Однако лазерное сверление не является альтернативой механического сверления, а представляет собой отдельный технологический процесс, предназначенный для отдельных типов и конструкций ПП.

Для получения отверстий под металлизацию основной массы многослойных ПП, в том числе гибко-жестких и гибких, используются сверлильно-фрезерные станки. Для формирования глухих отверстий в этих станках применяется контактное сверление. При этом, заявленная производительность каждого шпинделя современных станков – до 4 отверстий в секунду, но режимы резанья материала твердосплавным инструментом накладывают некоторые ограничения. Например, для многослойной ПП 5-го класса точности, имеющей переходные отверстия диаметром 0,2 мм, составляющие более 70 % от всех отверстий на плате, реальная производительность на асинхронном шпинделе HF125 снижается до 2 отверстий в секунду [1]. Такая ПП имеет порядка 500 отверстий на 1 дм². Производительность одного шпинделя без учета межоперационного времени для многослойной ПП 5-го класса точности составляет в среднем 0,15 м²/час. Таким образом, решение проблемы повышения производительности сверлильно-фрезерных станков при изготовлении сложных многослойных ПП актуально в реальных производственных условиях.

В настоящее время выделяются следующие различные технические и технологические решения в конструкциях современных сверлильно-фрезерных станков с целью повышения их производительности:

- применение линейного привода по осям X, Y, Z и функции «скоростного сверления», что позволяет добиваться высокой скорости перемещения и ускорения за счет уменьшения трения;

- применение синхронных шпинделей, имеющих постоянную величину крутящего момента и позволяющих получить близкие к идеальным режимы резанья для различных диапазонов;

- применение конвейерной системы смены инструмента и контроль инструмента в реальном времени, при этом замена евромагазинов производится в процессе работы без увеличения межоперационного времени;

- использование автоматической загрузки/разгрузки заготовок ПП;

- применение нескольких шпинделей на одной станции, где специальное программное обеспечение гарантирует сбалансированную работу шпинделей на каждой станции и автоматически выбирает зоны сверления для каждого шпинделя, оптимизируя порядок сверления, путь перемещения и использование инструмента, тем самым, определяя оптимальные расстояния между шпинделями и количество просверливаемых отверстий для каждого из них.

Все перечисленные технические и технологические решения значительно увеличивают реальную производительность сверлильно-фрезерных станков в условиях серийного производства. Однако, повышая производительность оборудования, следует обеспечить требуемую точность и качество получаемых отверстий. Для этого необходимо решение следующих конструкторско-технологических вопросов, а именно:

- проектирование оптимального основания и рабочего стола сверлильно-фрезерных станков, с целью максимального поглощения вибраций, а также обеспечения необходимой жесткости и высоких значений ускорения при перемещении шпинделей;

- оптимальный выбор материалов конструкции с одинаковым термическим коэффициентом линейного расширения;

- обеспечение электромагнитной совместимости различных узлов и блоков сверлильно-фрезерного оборудования;

- совершенствование систем контактного сверления, систем контроля точности и систем регулирования;

- проектирование специального прижимного инструмента;

- разработка (совершенствование) оптимальных операционных систем и соответствующего программного обеспечения.

По мимо вышеизложенного, одной из важных задач является создание универсальных шпинделей, способных поддерживать весь необходимый диапазон скоростей вращения для сверления (от 8 тыс. об/мин для сверл диаметром порядка 6 мм до 500 тыс. об/мин для сверл диаметром 0,1 мм и меньше) при оптимальных для инструмента скоростях резания материала диэлектрического основания и неизменности крутящего момента. Также возможно улучшение точности заглубления глухих отверстий до 0,1 миллидюйма, что актуально для тонких внутренних проводящих слоев, поскольку наилучший контакт можно получить при наличии медного дна глухого отверстия. Следует отметить, что дальнейшее увеличение производительности современного сверлильно-фрезерного оборудования возможно за счет применения новых материалов и конструкций для подвижных частей станков, а также за счет применения новейших программно-аппаратных средств, используемых для контроля и управления.

Литература