WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

РЫБИН Андрей Александрович

МЕТОД ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА АВИАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С УЧЁТОМ РИСКОВ ПРИМЕНЕНИЯ НЕИСПРАВНЫХ ( КОМПЛЕКТУЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.22.14 «Эксплуатация воздушного транспорта»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2012 Диссертационная работа выполнена в Государственном научно-исследовательском институте гражданской авиации в отделе №222 «Разработки нормативной документации по ПЛГ и сопровождению эксплуатации ВС» Научный руководитель Далецкий Станислав Владимирович доктор технических наук, заслуженный работник транспорта РФ, начальник отдела №222 «Разработки нормативной документации по ПЛГ и сопровождению эксплуатации ВС» ГосНИИ ГА (Москва) Официальные оппоненты Ицкович Александр Абрамович доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей (ТЭЛАиД)» МГТУ ГА (г. Москва) Глазков Александр Сергеевич кандидат технических наук Заведующий кафедрой «Авиационная техники» ГУГА (г. Санкт-Петербург) Ведущая организация ФГУП ГосНИИ «АЭРОНАВИГАЦИЯ» (г. Москва)

Защита состоится __ мая 2012 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д315.002.01 при ГосНИИ ГА по адресу: 196210, Москва, ул. Михалковская, 67, корпус 1.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке ГосНИИ ГА.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан «__» апреля 2012г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д315.002.Кандидат технических наук А.Е.Байков

Актуальность исследования.

Несмотря на большие успехи в создании высоконадежных объектов авиационнотехнической системы, в эксплуатации ВС ГА имеют место их отказы, приводящие к авиационным происшествиям, снижению уровня безопасности полетов и эффективности их применения.

Так, в 2011 г. абсолютные показатели аварийности, по сравнению с 2010 г., ухудшились:

50 авиационных происшествий, в том числе 28 катастроф (в 2010 г. – 43 авиационных происшествия, 20 катастроф). В 2011 г. 20% авиационных происшествий связано с отказами и неисправностями авиационной техники (МАК, Доклад об аварийности за 2011 г.). Относительный показатель аварийности при выполнении пассажирских перевозок на тяжелых транспортных самолетах в 2011 г. является самым высоким за 5 лет по количеству АП, по количеству катастроф - показатель значительно увеличился и превзошел практически в 2 раза показатели последних пяти лет.

Анализ причин аварийности в гражданской авиации свидетельствует о повторяемости авиационных происшествий по одним и тем же причинам в течение последних лет. Это указывет на то, что в авиационной системе действуют отрицательные факторы, которые к настоящему времени не полностью выявлены и не устранены. Наличие авиационных происшествий свидетельствует, что одним из отрицательных факторов, генерирующих эти происшествия, является недостаточный уровень совершенства авиационной системы, связанный с ее качеством и, в частности, с качеством авиационной технической системы (АТС) как составной ее части, непосредственно влияющей на эффективность и безопасность эксплуатации ВС.

Поэтому проблема обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации ВС на основе совершенствования управления качеством АТС является актуальной и требует определенных решений.

Одним из факторов, влияющих на качество АТС, является совершенство методологического и теоретического аппарата управления качеством этих систем с целью обеспечения реализации в максимальной степени потенциальных возможностей АТС на всех этапах жизненного цикла. Недостаточное совершенство такого аппарата, применяемого в настоящее время в России, в частности не учет риска применения неисправных (неаутентичных ) комплектующих изделий, способствует снижению эффективности эксплуатации ВС и АТС.

Анализ опыта внедрения в ГА РФ зарубежных технологий ТО и Р показывает, что эффективность эксплуатации при минимальных затратах достигается на основе разработок специальных технологии ТО и Р, послепродажного обслуживания, программы типа MEL (Minimal Equipment List) и стратегии MSG-(1-3) и др. Эти технологии основываются на обеспечении рациональных характеристик эксплуатационно-технического качества АТС на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации и применения развитой системы контроля и диагностики.

Применяемые в настоящее время в России методы выбора и обеспечения характеристик эксплуатационно-технического качества АТС на этапах эксплуатации отличаются от зарубежных по указанным выше параметрам и в недостаточной степени обеспечивают эффективную эксплуатацию ВС. Об этом свидетельствует статистика авиационных происшествий в ГА России.

В настоящее время одновременно эксплуатируются АТС с разной наработкой и сроками эксплуатации, а также с элементной базой различных поколений. Из-за практически полного отсутствия унификации элементов резко возрастает число номенклатур комплектующих изделий, ЗИП, имущества, которые необходимо использовать в ходе материально-технического снабжения, а также оснащения парка средствами диагностики и ремонта новых поколений. Такое явление способствует увеличению численности личного состава, занятого в системе технической эксплуатации, заводского ремонта и материально-технического снабжения, а также уве личению количества средств ремонта и ТО. Следовательно, необходима корректировка технологии технического обслуживания и ее адаптация к условиям совместной эксплуатации современного оборудования и оборудования с большой наработкой и сроками эксплуатации, а также с неисправными (неаутентичные) комплектующими изделиями.

Внедрение интегрированной системы логистической поддержки АТС на этапах жизненного цикла возможно при наличии новых подходов к проблеме технической эксплуатации, новых методов расчета снабжения и хранения запасного авиационного имущества при минимальных эксплуатационных затратах с учетом организации централизованных центров по техническому обслуживанию и ремонту отечественных воздушных судов и их оборудования.

Применяемые в настоящее время методики расчёта ЗИП, управления запасами и др.

разработаны без учета интегрированной системы логистической поддержки АТС. Поэтому они не всегда позволяют полностью решать задачи, связанные с обеспечением требуемого уровня эксплуатационно-технического качества АТС в интегрированной системе логистической поддержки АТС.

Появление неисправных запасных деталей, модулей в случае их применения на реальном объекте способствует снижению уровня безопасности и эффективности использования ВС.

В этом случае для исключения снижения уровня безопасности и эффективности применения ВС необходимы новые методы, которые бы позволяли компенсировать их влияние и оценивать уровень эксплуатационно-технического качества.

Введение ИКАО нового определения «Безопасность» требует выработки новых подходов к оценке эксплуатационно-технического качества АТС.

Приведенные выше данные указывают, что проблема обеспечения эффективной, безопасной эксплуатации ВС на основе максимальной реализации потенциальных возможностей эксплуатационно-технического качества АТС на всех этапах жизненного цикла является одной из приоритетных и актуальных и имеет существенное значение для экономики страны.

Одним из рациональных путей решения данной проблемы является совершенствование теоретического, методического аппарата и методик по выбору и поддержке рациональных характеристик эксплуатационно-технического качества АТС на всех этапах жизненного цикла.

Степень разработанности вопроса. Значительный вклад в разработку и внедрение методов по выбору рациональных характеристик эксплуатационно-технического качества АТС на всех этапах жизненного цикла внесли работы Гос НИИ ГА, МГТУ ГА, СПб ГУГА, ОАО «Аэрофлот» и др., а также работы отечественных ученых, в том числе выполненные под руководством Аронова И.З., Барзиловича Ю.Е., Шапкина В.С., Сиротина Н.Н., Ицковича А.A., Северцева Н.А., Далецкого С.В., Кулешова Н.А., Зубкова Б.В. и др. Исследованиями этих ученых установлены основные факторы, влияющие на реализацию потенциальных возможностей эксплуатационно-технического качества АТС на различных этапах жизненного цикла.

В области эксплуатационной поддержки АТС в работах Аронова И.З и Сиротина Н.Н.

решались вопросы обеспечения надёжности и ТО и Р изделий за счет стратегии послепродажного обслуживания на основе методов эксплуатации систем по техническому состоянию. В работах Барзиловича Ю.Е., Шапкина B.C., решены вопросы определения оптимального числа комплектующих изделий для ЗИП. В работах Гипича Г.Н. рассмотрены методы поддержания лётной годности ВС и других образцов авиационной техники с позиций обеспечения безопасности полётов, а также задачи построения моделей рисковых ситуаций при эксплуатации АТС с неисправными изделиями. Для некоторых типов АТС практическое решение задачи применения в АТС неаутентичных комплектующих изделий получено в работах И.Г. Кирпичёва.

Разработки зарубежных ученых в исследуемой области реализованы в виде улучшения технологий ТО и Р, в использовании специальных технологий послепродажного обслуживания для ВС, применения специальных программ.

В опубликованных трудах недостаточное внимание уделено совершенствованию и разработке теоретического и методического аппарата, обеспечивающего необходимое качество АТС для современных условий эксплуатации и в частности учёту рисков применения неисправных комплектующих изделий.

В итоге остаётся нереализованная возможность повышения безопасности и эффективности эксплуатации ВС на основе совершенствования и разработки теоретического и методического аппарата, обеспечивающего максимальную реализацию потенциала качества АТС.

Исходя из актуальности научной проблемы повышения безопасности и эффективности эксплуатации ВС на основе обеспечения качества АТС, следует:

Объектом исследования являются авиационно-технические системы.

Предметом исследования является качество авиационно-технических систем.

Целью исследования является разработка метода обеспечения качества авиационнотехнических систем с учётом рисков применения неисправных комплектующих изделий на основе совершенствования теоретического и методического аппарата, обеспечивающего повышение безопасности полетов и эффективности эксплуатации ВС.

Для достижения цели исследования поставлены и решены следующие задачи:

- усовершенствование математической модели процесса эксплуатации АТС, наиболее полно учитывающая выявленные закономерности изменения технического состояния АТС в процессе эксплуатации и применения неисправных неисправных комплектующих изделий;

-разработка метода обеспечения качества АТС с учётом рисков применения неисправных комплектующих изделий;

-выявление основных закономерностей формирования и реализации качества АТ в процессе эксплуатации;

- разработка методов управления качеством АТС в эксплуатации;

- разработка и обоснование методов выбора рациональных стратегий технического обслуживания АТС;

- разработка мероприятий по созданию инфраструктуры поддержки качества АТС в эксплуатации.

Методы исследования. В процессе выполнения работы использовались методы математического анализа, теории численных методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений, теории вероятностей и математической статистики, теории математического моделирования, а также программирование алгоритмов для ЭВМ. Выбор данных методов обоснован необходимостью решения задач для объекта исследования со сложной структурой и многими связями.

Научные результаты, выносимые на защиту:

математическая модель процесса эксплуатации АТС, учитывающая выявленные закономерности изменения технического состояния АТС в процессе эксплуатации и применения неисправных комплектующих изделий;

- математические модели подсистем процесса эксплуатации АТС;

-методики обеспечения качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий;

-методики обеспечения функционального качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий;

-метод обеспечения качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий;

-метод выбора и обоснования рациональных стратегий технического обслуживания АТС;

- методики оценки уровня запаса элементов, необходимых для обеспечения эффективной эксплуатации воздушных судов гражданской авиации с учетом особенностей АТС, условий эксплуатации и применения неисправных комплектующих изделий;

-система контроля и диагностики элементов, узлов систем АТС.

Научная новизна результатов исследования, полученных лично автором, заключается 1. В разработке:

-методики обеспечения эксплуатационно-технического качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий;

-методики обеспечения функционального качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий;

-метода обеспечения качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий;

-методики выбора и обоснования рациональных стратегий технического обслуживания АТС.

2. В усовершенствовании:

-математической модели процесса эксплуатации АТС, учитывающей выявленные закономерности изменения технического состояния АТС в процессе эксплуатации и применения неисправных комплектующих изделий;

- математических моделей подсистем процесса эксплуатации АТС;

- методики оценки уровня запаса элементов, необходимых для обеспечении эффективной эксплуатации воздушных судов гражданской авиации с учетом особенностей АТС, условий эксплуатации и применения неисправных комплектующих изделий;

-системы контроля и диагностики элементов, узлов систем АТС.

3. В выявлении на основании системного анализа: основных факторов, влияющих на эффективность эксплуатации АТС; условий обеспечения ЗИП; условий совместной эксплуатации объектов различных поколений и наличия неисправных модулей.

Достоверность и обоснованность полученных научных результатов обеспечивается корректным применением современного математического аппарата, выбором обоснованных положений теории эксплуатации, математических моделей объектов эксплуатации и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов моделирования процессов эксплуатации АТС, оснащения и функционирования сложных АТС с результатами реальной эксплуатации и известными результатами решений тестовых задач.

Теоретическая ценность результатов исследования заключается:

- в разработке теории и методов поддержки сложных АТС на этапе эксплуатации;

- в выявлении и формализации закономерностей создания и функционирования сложных АТС и их функционирования в комплексах ГА;

- в разработке математической модели функционирования сложной АТС;

- в разработке на основе выявленных закономерностей и результатов моделирования методического аппарата для обоснования показателей качества сложных АТС;

- в исследовании и разработке методов управления качеством сложных АТС с учетом их технического совершенства и применения неисправных комплектующих изделий;

- в разработке методов выбора и обоснования рациональных стратегий технического обслуживания АТС на этапе совместной эксплуатации устаревших и современных АТС;

Практическая значимость полученных результатов заключается в разработке метода, позволяющего обеспечить качество АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий и соответственно повысить безопасность полетов и эффективность эксплуатации ВС.

Полученные результаты могут использоваться:

в гражданских НИИ и НИИ министерства обороны РФ при разработке технических требований к создаваемым радиоэлектронным объектам и системам;

- в работе конструкторских бюро, разрабатывающих АТС, при разработке эксплуатационной документации на вновь создаваемые АТС, при совершенствовании методов технического обслуживания ранее созданных образцов АТС;

-в эксплуатирующих организациях при расчёте и корректировки минимально необходимых затрат на эксплуатацию АТС, с учётом необходимости создания запаса ЗИП из-за риска появления неисправных изделий, а также при обосновании структуры системы технической эксплуатации в сложных АТС и оценках ее эффективности;

-в учебном процессе технических ВУЗов.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В соответствии с формулой специальности 05.22.14 «Эксплуатация воздушного транспорта» диссертация представляет собой исследование закономерностей изменения качества АТС на различных этапах жизненного цикла. Разработка метода обеспечения качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий на основе совершенствования теоретического и методического аппарата соответствует п. 12 « Разработка моделей и методов анализа и оценки уровня эксплуатационно-технических характеристик авиационной техники» и п.14 «Теоретические и методические основы формирования оптимальных систем технического обслуживания и ремонта авиационной техники».

Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях 5 МНТК «Чкаловские чтения» 2004 г., г. Егорьевск, МНТК «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» 2006г. г. Москва, отраслевых НТС «Ростехнология» по проектам ОАО АКБ «Якорь» 2004 г., 2006 г., 2008 г., 2009 г., в ГОС НИИ ГА на заседании методической группы.

Научные результаты диссертационной работы использовались и реализованы (Акт реализации от 30 март 2012 г, утвержденный Зам. генерального по науке ОАО АКБ «Якорь»:

при разработка предложений по обеспечению оптимального уровня показателей качества АТС в процессе эксплуатации с учетом технико-экономической эффективности обеспечивающих мероприятий ( НИР «Уровень-К», ОАО АКБ «Якорь»);

при исследование и обосновании номенклатуры и рационального уровня показателей качества перспективных образцов АТС, определяющих их приспособленность к возможным условиям применения и эксплуатации (НИР «Фундамент-К», ОАО АКБ «Якорь»);

при обоснование принципов формирования системы обеспечения уровня качества радиоэлектронных систем, парков АТС с учетом технического совершенства образцов АТС на различных уровнях и этапах управления качеством (НИР «Резчик», ОАО АКБ «Якорь»);

при разработке и формировании в ОАО АКБ «Якорь» информационно-диагностических систем для обеспечения штатной эксплуатации авиационной техники;

при разработке и создании в ОАО АКБ «Якорь» базового комплекта оборудования пассажирских и транспортных летательных аппаратов в обеспечении их конкурентоспособности и импортозамещения в перспективных проектах.

Публикации. Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в виде десяти научных статей в научных изданиях, в том числе три статьи в издании из перечня, определённого ВАК, а так же в отчётах о НИР.

Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и изложена на 135 страницах машинописного текста. Библиография включает 110 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, описаны объект и предмет исследования, определены основные методы, цели и задачи исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе вводится определение авиационной технической системы (АТС), как часть авиационной системы, представляющей собой совокупность взаимосвязанных технических объектов, обеспечивающих выполнение требуемых функций и достижение цели. В качестве основных объектов АТС использовались объекты созданные в ОАО АКБ «Якорь»».

Установлено, что обеспечение эффективной технической эксплуатации комплекса объектов АТС с учетом совместной эксплуатации объектов различных поколений и наличия неисправных комплектующих изделий может быть достигнуто на основе использования рациональных характеристик эксплуатационно-технического качества АТС и его объектов. Наличие в эксплуатации неисправных комплектующих изделий косвенно подтверждает статистика отказов объектов АТС типа электроэнергетических изделий, производимых в ОАО АКБ «Якорь» и аналогичных объектов, но покупных. Повышенный уровень отказов покупных объектов относительно изделий, производимых в ОАО АКБ «Якорь», свидетельствует о возможности, что они относятся к категории неисправных комплектующих изделий.

Выявление рациональных характеристик эксплуатационно-технического качества АТС и его объектов проведено с использованием усовершенствованной математической модели процесса эксплуатации авиационной технической системы с учетом применения неисправных комплектующих изделий. Усовершенствование математической модели проведено при определенных допущениях. В частности, с учетом того, что коэффициент готовности образцов техники в сложных АТС зависит не только от величин наработки на отказ и среднего времени восстановления, но и от соотношения количества отказов nвд, для устранения которых доставка ЗИП необходима, к количеству отказов nвбд, не требующих доставки ЗИП (рис. 1). Процессе эксплуатации АТС характеризуется графом состояний (рис.2) и системой уравнений (рис. 3 ).

Построение и решение системы уравнений проведено с использованием усовершенствоРис. 1. Изменение коэффициента готовности в зависимости от соотношения nвд и nвбд ванных моделей: подсистемы, обеспечивающей применение АТС по назначению; подсистемы, обеспечивающей текущий ремонт АТС; подсистемы, обеспечивающей материальнотехническое снабжение и восполнения элементов АТС; подсистемы, обеспечивающей техническое обслуживание; подсистемы, обеспечивающая плановый ремонт АТС. В результате моделирования определены: динамика отправки АТС в ремонтные организации; динамика отправки АТС в средний ремонт; динамика отправки АТС в капитальный ремонт; динамика списания АТС, выработавших установленный ресурс; динамика ввода в строй АТС, прошедших средний ремонт; динамика ввода в строй АТС, прошедших капитальный ремонт; суммарный график изменения количества исправных АТС в парке; усредненный график наличия исправных АТС в парке. Моделирование процесса технической эксплуатации позволило также оптимизировать:

параметры технического обслуживания АТС, текущего ремонта, а также требования к показателям надежности, ремонтопригодности,, инфраструктуре системы эксплуатационной поддержки АТС на эксплуатационном этапе жизненного цикла.

Рис.2. Граф состояний сложной системы комплекса АТС dm = m - 12 m1;

21 dt dm = 12 m1 - 21 m - m - 23 m + 32 m3 - m + 2 24 2 2 211 dt + 112 m11 - 210 m + 102 m10 + 92 m9 - 29 m + 82 m8;

2 dm = m - 32 m3 + 123 m12 - 312 m3;

23 dt dm m - 45 m4 - 46 m4 - 47 m4;

= 24 dt dm = 45 m4 - 58 m5;

dt dm= 46 m4 - 68 m6 ;

dt dm= 47 m4;

dt dm 68 m6 + 58 m5 - 82 m8;

= dt dm= m - 92 m9;

29 dt dm = m - 102 m10;

210 dt dm= m - 112 m11;

211 dt dm = 312 m3 - 123 m12.

dt Рис.3. Система уравнений Во второй главе приводятся результаты теоретических исследований по обоснованию возможности разработок методик оценки качества АТС для различных условий эксплуатации.

В случае применения в АТС неисправных комплектующих изделий методика построена на изменении энтропии АТС и состоит в следующем. Энтропия системы АТС в результате применения неисправных комплектующих изделий оценивается как, где J = H (t) Ho и H(t) H0 -количество управляющей информации после и до применения неисправных комплектующих изделии. Так как, где, Р0 Р1- число равновероятных возможностей до наблюдения и после наблюдения, признаком отсутствия в системе неисправного (контрафактного) комплектующего изделия является. Признаком присутствия неисправного J ї (контрафактного) комплектующего изделия в системе является J >0.

Основой разработки методики оценки функционального качества АТС явилось то, что объективная оценка состояния АТС возможна по значениям отклонений от норм функциональных (технических) параметров или от номинальных их значений. Т.е. оценка функционального качества АТС проводится в зависимости от допустимых для нормальной работы АТС отклонений параметров от норм. Для этого проведены исследования по выявлению закономерностей изменения отклонения функциональных параметров от норм в процессе функционирования. Методика реализована для РЛС из системы ОрВД, однако ее методическая и научная основа пригодна к другим типам АТС. Вывод о состоянии РЛС и ее характеристик предназначения (дальности действия, разрешающей способности, точности измерения координат и т.п.) проводится на основе контроля функциональных параметров: чувствительность приемного устройства, мощность передатчика и т. д.

Установлено, что уменьшение мощности сигнала на выходе приемника происходит из-за расширения энергетического спектра частот (рис.4). Кроме того, выявлено, что отклонениями длительности импульса и частоты повторения импульсов от номинальных значений, отклонениями КПД антенно-волноводного тракта на передачу (прием) из-за их малости можно пренебречь. Тогда предельное относительное отклонение дальности действия РЛС от номинальных значений определяется как R = 1 dРср + 1 dРпр + 1 d + dj, где -средняя мощность пеR РСР 4 Рср 4 Рпр 2 j редатчика (вт); Р -реальная чувствительность приемного устройства; -длина волны (м), l jПР ширина основного лепестка.Полученное выражение позволяет определить предельное отклонение дальности действия станции от номинального значения при изменении соответствующих функциональных параметров, т.е. определить уровень функционального качества РЛС путем оценки совокупности функциональных параметров. Оценка отклонений дальности действия станции проведена с учетом влияния динамической ошибки, возникающей при перемещении ВС за время съема информации, ошибок ориентирования и юстировки при определении азимута цели, влияющей на точность оценки функционального качества.

Рис.4. Изменение мощности сигнала от изменения ширины спектра: Р - мощность сигнала на выходе xприемника при изменении длительность импульса;

Рx -мощность сигнала на выходе приемника при номинальном значении длительности импульса;f ширина спектра, K f = f (D f ) Представление качества сложной АТС как результата качества компонентов системы позволило установить зависимость Ррез = 1-(1-Рi) для расчета необходимого количества исправных агрегатов в системе N, которое обеспечивает работоспособность системы с заданной вероятностью Ррез и известных значениях Рi - вероятности работоспособности i-го объекта системы (рис. 5 ). Проведение системного анализа комплекса АТС позволило уточнить факторы, влияющие на коэффициент технической готовности системы. Установлено, что максимальный коэффициент технической готовности системы ограничен надежностью ее элементов, а минимальное значение коэффициента технической готовности при соблюдении всех условий правильной эксплуатации зависит как от надежности АТС, так и от величины расхода ресурса.

КТГ max =1-А КТГ 1-А mср Рис.5. Изменение коэффициента техКТГ min =1-А- нической готовности АТС в зависимоtk сти от планируемого среднего расхода ресурса на одно изделие mcp и величины межремонтного ресурса tk tk Тезис программы MEL по уменьшению ущерба «путем управлениями рисками» при эксплуатации систем принят автором при формировании модели рисков. Сформулированная модель рисков отражает это условие, поэтому она принята за основу модели компенсации последствий от проявления фактора применения неисправных комплектующих изделий в виде ~ ~ ~ ~, где R R = (µ1, HR 0, SF A) - риск для рисковых событий R на интервалах времени [t0, T];

~ ~ µ - мера случайности событий при вероятности "почти-ноль", - ущерб, 0 – комплекс HR условий определения системы, S-событие - свойство. При данном подходе за счёт использова~ ния меры случайности типа µ1 удаётся избежать трудностей применения вероятностей событий.

В третьей главе приводятся результаты исследования по разработке методик оперативного контроля уровня качества сложных АТС, прогнозирования качества сложных АТС по результатам контроля, а также приводится оценка взаимосвязи контроля с уровнем качества системы. Установлено, что оперативной характеристики качества может быть принята вероятl ность выявления доли неисправных объектов по формуле P (q) = n !, где q-доля qm(1- q)n -m m!(n -m)! m=признанных неисправными при проверке объектов в системе. P(q) показывает, с какой вероятностью можно застать в системе из N0 объектов АТС Nн/и неисправных объектов техники при условии, что в выборке n < N объектов оказались неисправными nн/и < Nн/и объектов. Алгоритм оперативной оценки характеристики P(q) реализован в графическом виде.

Оценка взаимосвязи контроля с уровнем качества системы проведена с использованием 1 (l + m)t полученного соотношения, где µ = ; =,Тв -время восстановления, Т0 – P (t) = 1 e Тв То средняя наработка на отказ. Наличие контроля повышает вероятность состояния готовности и обеспечивает практическую реализацию уровня качества системы.

В четвертой главе приведены результаты исследований по обоснованию построения методик оценки качества структуры АТС по энтропии, оценки исправности АТС на основе учета порога различимости, прогнозирования состояния АТС, а также результаты разработки рациональной стратегии технического обслуживания АТС, разработки критерия оценки эффективности автоматизированных систем контроля и диагностирования АТС и эксплуатации по состоянию авиационных электроэнергетических систем нового поколения с использованием диагностики.

Качество структуры АТС на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации АТС предлагается оценивать по структурной энтропии H0 (табл.1), характеризующей сложность структурной реализации, определяемой разработчиком при создании устройства как, где N-число выходов. Информация об уровне качества АТС в процессе эксплуНо = N log2 N атации определяется в виде трудозатрат Фэ. Результаты исследований свидетельствуют о том, что применение понятия структурной энтропии позволяет оценить качество структуры АТС на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации АТС и при необходимости по данным вычислений корректировать. В частности выявлено, что:

- АТС 3-4 поколений имеют структурную сложность на 1-3 порядка выше, чем АТС 1-поколений;

- трудоемкость мероприятий технической эксплуатации в течение года составляет 5% … 17% от трудоемкости изготовления объекта АТС.

Таблица Типы Структурная энтро- Трудоемкость Трудоемкость Относительная Трудоемкость изделий пия изготовления, эксплуатации, трудоемкость получения единицы H0 0, нормочас э, нормочас в год эксплуатации, информации э/0, % 0/H0, нормочас/бит П-15 8,1 1,0,022106 47103 3,8371П-18 3,3 0,0,06106 129103 4,3561ПРВ-16 2,3 0,0,19106 186103 4,39415Н84А 1,7 0,0,56106 623103 10,815Н84 5,2 1,0,19106 205103 10,81П-14 10,0 1,0,14106 107103 10,81В результате исследований с использованием разработанной методики оценки исправности АТС на основе учета порога различимости установлено, что вероятность того, что системы, признанные по результатам контроля исправными, действительно исправны, определится из P tо 1-Pло N2 ( )( ) соотношения Условная вероятность Рно необнаруженного отPu t = = -.

( ) Nu P tо 1-Pло + 1-P tо Pно ( )( ) ( ) [ ] каза, когда система неисправна, а по результатам контроля идентифицируется как исправная, n определялась как Рно = 1 – (1 – Рноi), а вероятность Рло получения ложного отказа, т.е. получения измерения значения параметра вне контрольного поля допусков, в то время как фактическое n.

значение параметра находится внутри эксплуатационного поля допусков, Pло = 1 – (1 – Рлоi) Максимальное количество информации, которое может содержаться в случайной величине, Nc определяющей состояние АТС, равно где Nс -количество контролируеIk t = t log2 Pu t, ( ) ( ) ( ) P u i = мых систем. Исходя из общего представления об энтропии и неупорядоченности управляемого объекта контроля, определена связь между количеством управляющей информации и эффективIр t,tк ( ) I t, tк ( ) ностью объекта контроля где Iр (t, tк) - реальное количество информаЭ = Эmax 1- B0 e, ции, получаемой при контроле за интервал времени; I (t, tк) = Hо (t, tк)-исходная структурная энтропия объектов контроля, характеризующая исходную неопределенность процесса контроля и управления; Эmax- эффективность идеально работающей системы; B0- величина неупорядоченности, характеризуемая количеством возможных микросостояний объекта контроля. Учитывая, что стоимость системы управления или трудозатраты, расходуемые при реализации сбора и преобразования информации, пропорциональны количеству информации, то C - C где С-стоимость парка изделий АТС, оснащенного автоматизированной Э= Эmax 1-B0 e , системой контроля, руб.; С0-стоимость парка изделий АТС, не оснащенной автоматизированной системой контроля, руб. Зависимость эффективности АТС от относительной стоимости АСКД имеет экспоненциальный характер и увеличение капиталовложений в АСКД свыше 60...80 % от исходной стоимости не дает существенного выигрыша в эффективности. На практике отношение информации, получаемой в ходе контроля, к исходной энтропии АТС составляет 5...17%. При этом эффективность АТС составляет от 0,7 до 0,89.

Разработка рациональной стратегии технического обслуживания АТС проведена на основании анализа коэффициентов технического использования, полученных для каждой стратегии.

На основании этого разработаны методические положения по выбору рациональной стратегии технического обслуживания АТС 1-2 и 3-4 поколений. Оценка эффективности внедрения рациональной системы технического обслуживания показала, что номинальная эффективность технической эксплуатации комплекса АТС составляет при существующей системе ТО 0,84, реальная эффективность - 0,81.

Предложенные методы прогнозирования состояния АТС и выбора параметров прогнозирующего контроля основаны на измерении совокупности параметров, определяющих работоспособность состояния АТС на данный момент. Длительность эксплуатации оценивается путём прогнозирования технического состояния АТС по данным контроля. Значение периода конtтроля параметра системы является оптимальным прогнозирующим периодом контроля i-го параметра. Разработаны положения по разработке выбора стратегии восстановления АТС по результатам контроля состояния.

Стратегия восстановления АТС по состоянию построена на результатах исследований контролепригодности, безотказности, динамических свойств технических параметров объектов ра диоэлектронной техники. В зависимости от уровня контролепригодности, последствий отказа и подверженности износу определялись методы и периодичность ТО для каждой системы, устройства или узла. Эксплуатация по состоянию авиационных электроэнергетических систем нового поколения с диагностикой построена с учетом информационно-диагностических комплексов и средств автоматизированного эксплуатационного контроля. Предлагаемая автоматизированная структура информационно-диагностических комплексов для контроля авиационного бортового оборудования имеет трехуровневую встроенную систему контроля.

В качестве меры сходства, близости объектов между собой по всей совокупности признаков принято расстояние между объектами в пространстве признаков dij, которое удовлетворяет следующим аксиомам: djj 0 (неотрицательность расстояния); dij = djj (симметрия); dij + djk dik (неравенство треугольника). Если dij 0, то i j (различимость нетождественных объектов). Если dij = 0, то i = j (неразличимость тождественных объектов). Показано, что наиболее рационально в предложенной системе контроля применять расстояние Махаланобиса где Хi и Xj - вектор-столбцы значений переменных для i-гo и j-го объdij = (Xi - X )T S-1(Xi - X ) j j, ектов; Т - символ в выражении (Хi - Xj)T обозначает операцию транспонирования; S - общая внутригрупповая дисперсионно-ковариационная матрица. Применение в ВСК метрики «расстояние «Махаланобиса» позволило значительно повысить достоверность оценки работоспособности авиационного оборудования. Построенная на основе метрики Махаланобиса система контроля авиационной системы генерирования СГ-ПСПЧ-Дl (СГ) для системы электроснабжения системы управления двигателем ПС-90А имеет следующие особенности. Решающее устройство (рис.6) позволяет определять и идентифицировать отказавший датчик по значению 2 2 ei1 + ei 2 + ei ri ei j ошибки - вычисляет разницу, где - разница вычислителя i(i = 1,..., 4); - ri = j -я нормализованная оценка ошибки вычислителя.

i (i = 1,..., 4; j = 1,...,3) Решающее устройство Микропроцессор Сигналы Вычислитель Напряжение U Вычислитель Частота f Вычислитель Ток I Вычислитель Температура t Микропроцессор Рис.6. Схема решающего устройства Диагностика отказов основана на том, что при отказах датчика состояний существует корреляция в отклонении последовательно вычисленных разностей, поэтому их статистические характеристики не известны. В связи с этим применимы методы системы Махаланобиса- Тагучи (МТС).

Пример таблицы 2 дает оценки уровней ошибок. Показано, что на основе методов А и В отказы датчика состояний и агрегатов объективно идентифицируются по оценкам ошибок.

Таблица Уровни ошибки поддержания величины напряжения Уровень регулирования напря одинарная двойная тройная жения Уровень 1 Уровень 1 114 В - - 2 - 3 Уровень 2 0 0 0 Уровень 2 116 В Уровень 3 Уровень 3 118 В + + 2 + 3 Предложены три метода идентификации отказов по результатам групп измерений: в начале, середине и конечном периоде отрезка измерений параметров АТС. Метод А. Рассматриваются ( (2) средние значения по оценкам первой и второй групп eij1) = 1 и e = 1. Метод В. Расeil ij eil 10 l=1 l=( сматривается среднее значение по оценке первой группы измерений Метод С.

eij1) = eil l=.

Рассматриваются средние значения по оценкам первой и третьей групп измерений 10 1 ( ( eij1) = и eij3) =.Результаты сравнения отношения «сигнал/шум» по методам А...

eil eil 10 l=1 l=С с общим значением для всех трех вычислителей приведены в табл. 3.

Таблица Отношение «сигнал/шум» (дБ) Метод Вычислитель 1 Вычислитель 2 Вычислитель 3 Вычислитель 4 Общее количество А 45,7 33,1 2,9 38,6 120,В 26,8 26,3 3,9 27,5 85,С 46,4 29,3 2,8 34,2 113,Наиболее точную идентификацию отказов в системе генерирования дает метод А.

Алгоритм решений на основе статистических методов оценки качества функционирования объекта при эксплуатации по состоянию с различными характеристиками по расстоянию Махаланобиса содержит три этапа. Этап 1. Построение пространств Махаланобиса. Этап 2. Диагностика системы генерирования электроэнергии воздушного судна. Этап 3. Улучшение качества системы генерирования.

В системе контроля уровня надежности изделий и систем обеспечиваются индикация работоспособности, локализации отказов изделий и систем из-за нераспространения последствий типа разрушение, дымление и др. Для других типов АТС идентификация отказов и ухудшение эксплуатационных качеств могут быть выявлены по аналогии.

При построении оптимальных диагностических систем, обеспечивающих процесс распознавания технического состояния авиационных систем использована логистическая модель изменения технического состояния авиационных систем электроснабжения (СЭС). В связи с этим, выдвинуто предположение, что процесс возрастания погрешности во времени протекает по ло гистической кривой. В области малых значений погрешности [(t)= 0,2…1%] экспоненциально ускоряется, а в области больших значений погрешности – экспоненциально замедляется и при t выходит на некоторый предельный уровень, когда дальнейшее возрастания погрешности уже не происходит. Показано, что при существующей системе периодичности контроля параметров СЭС, находящихся в эксплуатации более 10 лет, не обеспечивается запас нормируемой погрешности по отношению к ее фактическому межрегламентному значению. Рациональную периодичность контроля, обеспечение заданного нормируемого межрегламентного запаса погрешности и принятие решения на продление срока службы следует определять по критерию текущего значения показателей качества электрической энергии на основе логистического представления процесса изменения со временем точностных характеристик.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертационная работа посвящена разработке научно обоснованного метода обеспечения качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий на основе совершенствования теоретического и методического аппарата, обеспечивающего повышение безопасности полетов и эффективности эксплуатации ВС.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1.Разработан метод обеспечения качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий, построенный на основе методики обеспечения эксплуатационнотехнического качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий и методики обеспечения функционального качества АТС с учётом риска применения неисправных комплектующих изделий.

2. Разработаны методики, отличающиеся от известных тем, что впервые факторы рассмотрены комплексно во взаимосвязи и на основе оценки коэффициента готовности АТС с учётом значимости уровней безопасности эксплуатации АТС:

методика оценки качества структуры АТС по энтропии;

методика оценки исправности АТС на основе учета порога различимости;

методика прогнозирования состояния АТС по результатам контроля;

методика оперативного контроля уровня качества сложных АТС;

методика расчёта ЗИП на эксплуатацию АТС с учётом необходимости накопления резерва ЗИП из-за риска преждевременного отказа неисправных изделий, обеспечивает сокращение простоев АТС из-за отсутствия запчастей;

методика выбора и обоснования рациональных стратегий технического обслуживания АТС на основе контроля технического состояния АТС с учетом особенностей программы MEL и прогрессивных принципов послепродажного обслуживания авиатехники.

3. Усовершенствованы:

-математические модели процесса эксплуатации АТС, учитывающие выявленные закономерности изменения технического состояния АТС в процессе эксплуатации и применения неисправных комплектующих изделий;

- математические модели подсистем процесса эксплуатации АТС;

-система контроля и диагностики элементов, узлов систем АТС.

4. Построена модель неисправного элемента на основе нового, согласующегося с практикой, допущения о том, что он можно рассматривать как «стареющий» с деформированным законом распределения, что обеспечивает расчёты ЗИП для замены неисправных изделий по результатам контроля.

5. Выявлены на основании системного анализа основные факторы, влияющие на эффективность эксплуатации АТС, условия обеспечения ЗИП, условия совместной эксплуатации объектов различных поколений и наличия неисправных модулей.

6. Разработаны критерии эффективности автоматизированных систем контроля и диагностирования АТС и эксплуатации по состоянию авиационных электроэнергетических систем нового поколения с диагностикой, а также выбора рациональной стратегии технического обслуживания АТС.

7. Разработаны научно- обоснованные рекомендации по обеспечению качества сложных АТС с учётом компенсации рисков от проявления свойств применённых неисправных комплектующих изделий 8. Выполнение поставленной цели достигнуто реализацией работы путем:

• разработки комплекса научно-технических решений при внедрении эксплуатации по состоянию авиационных электроэнергетических систем нового поколения и системы контроля и диагностики авиационной системы генерирования СГ-ПСПЧ-Дl (СГ) для системы электроснабжения системы управления двигателем ПС-90А;

• разработки научно- обоснованных рекомендаций по обеспечению качества сложных авиационных технических систем СПИСОК РАБОТ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ 1. В изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК:

1.1 Рыбин А.А. Компенсация негативных последствий от применения неаутентичных агрегатов в авиационных электроэнергетических системах нового поколения. "Транспорт Российской Федерации", № 6 (37), СПб.: 2011, с. 66-69.

1.2. Рыбин А.А., Гипич Г.Н. Определение минимального состава оборудования для обеспечения безопасности полётов в гражданской авиации. "Транспорт Российской Федерации", № (37), СПб.: 2011, с. 70-71.

1.3. Левин А.В., Мусин С.М., Рыбин А.А. «Эксплуатация авиационных систем генерирования электроэнергии нового поколения по состоянию» Самолётостроение. //"Авиационная промышленность" № 2, СПб.: 2011, с. 7-14.

2. В других изданиях:

2.1. Рыбин А.А. Проблема снабжения и сбережения запасного имущества для воздушных судов и их оборудования с неопределенным происхождением элементов надёжности // Научный вестник МГТУ ГА. № 74. М.: МГТУ ГА, 2010. С. 16 – 34.

2.2. Рыбин А.А. Выбор дополнительного объёма запасных элементов для авиационных систем при использовании контрафактных изделий. "Вестник СПб ГУГА", Вып. 4, СПб.: 2012 г.

с. 35-38.

2.3. Рыбин А.А., Гипич Г.Н. Основы метода компенсации потерь надёжности систем изза "контрафакта" со случайными параметрами начала отсчёта и окончания срока ресурса.

"Вестник СПб ГУГА", Вып. 4, СПб.: 2012 г. с. 39-43.

2.4. Рыбин А.А. Выбор дополнительного объёма авиационных систем запасными элементами // Сб. материалов 5 МНТК «Чкаловские чтения», 4 - 6 февраля 2004 г., г. Егорьевск, ЕАТК ГА, 2004. С. 74.

2.5. Рыбин А.А. Некоторые задачи организационно-экономического развития авиапредприятий // Тезисы докладов МНТК «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества», 18 - 19 мая 2006 г., Москва. М.: МГТУ ГА, 2006. С. 217.

2.6. Рыбин А.А. Концерн «Авиационное оборудование». Новейшие разработки.

/Международный авиационно-космический салон МАКС-2011. Научно-практическая конференция «Тенденции и перспективы развития рынка деловой авиации и авиации общего назначения в России». Новости МАКS2011, №3. – М.: Аэромедиа, 2011. – с. 30–31.

2.7. Рыбин А.А., Левин А.А. Электроэнергетические авиационные технологии. /Концерн «Авиационное оборудование». Всероссийская научно-практическая конференция «Перспективы развития авиационного оборудования и агрегатов. Материалы конференции. – М.: ВИНИТИ, 2012. – с. 12–20.

3. В отчетах, где соискатель был ответственным исполнителем и исполнителем:

3.1. Рыбин А.А. и др. Моделирование и макетирование высокоэффективных систем электроснабжения объектов авиационной техники и систем электропитания радиоэлектронной аппаратуры/ Мусин С.М.. Алексеев И.И.. Рыбин А.А. и др./ Отчет СЧ НИР - шифр «Материал-Б-Я», ОАО АКБ «Якорь», 2008. – 452с.

3.2. Рыбин А.А. и др. Исследования по разработке и формированию информационнодиагностических систем для обеспечения штатной эксплуатации авиационной техники/ Мусин С.М., Лукашов В.А., Рыбин А.А. и др. Отчет о НИР - шифр «Информ», ФГУП МКБ «Электрон», 2009. – 654 с.

3.3. Рыбин А.А. и др. Разработка и создание базового комплекта оборудования пассажирских и транспортных летательных аппаратов в обеспечение их конкурентоспособности и импортозамещения в перспективных проектах/ Рыбин А.А., Брызгалин А.А. и др. под общим руководством Мусина С.М. Отчет НИОКР - шифр «Конкукрентоспособность», этап 1. часть 8Е3.119.015, ОАО «АКБ «Якорь», 2011. – 248 с.

Соискатель: _______________________






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.