Обеспечение стойкости и устойчивости аэро при температурных воздействиях

Автоматизированные системы диагностирования и техническое обслуживание АРЭО.

Стратегия технического обслуживания по состоянию.

Прогнозирующий контроль технического состояния авиационного радиооборудования как основа стратегии технического обслуживания по состоянию

Стратегия технического обслуживания по наработке

Стратегия ТО по наработке определяется как стратегия, согласно которой перечень и периодичность выполнения операций по профилактике определяются значением наработки изделия с начала эксплуатации или после капитального или среднего ремонта. Использование данной стратегии предусматривает единые для всех однотипных элементов определенных систем перечень и периодичность выполнения работ по ТО.

Анализ отказов современной РЭА показывает, что в конструкции многих типов оборудования имеется сравнительно небольшое число элементов с повышенной интенсивностью отказов (магнитроны, клистроны, антенные переключатели и др.).

Обычно число таких элементов невелико по сравнению с общим числом элементов радиосистемы. Отказы их носят внезапный характер и, в конечном итоге, приводят к увеличению времени ремонта, ухудшению коэффициента готовности, снижению других показателей надежности.

В современных условиях единственным способом предотвратить отказы системы за счет выхода из строя слабых по надежности элементов является их своевременная замена.

Правило замены элементов должно быть таким, чтобы обеспечить наименьшие в среднем потери при эксплуатации и повысить надежность АРЭО в целом. Успешное решение задачи обеспечивается разработкой стратегии ТО по наработке.

В качестве показателя системы ТО, на основе которого решается задача определения оптимального времени наработки, по истечении которого элемент заменяется при эксплуатации системы, принимается коэффициент оперативной готовности элемента. Физический смысл коэффициента состоит в вероятности застать элемент в исправном состоянии в момент времени t и проработать после этого времени в течение .

Решение задачи ТО по наработке подробно представлено в технической литературе [4]. В настоящее время для любого средства обеспечения полетов, находящегося в эксплуатации, разработаны регламенты технического обслуживания по наработке, которые являются обязательными при эксплуатации радиооборудования и средств связи на авиапредприятиях.

Как указывалось ранее, наиболее прогрессивным способом технического обслуживания, в отличие от регламентного способа, является обслуживание по состоянию. При этом крайне эффективным средством улучшения апостериорных показателей надежности обслуживаемых объектов является применение прогнозирующего контроля (ПК), основной задачей которого является определение остатка времени жизни контролируемого объекта.

В самом общем виде задачу прогноза применительно к проблеме прогнозирующего контроля можно сформулировать следующим образом.

Задана допусковая область [a, b] такая, что при выполнении неравенства a < y < b объект считается работоспособным. На временном интервале осуществляется наблюдение за состоянием конкретного объекта с номером j, в результате чего становится известным отрезок реализации случайного процесса изменения значения его определяющего параметра на этом интервале . Требуется оценить остаток времени жизни данного объекта, т.е. время, в течение которого параметр будет находиться в допуске после момента времени . Естественным путем решения этой задачи является продолжение отрезка реализации , в область t > и определение искомого остатка времени жизни как наименьшего из корней уравнения или где - продолжение исследуемой реализации в область t > t .

Таким образом, необходимым элементом прогноза в данной постановке является экстраполяция известной части реализации в область будущих значений. В случае, когда для принятия решения используется время жизни, говорят о прогнозировании надежности. Если используется непосредственно будущее значение реализации, говорят о прогнозировании технического состояния.

Различают математические и аппаратурные методы прогноза. Математические методы основаны на применении различных теорий: численного анализа, случайных функций, вероятностей, распознавания образов и игр. При техническом обслуживании авиационного РТО наиболее целесообразно использовать прогнозирующий контроль постепенных отказов средств обеспечения полетов, ибо доля такого вида отказов в этих средствах значительна. Здесь мы имеем дело с монотонно возрастающими или монотонно убывающими во времени значениями параметров. В этом случае целесообразно применять аппарат численного анализа, когда вместо контролируемой функции параметра y(t) выбирают достаточно простую для вычисления интерполирующую функцию таким образом, чтобы ее значения были равны значениям функции y(t) в одинаковые моменты времени. Чаще всего функцию отыскивают в виде алгебраического многочлена, получая при этом на небольших отрезках времени достаточно хорошее приближение.

В этом случае задача экстра полирования может быть сформулирована следующим образом. По данным значениям и необходимо найти многочлен степени n удовлетворяющий условиям

;

e ;

где - заданные величины, а y - неизвестные значения функции y (t) в области

На рис. представлены области времени с известными и неизвестными значениями y.

При этом в интервале времени Т₁ – значения параметра y известны; в интервале времени Т₂ – значения параметра y неизвестны.

По результатам измерений параметра в области известных значений проводится статистическое обработка результатов и таким образом определяется значение параметра в данной временной точке. Таким образом устанавливается закономерность изменения параметра. Эта закономерность дает возможность установить значение y в области Т₂.

Критерием отказа является время достижения границы допустимого значения параметра или установленного значения упреждающего допуска.

Многочлен В обычно имеет вид

В

где неизвестные значения, а находятся решением системы из п+1 уравнений с п+1 неизвестными.

В зависимости от вида многочлена на практике могут быть использованы различные формулы: Лагранжа, Ньютона, наименьших квадратов и др.

Аппаратурные методы прогнозирования могут быть двух видов:

- прогнозирование при нормальном режиме работы РТО,

- прогнозирование при специальных режимах работы аппаратуры.

В первом случае предполагается, что параметры РТО изменяются линейно. При этом легко определяется отрезок времени, через который предполагается, что параметры РТО изменяются необходимо произвести профилактические работы по результатам двух предыдущих измерений.

Во втором случае аппаратура должна работать в специальном режиме, который создается изменением режимов питания аппаратуры или другими способами. Специальный режим приводит к изменению определяющего параметра, по которому можно определить время безотказной работы системы.

Реализация прогнозирующего контроля на базе АСКДУ является сложной инженерной задачей. Вопросы прогнозирующего контроля подробно изложены в специальной литературе.

Стратегия ТО по состоянию – это стратегия, согласно которой перечень и периодичность выполнения операций определяются фактическим состоянием изделия в момент начала ТО.

Данная стратегия более прогрессивна по сравнению со стратегией по наработке. Стремление к ее использованию вызвано тем, что планово предупредительная система ТО не позволяет устранить противоречие между возросшим объемом работ и требованием обеспечения необходимого качества функционирования авиационной техники.

При этом объем, и периодичность работ определяются по результатам непрерывного или периодического контроля технического состояния каждого изделия [3]. Периодичность контроля при этом может назначаться индивидуально для каждого изделия на основе его технического состояния. Признакам, на основе которого выполняется та или иная операция ТО, служит предотказовке состояние АРЭО. В зависимости от способов определения предотказового состояния различают два вида стратегии ТО по состоянию: с контролем параметров и с контролем уровня надежности. В первом случае признаком предотказного состояния является значение параметра. При этом предотказное значение устанавливают расчетным или опытным путем. Стратегия по состоянию с контролем параметров используется в системе ТО таких РЭС, отказы которых влияют на безопасность полетов. Поскольку в процессе определения технического состояния РЭО могут быть ошибочные решения, эффективность системы ТО в этом случае в значительной мере будет определяться характеристиками средств контроля. Высокое качество эксплуатации при этом должно обеспечиваться применением автоматизированных систем контроля, диагностирования и управления (АСКДУ).

Признаком технического состояния ОК при контроле уровня надежности является возникновение отказа. Следовательно, использование стратегии обслуживания по состоянию при оценке надежности возможно только для авиационной техники, отказы которой не влияют на безопасность полетов. Этот вид обслуживания предполагает контроль надежности на основании статистических данных по отказам группы однотипных изделий и включает следующие виды работ: сбор и обработка статистической информации о надежности элементов и узлов РТО, разработка методики и определение допустимого уровня надежности, разработка рекомендаций по поддержанию требуемого уровня безотказности.

Если при планово-предупредительной системе ТО решение о проведении определенных видов технического обслуживания принимается априорно, без установления фактического состояния эксплуатируемого АРЭО, то в системе, ТО по состоянию проведению операций ТО предшествует процедура определения технического состояния аппаратуры. При хорошем техническом состоянии необходимость в проведении ряда операций по ТО отпадает. Именно в этом суть преимущества такого вида обслуживания по состоянию с контролем параметров. Однако эта стратегия окажется более выгодной только при определенных условиях, которые и предстоит выявить с помощью обоснованного критерия.

При установлении фактического состояния РЭО (исправного или неисправного) с помощью системы контроля и возможных ошибочных решений могут быть следующие заключения о состоянии АРЭО: «Исправное» с вероятностью p и «неисправное» с вероятностью q. При этом в качестве условных рисков принимаются потери, которые целесообразно выразить в стоимостных оценках. Стоимостные оценки при этом следующие: С - затраты на определение технического состояния РЭО, С_То - затраты на операции ТО, выполняемые по результатам определения технического состояния; С - потери вследствие невыполнения оперативной задачи, т.к. к обеспечению производственной деятельности авиапредприятия может быть допущено неисправное оборудование.

Составляющие рисков могут быть определены в каждом конкретном случае для любого типа оборудования.

Средний условный риск [3] может быть представлен

.

Поскольку в планово-предупредительной системе ТО при любом обслуживании затраты равны С , то критерий может служить технико экономическим критерием эффективности системы ТО.

Тогда

В представленное выражение критерия кроме чисто экономических затрат входят вероятности ошибочных решений a и. _ Эти величины определяются характеристиками объекта эксплуатации и характеристиками средств контроля технического состояния. Следовательно, критерий g устанавливает связь между надежностными характеристиками объекта эксплуатации, показателями системы контроля и экономическими факторами.

Наиболее наглядно преимущество системы ТО по состоянию с контролем параметров проявляются, если определение ТО будет производиться безошибочно, т.е. при a=b=0. В этом случае

или .

Преимущества системы ТО по состоянию еще больше возрастут, если затраты на определение технического состояния будут существенно меньше затрат на ТО, т.е. С_опр<<C_То. В этом случае g = q^-1.

Из приведенного следует, что стратегия технического обслуживания по состоянию с контролем параметров особенно эффективна при эксплуатации высоконадежных типов АРЭО.

В реальных условиях соблюдение неравенства с возможно при использовании эффективных автоматизированных систем контроля и диагностики технического состояния АРЭО. В наибольшей степени этому условию удовлетворяют АСКДУ.

Другой разновидностью стратегии ТО по состоянию является стратегия с контролем уровня надежности. Признак технического состояния объекта при такой стратегии – возникновение отказа. Следовательно, использование такой стратегии возможно только для изделий авиационной техники, отказы которых не влияют на безопасность полетов.

Здесь предполагается контроль надежности на основании статистических данных по отказам группы однотипных изделий.

Использованию данной стратегии на практике должен предшествовать комплекс организационно технических мероприятий, основные из которых следующие:

- сбор и обработка статистической информации для оценки уровня надежности на основе статистических методов; задачей этого этапа является получение достоверных данных о фактическом уровне надежности;

- разработка методики и определение допустимого уровня надежности;

- разработка методики сравнения допустимого уровня надежности с фактическим;

- разработка рекомендаций по поддержанию требуемого уровня безотказности.

Такими рекомендациями могут быть как конструктивно-технологические меры, так и эксплуатационные факторы. В качестве эксплуатационных мер используются введение дополнительных работ по ТО, облегчение режимов эксплуатации и др.

В качестве показателя фактического уровня надежности может использоваться параметр потока отказов , который удобно вычислять на основании статистических данных по эксплуатации парка однотипных изделий. Исходной информацией при этом является число наблюдаемых в процессе эксплуатации объектов, наработка объектов на отказ, число отказов. В качестве критерия эффективности системы ТО используют один из комплексных показателей надежности. Следует отметить высокую экономическую эффективность данной стратегии, поскольку ее применение позволяет полностью использовать ресурс изделия. Однако это эффективно только в том случае, если отказы изделия не приводят к большим потерям в производственной деятельности авиапредприятия.

Практическое использование стратегии по уровню надежности заключается в том, что через определенные промежутки времени вычисляют значение параметра потоков отказов.

Исходная информация при этом: число однотипных элементов N, число однотипных образцов n и наработка Т. Уровень надежности однотипных элементов контролируют путем сравнения фактического числа отказов n c допустимым n . Допустимое число отказов определяют по значению потока отказов эксплуатируемого оборудования. Повышение фактического числа отказов по сравнению с допустимым свидетельствует о существенном снижении надежности и необходимости разработки мероприятий по ее повышению.

Из изложенного выше следует, что эффективность средств обеспечения полетов в значительной степени определяется качеством систем контроля и диагностирования технического состояния этих средств.

Очевидно, что наиболее прогрессивным способом технического обслуживания является ТО по состоянию с прогнозированием отказов, которое осуществляется на базе использования автоматизированных систем контроля параметров, диагностирования места отказов и управления объектом по результатам контроля (АСКУ).

Для построения АСКУ и оценки уровня их эффективности необходимо знать динамику взаимодействия объекта контроля с системой контроля и диагностирования. При этом АСКУ должны быть разделены на два больших вида в зависимости от особенностей объекта контроля и диагностирования: АСКУ бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) и АСКУ наземного радиотехнического оборудования управления воздушным движением (НРТО УВД).

Система БРЭО, предназначенная для решения навигационно-пилотажных задач, состоит из радиолокационного, навигационно-пилотажного оборудования и средств управления и связи. Система НРТО УВД осуществляет информационное обеспечение контуров управления полетами и состоит из связных, радиолокационных и радионавигационных средств.

АСКУ БРЭО осуществляет контроль параметров по двум видам: предполетная проверка, которая характеризуется малой продолжительностью и полнотой контроля и направлена на оперативную оценку работоспособности объекта по определяющим параметрам, и предварительная проверка, осуществляющая как контроль функционирования, так и диагностирование места неисправностей БРЭО. Проверка каждого параметра осуществляется при нескольких значениях рабочей частоты и заключается либо в формировании стимулирующих сигналов и измерении ответной реакции на них, либо в непосредственном измерении сигналов контроля. Центральной подсистемой является аппаратура стимуляции и преобразования сигналов (АСП). Обобщенная структурная схема АСКУ БРЭО представлена на рис. 7. В качестве источников стимулирующих сигналов в АСП используют синтезаторы частоты. Наличие в составе АСКУ БРЭО широкополосных синтезаторов частоты, следящих и управляющих систем приводит к зависимости времени проверки параметров от последовательности их контроля, что является главной особенностью АСКУ БРЭО. Бортовое оборудование имеет строгие ограничения по массе, габаритам и энергоемкости, которые должны учитываться при построении аппаратуры встроенного контроля и комплекса.

Для НРТО УВД ограничения по массе и габаритам не столь существенны. Однако к АСКУ НРТО УВД предъявляются более жесткие требования в части дистанционного контроля и управления, поскольку сами контролируемые объекты могут быть значительно удалены (до 17 км) от КДП. Наземное радиооборудование УВД относится к системе непрерывного действия, имеет 100% резерв и обладает возможностью как местного, так и дистанционного управления. Основным видом технического обслуживания этих средств на сегодняшний день является регламентное, которое характеризуется высокими эксплуатационными затратами. Действенным способом снижения этих затрат и повышения эффективности является повышение уровня автоматизации диагностирования технического состояния и переход на обслуживание НРТО УВД без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Это вызывает необходимость создания АСКУ НРТО УВД с возложением на них функций автоматизированного дистанционного контроля и управления, диагностирования и прогнозирования технического состояния радиосредств. Помимо указанных функций АСКУ должно обеспечивать комплексирование РТС УВД, т.е. возможность управления каждым средством с единого пульта.

Из анализа особенностей функционирования и эксплуатации, бортовых и наземных РТС ОП следует, что проектирование АСКУ таких систем должно выполняться с позиций системного подхода, с учетом характеристик объекта контроля, тактики его эксплуатации и технического обслуживания.

Результаты синтеза автоматизированной системы контроля и диагностирования РТС ОП целесообразно оценивать приращением ее эффективности. При этом необходимо установить связь основных показателей АСКУ с эффективностью системы контроля и диагностирования (W ) и определить влияние W на качество РТС ОП.

Показатель эффективности АСКУ технического состояния согласно [5] может быть представлен в виде

Рис.7

Где С_ск, С_АСКУ – суммарные стоимостные затраты на техническое диагностирование до и после автоматизации, - разность стоимости последствий отказов до и после автоматизации j-го вида РТС, средняя стоимость доработок j- го вида РТС ОП при подготовке к автоматизированному диагностированию, Сэj – затраты на эксплуатацию АСКУ j – го РТС, Нj =Нj (hj) – средние затраты на ручное техническое диагностирование, Аj = Aj (hj), Bj =Bj (hj) – коэффициент, характеризующие снижение соответственно временных и стоимостных затрат на техническое диагностирование при его автоматизации.

.

Здесь - наработка j –го РТС за год эксплуатации; t - периодичность диагностирования; - средняя оперативная продолжительность технического

диагностирования j-го РТС; n_cpj , С_tj – соответственно среднее число и тарифная ставка специалистов, выполняющих диагностирование.

Влияние показателей АСКУ на качество РТС ОП можно установить через стоимость последствий отказов С_по, поскольку она, являясь функцией пропускной способности системы диагностирования, одновременно определяется уровнем безопасности полетов, характеризуемым вероятностью взлета-посадки воздушного судна Р_вп. Вероятность взлета-посадки задается требованиями IKAO и является основным показателем эффективности системы обеспечения полетов.

где М(t) – суммарное число воздушных судов, находящихся в зоне аэродрома, C_ni - стоимость полета воздушного судна (ВС) i- го типа (i=I, N_BC), отправляемого на второй круг или запасной аэродром или стоимость последствий по причине невыполнения взлета-посадки.

В зависимости от качества РТС ОП и системы ее обслуживания вероятность взлета-посадки можно представить следующим выражением

Отсюда следует, что Р_ВП – определяется составом m и надежностью l_j РТС ОП, пропускной способностью АСКУ этих средств h_j и не зависит от параметров потока воздушных судов. Недостаточная пропускная способность АСКУ приводит к снижению безопасности и регулярности полетов. Повышение уровня автоматизации системы контроля и диагностирования РТС ОП при сохранении заданных требований по надежности и достоверности контроля повышает эффективность АСКУ, снижает стоимость последствий отказов и приводит к повышению эффективности системы обеспечения полетов.

Структуры ЦАСКУ и ДАСКУ представлены на рис.8 и рис.9. На рисунке обозначено: УВВ – устройство ввода и вывода, содержащее дисплей (Д), фотосчитывающее устройство (ФС), перфоратор (ПФ), автоматическое печатающее устройство (АЦПУ), ВЗУ – внешнее запоминающее устройство, БСП – буферная стековая память, необходимая для записи, хранения и считывания аварийных сигналов, МПС – мультиплексор, МДМ – модемы. Централизованная система имеет одну управляющую ЭВМ на контрольно-диспетчерском пункте (КДП) и коммутационно-сигнальную аппаратуру (КСА) на объектах контроля. Децентрализованная система включает центральное и локальное управляющие звенья (ЦЗУ и ЛЗУ), содержащие ЭВМ. Локальные звенья управления выполняют следующие основные функции: циклический контроль каждого параметра средства, прогнозирование и регистрация значения параметра на сутки вперед, диагностирование отказа или неисправности, автоматическое переключение на резерв, прием и исполнение команд управления РТС, посылка сообщения об исполнении команд на КДП. Центральная ЭВМ передает команды управления в ЛЗУ, принимает сигналы состояния комплекса РТС и регистрирует их, осуществляет индикацию на дисплее состояния любого функционального узла комплекса средств в любой час любых последних десяти суток.

Важной особенностью комплекса наземных радиосредств УВД с позиций обеспечения полетов является его непрерывная работа. Поэтому при реализации АСКУ в аэропорту функционирование радиосредств не должно нарушаться или прерываться. Такое требование обеспечивается включением в состав АСКУ устройства сопряжения АСКУ с НРТО и расположенным на КДП пультом управления средствами. Это обеспечивает распараллеливание информационных потоков между КДП и ЭВМ и делает возможным управление НРТО как с пульта КДП, так и с помощью АСКУ.

При построении АСКУ на основе ЭВМ необходимо руководствоваться следующими требованиями к ее аппаратному и программному обеспечению: согласованность АСКУ с АСУ аэропорта по типу используемой вычислительной техники и возможность организации базы данных и реализация диагностирования и прогнозирования технического состояния всех основных и резервных наземных радиосредств УВД, невысокая трудоемкость

Дата добавления: 2015-05-29