CC BY
13Факторы, влияющие на надежность сложных систем управления воздушным движением
Кондаурова Н.И., Дядечкин В.И.
Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина (г. Воронеж)
Аннотация
Рассмотрены основные показатели надежности системы управления воздушным движением на основе изменения показателя коэффициента готовности и технического использования.
Ключевые слова: сложная система; надёжность; управление; воздушное движение; коэффициент готовности.
Введение
Под надежностью системы управления воздушным движением понимается свойство системы сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Показатель надежности представляет собой количественную характеристику одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.
Надежность системы управления воздушным движением будет определяется безотказностью, достоверностью функционирования и характеристиками обслуживания, в первую очередь ремонтопригодностью (восстанавливаемостью после отказа), восстанавливаемостью информации после сбоев и проверкопригодностью.
Безотказность системы управления воздушным движением - свойство системы сохранять работоспособность в течение определенного промежуток времени при условии удовлетворения заданных ограничений на условия эксплуатации. Безотказность системы управления воздушным движением характеризуется закономерностями возникновения отказов. Безотказность системы управления воздушным движением может быть оценена средним временем наработки системы на один
отказ (Т0 ).
Последствия отказов характеризуются случайными величинами продолжительности перерыва в функционировании системы из-за ремонтных работ (случайными величинами продолжительности ремонта). Ремонтопригодность системы управления воздушным движением это степень приспособленности системы к предупреждению, обнаружению и устранению отказов. Ремонтопригодность определяет потерю работоспособности системы вследствие необходимости производить устранение неисправностей. Количество времени, затрачиваемого на ремонт для устранения отказов, является случайной величиной. Ремонтопригодность системы управления воздушным движением можно оценить средним временем устранения неисправности, другими
словами, средним значением времени восстановления работоспособности после отказа (ТВ О ). Работа
системы управления воздушным движением заключается в выполнении преобразовании информации. В силу указанной специфики рабочего процесса надежность системы управления воздушным движением наряду с безотказностью определяется также достоверностью функционирования. Достоверность функционирования системы управления воздушным движением - это свойство системы, определяющее безошибочность производных преобразования информации и характеризуемое закономерностями появления ошибок из-за сбоев. Достоверность функционирования системы управления воздушным движением можно оценить средним временем наработки системы на один сбой
5
3-2014
aviation, space-rocket hardware
(Тс ). Система управления воздушным движением считается восстанавливаемым объектом, если во
время эксплуатации может производиться ремонт по устранению возникающих неисправностей. В противном случае система является невосстанавливаемым объектом.
Технически исправное состояние элементов системы управления воздушным движением в процессе эксплуатации поддерживают проведением профилактических и восстановительных работ.
Для осуществляемых в процессе эксплуатации элементов системы работ по поддержанию и восстановлению их работоспособности характерны значительные затраты труда, материальных средств и времени. Как правило, эти затраты за время эксплуатации изделия значительно превышают соответствующие затраты на его изготовление. Совокупность работ по поддержанию и восстановлению работоспособности и ресурса элементов системы подразделяют на техническое обслуживание и ремонт, которые, в свою очередь, подразделяют на профилактические работы, осуществляемые в плановом порядке и аварийные, проводимые по мере возникновения отказов или аварийных ситуаций.
Свойство ремонтопригодности изделий влияет на материальные затраты и длительность простоев в процессе эксплуатации. Ремонтопригодность тесно связана с безотказностью и долговечностью элементов системы управления воздушным движением. Так, для элементов, с высоким уровнем безотказности, как правило, характерны низкие затраты труда и средств на поддержание их работоспособности.
Показатели безотказности и ремонтопригодности элементов являются составными частями комплексных показателей, таких как коэффициенты готовности Кг. и технического использования Кт.и. К показателям надежности, присущим только восстанавливаемым элементам системы, следует отнести среднюю наработку на отказ, наработку между отказами, вероятность восстановления, среднее время восстановления, коэффициент готовности и коэффициент технического использования.
Средняя наработка на отказ - наработка восстанавливаемого элемента, приходящаяся, в среднем, на один отказ в рассматриваемом интервале суммарной наработки или определенной продолжительности эксплуатации:
1 т
Т0 = - 2*
где и - наработка элемента до 1-го отказа; т - число отказов в рассматриваемом интервале суммарной наработки.
Наработка между отказами определяется объемом работы элемента от /-го отказа до (/ + 1)-го, где / =1, 2,..., т.
Среднее время восстановления одного отказа в рассматриваемом интервале суммарной наработки или определенной продолжительности эксплуатации:
т =1 Ь в1
В т.=1
Где — время восстановления /-го отказа; т - число отказов в рассматриваемом интервале суммарной наработки.
Коэффициент готовности Кг. представляет собой вероятность того, что элемент системы будет работоспособно в произвольный момент времени, кроме периодов выполнения планового технического обслуживания, когда применение изделия по назначению исключено. Этот показатель является комплексным, так как он количественно характеризует одновременно два показателя: безотказность и ремонтопригодность.
В стационарном (установившемся) режиме эксплуатации и при любом виде закона распределения времени работы между отказами и времени восстановления коэффициент готовности определяют по формуле:
Т
КГ =-—,
Г Т + Тв'
где То - средняя наработка на отказ; Тв - среднее время восстановления одного отказа.
www nauka -i-asu .ru
&
i-methods
Таким образом, анализ формулы показывает, что надежность элемента является функцией не только безотказности, но и ремонтопригодности. Это означает, что низкая надежность может быть несколько компенсирована улучшением ремонтопригодности. Чем выше интенсивность восстановления, тем выше готовность изделия. Если время простоя велико, то готовность будет низкой.
Другой важной характеристикой ремонтопригодности является коэффициент технического использования, который представляет собой отношение наработки изделия в единицах времени за некоторый период эксплуатации к сумме этой наработки и времени всех простоев, происходящих из-за устранением отказов, техническим обслуживанием и ремонтами за этот период. Коэффициент технического использования представляет собой вероятность того, что изделие будет работать в надлежащем режиме за время Т. Таким образом, КИ определяется двумя основными факторами -надежностью и ремонтопригодностью.
Коэффициент технического использования характеризует долю времени нахождения элемента в работоспособном состоянии относительно рассматриваемой продолжительности эксплуатации. Период эксплуатации, для которого определяется коэффициент технического использования, должен содержать все виды технического обслуживания и ремонтов. Коэффициент технического использования учитывает затраты времени на плановые и неплановые ремонты, а также регламенты, и определяется по формуле:
г „
Кг„ = -
г Н + * В + г Р + х„
где Н - суммарная наработка изделия в рассматриваемый промежуток времени; и г0 - соответственно суммарное время, затраченное на восстановление, ремонт и техническое обслуживание изделия за тот же период времени.
На основании выше изложенного приведем пример методики оценки надежности системы управления воздушным движением. Пусть наработка объекта на отказ имеет распределение Вейбулла-Гнеденко и представлена формулой:
F(x) = 1 - exp( -(А)")
А
Времена минимального восстановления и проведения полного ТО являются случайными величинами и распределены по экспоненциальному закону, соответственно с параметрами Х1, Х2. Т -протяжение времени моделирования функционирования объекта. В таблице 1, приведены исходные даны и результаты применения данной методики для них, причем при этих оценок ошибка расчета с вероятностью 0.98 не превышает 1 %.
Таблица 1
Исходные даны и результаты применения методики для оценки надежности системы
Исходные даны Результаты
1 а Л.1 ^2 Т8 4 а2 аз Кг Кти Б2
150 2 5 24 600 6000 10 20 35 0.897 0.864 6.211 3.789
Для таких же исходных данных, на рис. 2, представлены зависимости изменений коэффициента ТО (Кти) и коэффициента готовности (Кг) с увеличением Т\у - периода проведения полного ТО. Анализ графиков, представленных на рис. 2, показывает, что коэффициент готовности достигает значений, близких к единице при малых значениях времени эксплуатации (Кг=0.98, при Т*=100 ч). Это объясняется тем, после полного ТО все характеристики объекта обновляются, следовательно, работ, связанных с минимальным восстановлением объекта практически не требуется.
Для решения задачи оптимизации периода проведения ТО в пределах ошибок меньше, чем 1 % с достоверной вероятностью 0.97 были реализованы 6174 траектории процесса функционирования объекта.
¡-М^ко^-З 7 3-2014
AVIATION, SPACE-ROCKET HARDWARE
Полученные значения Т и соответствующие им оптимальные полученные значения приведены в таблице 2.
Таблица 2
Значения Т, и соответствующие им значения Кти
Оптимальные значения Соответствующие TW
Km(max)=0.883 320
Dl(max)=6.5 540
Заметим, что значение Кщ не достигает максимального значения при малых значениях Ту. Это происходит потому, что в коэффициенте технического использования учитывается, по своей сути, время, затрачиваемое на проведение ТО и ремонта.
Рис. 1. Изменение коэффициента технического использования (Кти) и коэффициента готовности (Kr) объекта с изменением Tw - период проведения полного ТО
Заключение
Таким образом, методика, основанная на имитационном моделировании, может эффективно применяться для решения задач, связанных с оценкой надежности информационных систем, оптимизацией периода ТО, причем с любой требуемой точностью. Единственный фактор, ограничивающий ее возможности - это стоимость в смысле машинного времени.
Литература
1. Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание. Математический подход: Пер. с нем. М.: Радио и связь. 1988. 392 с.
2. Петухов О.А. Моделирование: системное, имитационное, аналитическое: учеб. Пособие. Петухов О. А., Морозов А.В., Петухова Е.О. 2-е изд. испр. и доп. СПБ.: Изд-во СЗТУ. 2008. 288 с.
www nauka -i-asu .ru
8
i-methods
Для цитирования:
Кондаурова Н.И., Дядечкин В.И Факторы, влияющие на надежность сложных систем управления воздушным движением // i-methods. 2014. Т. 6. № 3. С. 5-9.
Factors affecting the reliability of complex systems of air traffic control
Kondaurova N.I., Dyadechkin V.I.
Military educational scientific center air force Military air Academy. Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin (Voronezh);
Abstract
Considered the main indicators of reliability of system of air traffic control based on the change in index of availability and technical use.
Keywords: complex system; reliability; management; air traffic; factor of readiness.
References
1. Beichelt F., Franken P. Reliability and maintenance. Mathematical approach: TRANS. with it. M.: Radio and communication. 1988. 392 p.
2. Petukhov O A. Modeling: system, simulation, analysis: proc. Allowance. Petukhov O.A., Morozov A.V., Petukhova E.O. 2nd ed. Rev. and additional SPB.: Publishing house of the SZTU. 2008. 288 p
For citation:
Kondaurova N.I, Dyadechkin V.I. Factors affecting the reliability of complex systems air traffic control // i-methods. 2014. Vol. 1. No. 3. Pp. 5-9.
i-methods
9
3-2014
