CC BY
59
ния трех параллелепипедов внутри дискретного представления ОР для двумерного случая. Диагональные элементы сетки обозначены одинаковыми маркерами: диагональ прямоугольника р помечена
круглым маркером, диагональ прямоугольника Р. -квадратным маркером, диагональные элементы прямоугольника Р3
Далее выполняется поиск максимально возможного смещения Др ;
Устанавливается индекс смещения для следующей координаты (0,1,...,0) ;
Выполняется проверка (kP, kP +1,..., kP )
на вхож-
P3 обозначены крестиком.
дение в B+ ; Выполняется
поиск
максимально
возможного
А
P
смещения д2
Если Др < Др , то Др = Др ;
Устанавливается индекс смещения для следующей координаты (0,0,1,...,0) ;
Выполняется проверка (кр, кр, кр +1,..., кр ) на
в,+.
[ min
Рисунок 2
- Построение вписанных в ОР параллелепипедов
Алгоритм состоит в последовательном переборе элементов сетки из подмножества В+ и попытки
для каждого построить вписанный гиперпараллелепипед максимального объема. Для каждого такого
элемента с
индексами смещения
(kp, кр,..., кр ) итерационно
(SP ,SP ,...,SP)
индексов
генерируются смещения индексов (^ ,...,~„
следующим образом:
Задается начальное смещение по первой координате (1,0,...,0) ;
Выполняется проверка элемента (кр +1, кр,..., кр)
на вхождение в
B+
вхождение в
Процесс повторяется и заканчивается, на последнем индексе, либо когда полученный элемент
не принадлежит В+ . Параметры полученного гиперпараллелепипеда фиксируются. Выполняется переход к следующему элементу сетки для построения гиперпараллелепипеда.
Заключение
Рассмотрена задача анализа запасов работоспособности по отдельным параметрам с целью оценки влияния их вариаций на работоспособность системы. Построенные гипер-параллелепипеды позволяют найти параметры, имеющие наибольший диапазон варьирования, при этом оценить диапазоны варьирования остальных параметров, найти наиболее сбалансированный по соотношению сторон вписанный гиперпараллелепипед, обеспечивающий максимальный запас работоспособности при неизвестных тенденциях дрейфа параметров. Предложен алгоритм построения гипер-параллелепипедов, вписанных в дискретное представление ОР на основе регулярной сетки.
ЛИТЕРАТУРА
Основы автоматизированного проектирования.
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,
1. Норенков И.П. 2002. - 336 с.
2. Катуева Я.В., Назаров Д.А. Аппроксимация и построение областей работоспособности в задаче параметрического синтеза // Международный симпозиум «Надежность и качество». - Пенза: ПГУ. -2005. - С. 130 - 134.
3. Назаров Д.А. Алгоритмы сжатия данных при построении и использовании областей работоспособности // Надежность и качество - 2011: труды международного симпозиума в 2 т. / под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Изд-во ПГУ. - 2011. - 1 т. - С. 250 - 254.
4. Назаров Д.А. Использование областей работоспособности для оптимального выбора номиналов параметров // Информатика и системы управления. - 2011. - № 2(28). - С. 59 - 69.
УДК 629.735.33
Рыбалкина1 А.Л., СпириН А.С.
гФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет гражданской авиации» (МГТУ ГА), Москва, Россия
2ОАО НПО «ЛЭМЗ», Москва, Россия
СИНТЕЗ МЕТЕОИНФОРМАЦИИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
Безопасность полетов определяется как состояние, при котором риски, связанные с авиационной деятельностью, относящейся к эксплуатации воздушных судов или непосредственно обеспечивающей такую эксплуатацию, снижены до приемлемого уровня и контролируются [1]. Для того, чтобы определить, в каких направления:': необ::о-
димо проводить мероприятия по безопасности полетов целесообразно проанализировать статистику авиационных происшествий в гражданской авиации (ГА) РФ. На рис. 1 показаны абсолютные показатели аварийности за десятилетний период. Из графика видно, что имеется тенденция к росту числа авиационных происшествий.
Рисунок 1
Абсолютные показатели
арийности в РФ за 2005-2014 гг
При этом относительный показатель аварийности (на 100 тыс. часов налета) для тяжелых
транспортных воздушных судов (ВС) ГА имеет тенденцию к снижению [доклад МАК 2014 г.)], хотя на вертолетах этот показатель повышается.
На безопасность полетов влияют следующие факторы:
1. человеческий фактор - люди в той обстановке, в которой они живут и трудятся, взаимодействуют с машинами, процедурами и окружающей обстановкой, а также между собой;
2. технический фактор - включает характеристики ВС и другой авиационной техники, средства навигации и управления воздушным движением;
3. неблагоприятные внешние условия (НВУ) -события или явления во внешней среде, которые создают угрозу безопасности полета. К ним относятся неблагоприятные метеорологические условия, скопление в воздухе птиц, наличие спутных следов от ранее пролетевших самолетов и т.д.
На рис. 2 представлены факторы, обусловившие авиационные происшествия за последние пять лет.
Из диаграммы видно, что в качестве основного фактора, обусловившего авиационные происшествия, наибольшее количество (7 9%) связано с человеческим фактором, 19% связаны с отказами и неисправностями авиационной техники, 2% - с НВУ.
Помимо основной причины НВУ могут также выступать в качестве сопутствующего фактора, обусловившего авиационное происшествие. Количество
происшествий, связанных с неблагоприятными внешними условиями, выступающими в качестве основного и сопутствующего фактора приведены в таблице 1. Их доля в общем количестве авиационных происшествий остается примерно на одном уровне (в среднем 15,3 % за период с 2008 по 2014 гг.) . Большинство авиационных происшествий, связанных с НВУ, в качестве основной или сопутствующей причины имеют человеческий фактор.
Человеческий фактор. 79%
Рисунок 2 - Факторы, обусловившие авиационные происшествия за 2010-2014 гг Количество и доля авиационных происшествий, связанных с неблагоприятными внешними условиями Таблица 1
Год 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Авиационные происшествия 25 24 24 38 40 29 38
Авиационные происшествия, связанные с неблагоприятными внешними условиями 6 3 3 7 5 4 5
Доля авиационных происшествий, связанных с неблагоприятными внешними условиями 24 12,5 12,5 18,4 12,5 13,8 13,2
Рисунок 3 - Распределение авиационных происшествий, связанных с неблагоприятными внешними условиями, по типам ВС за 2008-2014 гг
Распределение авиационных происшествий, связанны:: с неблагоприятными внешними условиями,
по типам ВС за 2008-2014 гг. показано на рис. 3. Большинство авиационных происшествий, связанных с НВУ, приходится на вертолеты - 5 8%, а на самолеты - 3 6 %. За рассмотренный период имели место по одному авиационному происшествию дельталетом и аэростатом, которые были связаны с попаданием в турбулентные потоки и порывистым ветром.
Распределение причин авиационных происшествий, связанных с неблагоприятными внешними условиями для самолетов за 2008-2014 гг. показано на рис. 4. Больше половины авиационных происшествий с самолетами были обусловлены нарушением метеоминимума или потерей пространственной ориентировки в условиях ограниченной видимости. В ряде случаев эти причны имели место совместно, когда при полете ниже установленного метеоминимума происходила потеря пространственной ориентировки в связи с явлениями, способствующими снижению видимости.
Нарушение мегеомннимума. 25%
Рисунок 4 - Распределение причин авиационные: происшествий, связанны:: с неблагоприятными внешними
условиями для самолетов за 2008-2014 гг
В случае с вертолетами (рис. 5) также большинство авиационных происшествий связано с условиями, к которым пилот не был подготовлен (79%): нарушение метеоминимума, полет в услови-
ях, не соответствующих правилам визуальных полетов (ПВП), потеря пространственной ориентировки в условиях ограниченной видимости.
Рисунок 5 - Распределение причин авиационных происшествий, связанных с неблагоприятными внешними
условиями для вертолетов за 2008-2014 гг
Таким образом, представляется актуальным изучение причин вылета ВС по нелетному прогнозу и попаданию в непрогнозируемые метеоусловия. Список факторов, способствующих нарушению метеоминимумов следующий:
неудовлетворительный анализ метеоусловий при принятии решения на вылет,
невыполнение требований нормативных документов о возврате на аэродром вылета при несоответствии метеоусловий для продолжения полета,
неудовлетворительная организация метеообеспечения полетов (несоответствие прогноза погоды реальным метеоусловиям).
В этом списке причин обращает на себя внимание выявленные недостатки в метеообеспечении, поэтому в дальнейшем был проанализирован один из возможных путей улучшения метеообеспечения с целью повышения безопасности полетов.
Для улучшения уровня обеспеченности конечных пользователей метеоинформацией планируется ведение радиолокационного геофизического мониторинга окружающей среды.
Радиолокационные комплексы осуществляют геофизический мониторинг окружающей среды, целью которого является контроль и обнаружение метеорологических явлений, влияющих на безопасность полетов, анализ и прогнозирование состояния облачности, появления осадков и связанных с ними опасных явлений погоды для получения краткосрочного прогноза и штормовых предупреждений. Результатами мониторинга является получение, обработка и представление достоверных данных о погодных условиях в конкретном регионе, на основании которых принимаются решения по обеспечению полетов.
Особое значение имеет своевременное получение метеоинформации по крупным территориям, которую можно получить на основании соответствующих данных от нескольких радиолокаторов. Внедрение доплеровских метеорологических радиолокаторов ДМРЛ-С позволяет повысить эффективность системы наблюдения за опасными метеообразованиями и явлениями.
За полноту, качество и своевременность метеорологического обеспечения несут ответственность оперативно-производственные метеоподразделения, входящие в состав Росгидромета России.
В настоящее время число потребителей, чья производственная деятельность зависит от свое-
временного получения качественной метеорологической информации возросло. Одновременно повысилось качество и эффективность радиолокационной и вычислительной техники, включая аппаратуру и программное обеспечение по приему и передаче информации. Накопленный радиометеорологами опыт при работе с МРЛ дает возможность, в конечном итоге, создать многофункциональную метеорологическую автоматизированную радиолокационную сеть (МАРС) России. Под многофункциональностью понимается работа всех метеорадиолокаторов, находящихся в сети, по единой программе наблюдения и обработки информации на основе базовых измерений и алгоритмов выходных информационных продуктов, которые удовлетворяют требованиям всех потребителей.
Создаваемая система должна обеспечивать возможность включения в свой состав неограниченного числа МРЛ, образующих сеть, обеспечивающую контроль метеорологической обстановки по определенной территории.
Эта система должна обеспечивать решение следующих основных задач [3]:
- получение радиолокационных данных, характеризующих облака и осадки в зоне обзора;
- идентификацию метеорологических явлений, включая опасные, связанные с облачностью;
- расчет скорости перемещения облачных систем;
- сверхкраткосрочный прогноз перемещения и эволюции полей облаков и осадков (экстраполяци-онным методом);
- оперативную передачу информации об облачности, осадках и опасных явлениях в прогностические центры, для использования при разработке прогнозов погоды и предупреждений об опасных и неблагоприятных явлениях погоды;
- оперативную передачу специализированной информации об облачности, осадках и опасных явлениях в аэропорты и автоматизированные системы управления воздушным движением для использования диспетчерским составом гражданской авиации и ВВС в целях обеспечения безопасности полетов авиации;
- передачу специализированной оперативной и (или) архивной информации об облачности и осадках в органы власти субъектов РФ, территориальных образований и другим потребителям;
- объединение (совмещение) информации об облачности, осадках и опасных явлениях погоды, полученной по сети МРЛ, по освещаемой территории, включая в перспективе территории сопредельных государств по их согласию;
- архивацию получаемой метеорологической информации с использованием технических средств, обеспечивающих ее длительное хранение;
- возможность использования разных комплексов автоматизации радиолокационных наблюдений, применяемых на МРЛ для создания системы.
В настоящее время для создания сети, охватывающей большую часть территории Российской Федерации в качестве базового локатора был выбран радиолокатор ДМРЛ-С.
ДМРЛ-С предназначен для [4]:
- отображения распределения различных метеорологических данных (отражаемости, скорости, ширины спектра, а также в режиме двойной поляризации: дифференциальной отражаемости, фазы, коэффициента кросскорреляции и линейного депо-ляризационного отношения) на различных высотных уровнях по типу псевдо-CAPPI;
- расчета и отображения вертикального профиля скорости, направления ветра до высоты верхней границы обнаружения метеообъектов и других доплеровских продуктов;
- расчета и отображения интенсивности осадков за любой интервал времени;
- определения опасных явлений погоды (град, гроза, шквальные усиления ветра, интенсивный дождь и снег, сильная турбулентность);
- отображения скорости и направления перемещения облачных систем;
- выдачи радиолокационной информации в необходимых кодограммах.
ДМРЛ-С состоит из основных модулей и блоков:
- антенной системы, установленной чаще всего на башне;
- центрального управляющего вычислительного комплекса;
- удаленного управляющего вычислительного комплекса;
- абонентских пунктов;
- сети передачи данных;
- системы бесперебойного питания (СБП), чаще всего выполненной на базе источников бесперебойного питания и дизель генераторных установок.
При установке нескольких ДМРЛ-С в зоне ответственности одного центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ЦГМС) возникает необходимость обработки достаточно большого объема информации.
Для реализации этих целей необходимо создание автоматизированной информационно-управляющей системы (АИУС), позволяющей не только управлять отдельными ДМРЛ, но и анализировать в автоматическом режиме поступающую информацию от нескольких радиолокаторов.
При этом сама система должна состоять функционально из следующих составляющих:
1. Вычислительный модуль. Наиболее перспективным вариантом реализации вычислительного модуля на данный момент является кластерная архитектура построения с горячим резервом и, учитывая актуальность обрабатываемой информации, модульной избыточностью.
2. Система отображения. Для обеспечения более комфортных условий работы сотрудников ЦГМС при работе с данной системой наиболее перспективным вариантом реализации системы отображения является технология «бесшумного зала». Данная технология предусматривает размещение в диспетчерском (операторском) зале только системы ввода/вывода информации и системы отображения. Вся же вычислительная составляющая будет включена в вычислительный модуль. Так же из диспетчерского (операторского) зала будут вынесены элементы системы бесперебойного питания (СБП). Данное решение позволит в значительной мере не только уменьшить уровень шума в помещении, но и уменьшить место, занимаемое аппаратурой, а также уменьшит уровень тепловыделения от техники.
3. Система бесперебойного питания. Для обеспечения непрерывной работы системы в её состав вводятся источники бесперебойного питания и дизель-генераторная установка.
В результате создания АИУС повышается производительность не только одного конкретного ЦГМС, но и всего Росгидромета в целом.
4. Система передачи данных. Учитывая уровень ответственности системы, а также для обеспечения большей защищенности информации в качестве базовых кабелей связи элементов системы разумным будет использование дублированной волоконно-оптической линии связи, а также дублированного активного сетевого оборудования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Приложение 19 к Конвенции о международной гражданской авиации. Управление безопасностью полетов [Электронный ресурс]. URL: http://www.aviadocs.net/icaodocs/Annexes/an19_cons_ru.pdf
2. Межгосударственный авиационный комитет. Информация. Доклады о состоянии безопасности полетов в гражданской авиации. [Электронный ресурс]. URL: http://www.mak.ru/
3. Приказ Росгидромета от 21.06.2004 №95 О внедрении на радиолокационной сети Росгидромета «основных технических требований к системе обнаружения опасных атмосферных явлений и штормового оповещения на базе метеорологических радиолокаторов» [Электронный ресурс]. URL: http://zakon.law7.ru/base05/part4/d05ru4 87 0.htm.
4. Доплеровский метеорологический радиолокатор ДМРЛ-С [Электронный ресурс]. URL: http://www.lemz.ru/goods/metrls/dmrlc/.
5. Затучный Д.А. Построение оптимальной системы связи "диспетчер-пилот". Труды Международного Симпозиума " Надёжность и качество ", Пенза, Том 1, 2010, с. 430-431.
6. Горячев Н.В. К вопросу реализации метода автоматизированного выбора системы охлаждения / Горячев Н.В., Кочегаров И.И., Юрков Н.К. // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2013. № 3 (25). С. 16-20.
7. Юрков Н.К. Оценка безопасности сложных технических систем. // Надежность и качество сложных систем №2. Пенза, 2013, с. 15-21.
УДК 629.7/621.01
Фурманова Е.А., Бойко О.Г., Шаймарданов Л.Г.
Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М. Ф. Решетнева, Красноярск, Россия
К ВОПРОСУ О МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССА ИЗМЕНЕНИЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ СЛОЖНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ
Введение. Основы математических моделей и методов расчета надежности заложены в статье [1] и монографиях [2, 3] в середине 1950-х и начале 1960-х годов. С той поры, эти основы оставались в неизменном виде и получили широкое развитие в трудах многих авторов.
Тем не менее, полезно вспомнить этапы зарождения основ теории надежности. Так, в 197 5 го-
ду, академик Ю.Н. Руденко писал [4]: «... В теории надежности появилось немало работ, которые можно рассматривать как математическое жонглирование индексами. Авторов таких работ мало волнует приложимость полученных ими результатов к практике проектирования и эксплуатации систем. Идет как бы саморазвитие науки не интересное в математическом аспекте и бесполезное в
