Цена защищенности: Стандарты надежности техники связи

 

Надежность, качество и уровень защищенности телекоммуникационного оборудования регламентируется различными стандартами. В настоящее время используются несколько общепризнанных стандартов.

 

Индустриальные стандарты

 

Прежде всего, это наиболее известный у нас стандарт EN 60529 в котором степень защиты IP (Ingress Protection Rating) указывается с помощью краткого символа, состоящего из двух букв «IP» и двух цифр класса защиты (например, IP58): первая определяет класс защиты от воздействия твердых веществ; вторая определяет класс защиты от жидкостей. То есть показатель IP определяет способность устройства противостоять проникновению твердых (см. табл. 1) и жидких (см. табл. 2) тел.

 

Если IP -рейтинг не указан, то устройство не устойчиво к проникновению пыли и влаги. Для того чтобы радиостанция могла позиционироваться как промышленная, её IP -рейтинг должен быть не менее 54.

 

 

Что касается персональных компьютеров, то для того, чтобы например ноутбук мог позиционироваться как промышленный, его IP-рейтинг должен быть не менее 65. Немаловажно, чтобы каждая комплектация устройства при этом была сертифицирована на IP. Многие недобросовестные поставщики сертифицируют одну, самую дорогую конфигурацию, а стандарт присваивают всем.

 

Таблица 1. Классы контактной защиты и защиты от воздействия инородных тел (первая цифра)

 

Таблица 2. Классы защиты от попадания воды (вторая цифра):

 

Следует отметить, что, например, класс защиты 6 соответственно включает в себя все классы от 1 до 5. Однако классы защиты 7 и 8 являются самостоятельными единицами, независимыми друг от друга. В связи с этим для более точного определения класса защиты в этом случае допустима двойная маркировка, например IP55/IP58. Кроме того, существуют обозначения класса защиты с дополнительной буквой К. Это значит, что к стандартному классу защиты от воды добавляется специальная защита от воды под давлением (например — IP64K — защита от брызг под давлением и полная защита от пыли). В некоторых отраслях промышленности, например пищевой, вводится особый класс защиты от воды. Т. е. 9K — это защита от струи пара под давлением и. данное оборудование может быть подвержено обработке водяными парами.

 

Существует также целый перечень других индустриальных стандартов, которые определяют требования для оборудования и систем защиты, используемых в различных условиях на транспорте, энергетике, отраслевых предприятиях (см. табл. 3).

 

Таблица 3. Основные индустриальные стандарты

 

Не столь популярный промышленный стандарт NEMA (National Electrical Manufacturer Association), показывает, в какой среде может работать устройство. В таблице 4 приведены данные о соответствии стандартов NEMA и IP.

 

Таблица 4. Соответствие стандартов NEMA и IP

 

На войне как на войне

 

MIL-STD 810 (Military Standard) – наиболее известный у нас американский военный стандарт, регламентирующий уровень защиты оборудования от различных внешних воздействий (вибрация, влага, удары, температура и т. п.). Обычно применяется к абонентскому радиосвязному оборудованию. Изданный американским Министерством обороны еще в 60-х годах XX века стандарт MIL-STD 810 претерпел ряд изменений.

 

 

Необходимо помнить, что MIL-STD-810 — тестирование лабораторное. Поэтому важным является корректная оценка результатов тестирования для реальных полевых условий, правильное экстраполирование результатов испытаний. Стандарт не устанавливает конструкций и спецификаций тестирования, предлагая только перечень стрессовых сред, с которыми оборудование может столкнуться во время службы. Таким образом, стандарт MIL-STD-810 не гарантирует, что прошедшие лабораторные тесты приборы, пройдут и полевые испытания.

 

Его предпоследняя версия MIL-STD 810F была выпущена в 2000 г. Стандарт включает ряд пунктов, которые, как правило, перечисляются при ссылке на стандарт (например, соответствие стандарту MIL-STD C/D/E/). MIL-STD810F имеет ряд руководящих принципов и испытательных методов для определения устойчивости к воздействию естественных неблагоприятных окружающих явлений на оборудование (вибрация, удары, перепады температур, загрязнение и т. д.), используемое в военных или коммерческих целях.

 

Таблица 5. Методы воздействия по стандарту MIL-STD 810F

 

В октябре 2008 года появилась новая версия стандарта MIL STD 810 — MIL-STD 810G, которая включает много исправлений и изменений стандарта MIL- STD 810F, а также новые методы испытаний. До выхода MIL-STD-810G последующие издания содержали те же по существу фразы, не вдаваясь в подробности. MIL-STD-810G стал самым серьёзным и подробным изменением стандарта, сфокусировавшись при этом на тестах противоударности и стойкости к вибрациям. В MIL-STD-810G огромную роль играет приближение этих тестов к реальным условиям. В MIL-STD-810G реализован метод «527 вызова» для теста вибрацией, заменяя 3 теста по одним осям, производящим многоосевую тряску, которая более полно соответствует реальной тряске.

 

 

Список тестов приведен в таблице 6.

 

Таблица 6. Методы воздействия по стандарту MIL-STD 810G

 

Производство оборудования с учетом стандарта тестирования MIL-STD-810F/G обязательно для всей военной техники США и стран НАТО.

 

 

Испытание «огнем»

 

Ниже представлено описание стандарта и испытаний, которые определяют уровень качества изделия и способность работы его в неблагоприятных окружающих средах в MIL-STD-810G (в MIL-STD-810F многие процедуры практически совпадают).

 

Стандарт включает широкий комплекс тестирования надёжности оборудования. Среди них:

 

Высокие/низкие температуры (испытания № 501.5 и 502.5)

В ходе испытаний проверяется способность оборудования работать при низких и высоких температурах. При этом тесты на хранение и корректную работу проходят отдельно.

Требования. Рабочая температура: от -20°C до +60°C. Температура хранения: от -51°С до +75°С.

Тепловой удар (№ 503.5)

Испытания на температурный шок определяют, способно ли оборудование выдерживать резкие перепады температуры внешней среды без физического повреждения компонентов и снижения работоспособности.

Тесты на тепловой удар проверяют безопасность использования устройства и его производительность после внезапного изменения температуры.

Требование. Три цикла изменения температуры за одну минуту с −51°С до +70°С.

Дождь (№ 506.5)

Испытания работающего устройства на устойчивость к дождю, в том числе с порывами ветра.

Требование. Дождь с порывами ветра 10 м³/час четыре цикла и крупные капли.

Падение, механический удар (№ 516.6)

Тест на удар после свободного падения показывают способность устройств выдерживать нечастые одиночные падения или сильную вибрацию, возникающие при переноске, транспортировке и работе с устройством.

Требование. Испытания состоят из 26 падений с высоты 1,2 метра на фанерную поверхность, с использованием до пяти устройств.

Вибрация (№ 514.6)

Тест показывает способность оборудования работать при постоянных вибрациях, которые могут возникать вне и внутри транспортного средства.

Требование. Вне транспорта при постоянной вибраций в 0.04г²/Гц, 20 Гц-1000 Гц- 6 дБ / актив. 1000 Гц — 2000 Гц,. При имитации внедорожного транспортного средства допускается временная потеря функции при условии последующего восстановления без внешнего вмешательства.

Песок и пыль — пыльная буря (№ 510.5)

Во время испытания устройство не должно допустить попадание внутрь песка и пыли.

Требование. Размер частицы <149 мм, 10 ± 7 г/м³, скорость ветра 8.9 метров в секунду.

Давление (№ 500.5)

В тесте принимают участие как работающее, так и выключенное устройство. Недопустима даже временная неустойчивость в работе или потеря данных.

Требование.

В рабочем состоянии: высота — 4500 м. (давление 57,2 кПа) с изменением высоты 0,61 метра в минуту

В нерабочем состоянии: высота 12 200 м. (давление 18,8 кПа) с изменением высоты 0,61 метра в минуту

Кроме того стандарт включает в себя тесты на загрязнение жидкостями (504.1), соляной туман (509.5), пиротехнический (517.1) и баллистический (522.1) удары, кислотное воздействие (518.1), вибрации по разным осям (527) и проч.

 

Конструктивные особенности защищенных устройств

 

Температурное воздействие. Уровень прочности изделия определяется способностью противостоять резким перепадам температур в рабочем режиме (особенно когда устройство используется снаружи или установлено в транспортном средстве).

 

Низкая температура способна полностью разрядить аккумуляторы. Поэтому одно из требований стандартов – восстановление работоспособности устройства после испытанием низкой температурой. Низкая температура также отрицательно сказывается на работе ЖК-дисплея. Перегрев устройств также небезопасен – может произойти самовозгорание аккумуляторных батарей.

 

Стойкость к жидкостям. В защищенных устройствах обычно используют прорезиненный кожух крепления ЖК-матрицы, водонепроницаемую клавиатуру и герметичные заглушки, предохраняющие порты. Эти меры также препятствуют проникновению внутрь корпуса пыли и грязи. В качестве координатного устройства в ноутбуках используется тачпад. Некоторые емкостные сенсорные панели очень чувствительны к воздействиям – вода воспринимаются ими как палец, и тач пад не будет работать до полного удаления жидкости. Резистивные сенсорные панели требуют более сильного нажатия пальцами, но они продолжают работать даже при воздействии воды. Звуковая карта и встроенные динамики также должны быть защищены от проникновения жидкости.

 

Механическое воздействие (вибрации, удары). Уровень прочности изделия во многом определяется устойчивостью к вибрации, которая определяет способность устройства противостоять постоянным эффектам вибрации (особенно если изделие установлено и используется в транспортном средстве). Постоянная вибрация затрагивает работу процессора, и способна привести к отказу системы. При тестировании изделия на постоянную вибрацию необходимо максимально приблизить к реальности уровень тестирования и подвергнуть вибрации изделие, как если бы оно было установлено во внедорожнике.

 

Для таких тестирований в защищенных моделях предусматривают различные конструктивные ухищрения. При этом корпус, служит не только защитой, но и теплоотводом для процессорного модуля, предохраняя его от перегрева и, соответственно, не требуя дополнительного принудительного охлаждения. Это в свою очередь приводит к повышению срока автономной работы, поскольку в устройстве отсутствует вентилятор охлаждения, потребляющий значительное количество энергии. Матрица устройства отображения информации имеет специальную противоударную конструкцию и помещена в прорезиненный кожух.

 

Статья опубликована в журнале Телеком. Спецвыпуск для войск связи