CC BY
141
2005 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУГА №90(8)
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники.
Безопасность полетов
УДК 621.396:084.3
КОНЦЕПТУАЛЬНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ОТКАЗОВ СРЕДСТВ РТОП И ЭС НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ
В.Е. ЕМЕЛЬЯНОВ, А.П. КРУГЛОВ
В работе рассматриваются принципы построения современной методики превентивного анализа влияния отказов радиотехнических средств на безопасность полетов.
Не вызывает сомнения тот факт, что безопасность воздушного движения зависит от надежности функционирования большого числа систем, в частности, средств радиотехнического обеспечения полетов и электросвязи (РТОП и ЭС). Так, например, в [1] указывается, что более 6% конфликтных ситуаций при УВД предопределены именно указанными средствами РТОП и ЭС.
Эксплуатационная надежность последних определяется организацией технического обслуживания (ТО), где в настоящее время для отрасли можно выделить несколько тенденций. Одна из них — классическая, основана на статистической теории надежности, позволяет планировать стратегии обслуживания в среднем для партии идентичных типов радиоэлектронного оборудования (РЭО) и не гарантирует оптимальное обслуживание каждого отдельного изделия. Однако статистические данные показывают, что отказы РЭО происходят как в период назначенного ресурса, так и за его пределами. Поэтому наблюдается устойчиво растущая потребность в разборке методов ТО каждого конкретного образца техники по его фактическому состоянию.
Кроме этого, анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО) позволяет агрегировать равносторонние требования к уровню безотказности тех или иных средств с учетом их влияния на уровень безопасности полетов.
Современная концепция организации технической эксплуатации и обслуживания средств РТОП и ЭС основана на идеях, изложенных в стандарте ИСО 9000-4-93 "общее руководство качеством и элементы системы качества. Часть 4: "Руководящие указания по улучшению качества", предусматривающих такую организацию управления (ТЭ и ТО), при которой появление отказов (дефектов) оборудования предупреждается, а не фиксируется г при диагностике и контроле функционального состояния оборудования или непосредственно в процессе его эксплуатации. АВПКО представляет при этом группу методов вероятностного анализа безопасности (ВАБ), предназначенных для превентивного анализа отказов и дефектов функциональных элементов системы (объекта), наиболее значимых с точки зрения их влияния на безопасность полетов.
На стадии ТЭ средств РТОП и ЭС роль ВАБ сводится к выявлению ситуаций, когда то или иное средство не обеспечивает гарантированный уровень безопасности воздушного движения и необходимо наискорейшим образом выявить этот факт, пока не произошла конфликтная ситуация при УВД, последствия которой могут быть катастрофичны. В этом случае необходимо экстренное вмешательство в оперативное обслуживание РЭО, разработка соответствующих корректирующих мероприятий. В условиях ограниченности ресурсов корректирующие меры должны быть четно аргументированы [2].
В работе [3] приведена единая схема (рис. 1), представляющая собой объединение задач анализа безопасности технических систем на стадии эксплуатации.
Рис. 1. Схема анализа безопасности средств РТОП и ЭС при эксплуатации
Очевидно, что далеко не все отказы средств РТОП и ЭС влекут за собой катастрофы ВС, но их фиксация позволяет получить достаточно много информации о влиянии того или иного средства на безопасность полетов. В руководстве ИКАО по предотвращению авиационных
происшествий DOC. 9422-AN/923 важнейшими особенностями информации о нарушении являются:
• сходство нарушений и аварий, позволяющие выявить те же аварийные факторы, что и при авариях, исключая тяжелые последствия;
• нарушения происходят гораздо чаще, чем аварии (по разным оценкам в 10... 100
раз), поэтому они являются обширным источником сведений об аварийных
факторах.
При проведении АВПО в соответствии с [3] последствия отказов РЭО по степени тяжести (влиянию на БП) удобно классифицировать следующим образом:
I. катастрофический отказ;
П. существенный отказ, приводящий к снижению уровня БП;
Ш. промежуточный (маргинальный) отказ, приводящий к экономическим
потерям, вызванными изменениями плана полетов;
IV. несущественный (незначительный) отказ.
Однако обязательным является дополнение АВПО частотным анализом при котором в качественной форме учитывается возможная частота (вероятность) поступления отказов. В табл.1 представлена Международной электротехнической комиссией (МЭК) классификационная матрица оценки частоты и значимости отказов по категориям 1-1У [4].
Таблица 1
Ожидаемая частота отказа Тяжесть (значимость) отказа, категория
I II III IV
Частый А А А С
Вероятный А А В С
Редкий А В В D
Очень редкий А В В D
Невероятный В С C D
Причины отказов, попавших в группу А, подлежат безусловному устранению. Причины отказов, попавших в группы В и С, требуют дальнейшего анализа, должны быть уточнены механизмы отказов, характер деградационных процессов и другие факторы, важные для более полного описания отказа. Причины отказов группы Л не требуют дополнительного анализа.
В настоящее время предложено несколько основных методов оценки критичности [4], которые закреплены в соответствующих национальных стандартах, например, военном стандарте США MIL-SID 1629А, германском стандарте автомобильного союза VDA и др.
Отметим, что с достаточной степенью полноты формат выполнения АВПКО -
процесса описан в стандарте VDA.
По отношению к рассматриваемым средствам РТОП и ЭС наиболее проблематичной представляется задача оценки уровней риска (градаций вероятностной оценки безопасности полетов) в силу многоплановости и особенностей использования большого числа разнообразных средств.
Действительно при решении этой задачи необходимо на различных фазах учитывать следующие параметры:
• фазы полета ВС (трасса, подход, посадка и т.д.);
• особенности конкретной зоны УВД - РЦ, АДЦ (АДП), РЦ ЕС УВД и т. д. ;
• режим работы средства - автономный или в составе АС УВД;
• возможность функционального резервирования (комплексирования информации).
В дальнейшем авторы предполагают разрешение указанных трудностей с помощью постепенного решения задач по оценке влияния соответствующих средств РТОП и ЭС на точность выдерживания ВС навигационных характеристик полета с учетом динамики движения в соответствующей фазе полета.
В свою очередь, предлагается постановка байесовского оценивания показателей БП, включающая в себя следующие элементы:
распределение вероятностей основной случайной величины, характеризующее БП (например, функция распределения вероятности конфликтной ситуации при УВД Б(1:;у), где у - вектор параметров);
априорное распределение вероятностей, например, в виде плотности распределения д(0) вектора параметров в, характеризирующее энтропию имеющейся априорной информации 1а о БП;
функцию потерь 0( К^Д), которая отображает потери, связанные с заменой истинного значения показателя БП Я его оценкой К;
план П, предписывающий способ экспериментальных данных 1э ,например, в ходе постановки полунатурального моделирования.
Очевидно, что задача заключается в получении оценки показателя БП Я при объединении априорных 1а и экспериментальных 1э данных.
В [5] рассматриваются две формы представления оценок показателей БП: совокупность точечной оценки К и среднего квадратического отклонения а&,
характеризирующего точность определения К-;
доверительный интервал [ К, К ] при заданной доверительной вероятности у.
Функция
потерь
0(К, К)
Рис.2. Общая схема получения оценок
На рис. 2 представлена общая схема получения байесовских оценок.В схеме, изображенной на рис. 2, можно выделить следующие основные этапы.
Этап 1. Составление функции правдоподобия I(в|/э) .
Этап 2. Построение апостериорного распределения #(в|/а, /э) . При этом используется
формула Байеса , I (в/„ )1 (в/э) _
?(в|/„ , /, ) = 7—;*-„—— (1)
1 11 (в|/„ )1 (в/, )йв
в
где в - область изменения параметра в.
Этап 3. Получение байесовских оценок. Байесовский доверительный интервал определяется условием р{к < К < К}= у, или
11 (в|/„, /э )<1в = у (2)
К<К<К
Для нахождения байесовской точечной оценки К* записывают функцию апостериорного риска
н (К) = | С(К, К(в))/(в|/„, / э )йв (3)
в
и среди всех оценок R выбирается та, которая минимизирует функцию (3):
R = afg ifeto , и min H (R) (4)
В случае, если в качестве потерь выбирается квадратичная функция вида
G(R, R) = (R - R)2 , то байесовская оценка R* определяется в виде апостериорного среднего
R' = J R(*y (в|/„, I , )dq (5)
в
Погрешность расчета значения R оценивается с помощью апостериорного среднего квадратического отклонения , для которого справедливо соотношение
sR. = J R 2 (вУ(в|/„ ,1, )dq-(6)
в
ЛИТЕРАТУРА
1 ИКАО. Международное совещание по связи. Документ СОМ-81-Р/5, 12/1/81. Монреаль, 1981.
2 Аронов И.З. Современные проблемы безопасности технических систем и анализа риска //Стандарты и качество. 1998, №3.
3 Александровская Л.Н., Афанасьев А.П., Лисов А.А. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем. -М.: ЛОГОС. 2001.
4. Статистические методы анализа безопасности сложных технических систем. /Под ред. В.П. Соколова. -М.: ЛОГОС. 2001.
5. Савчук В.П. Байесовские методы статистического оценивания. - М.: Наука. 1989.
CONCEPTUAL-METHODICAL BASES OF THE INFLUENCE REFUSIAL FACILITIES RTPF AND EC ON
SAFETY FLIGHT
Emylyanov V.E., A.P. Cruglov
In work the principles of construction of modem technique of the analysis of failures of radio engineering means on safety of flights are considered.
Сведения об авторах
Емельянов Владимир Евгеньевич, 1951 г.р., окончил КИИ ГА (1974), доктор
технических наук, профессор МГТУ ГА, автор более 90 научных работ, область научных интересов техническая эксплуатация радиоэлектронного оборудования, функционирующего в сложной электромагнитной обстановке.
Круглов Алексей Петрович, 1959 г.р., окончил МИИ ГА (1982), заместитель начальника отдела безопасности "Госкорпорации по ОрВД", область научных интересов системы менеджмента безопасности.
