CC BY
22
УДК 629.3
ОЦЕНКА ВИДОВ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ВЫРАБОТКИ
СРЕДНЕГО РЕСУРСА ПРИ УПРАВЛЕНИИ ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ КОМПЛЕКСОВ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
Потапов Андрей Николаевич
заместитель начальника кафедры эксплуатации радиотехнических средств (обеспечения полетов) Военного учебно-научного центра ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», (г. Воронеж), кандидат технических наук, доцент
Буешев Ерик Еркинович
адъюнкт Военного учебно-научного центра ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
Шароглазов Вадим Борисович
преподаватель кафедры организации эксплуатации и технического обеспечения ВВСТВоенно-космической академии имени А.Ф. Можайского (г. Санкт-Петербург)
Попов Павел Георгиевич
профессор кафедры физико-математических дисциплин НОУВПО "Международная академия образования", доктор технических наук, профессор
В статье рассмотрен вопрос оценки видов изменения параметров и выработки среднего ресурса при управлении техническим состоянием комплексов средств автоматизации управления воздушным движением. Показано, что техническое
обслуживание необходимо проводить при рациональном сочетании методов, каждый из которых представляет собой совокупность определенных правил оценки и управления техническим состоянием объектов для назначения сроков начала
работ по техническому обслуживанию.
Ключевые слова:
• комплекс средств автоматизации,
• техническое обслуживание,
• техническое состояние,
• ресурс,
• безотказность.
Potapov Andrey Nikolaevich, deputy chief of chair of operation of radio engineering means (ensuring flights) of the Air Force Military educational scientific center "Military and air academy of professor N. E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin" (Voronezh), сandidate of Technical Sciences, associate professor.
Buyeshev Eric Erkinovich, graduated in a military academy of the Air Force Military educational scientific center «Air-force academy of professor N. E. Zhukovsky and Yu. A. Gagarin» (Voronezh), candidate of technical sciences, the associate professor.
Sharoglazov Vadim Borisovich, lecturer in Department of the organization of operation and technical providing arms of military and special equipment, Military Space Academy of A. F. Mozhaisky.
Popov Pavel Gergievich, professor of physico-mathematical disciplines NOU VPO "InternationalAcademy ofeducation",doctor of technical sciences, professor
Assessment of types of change of parameters and framing of an average resource in case of control of technical condition of complexes of an automation equipment of air traffic control
In article the question of an assessment of types of change of parameters and framing of an average resource in case of control of technical condition of complexes of an automation equipment of air traffic control is considered. It is shown that maintenance needs to be carried out in case of a rational
combination of methods, each of which represents set of certain rules of an assessment and control of technical condition of objects for assignment of periods of the beginning of operations on maintenance.
Keywords:
• complex of an automation equipment,
• maintenance,
• technical condition,
• resource,
• faultlessness.
В настоящее время в основном действует планово-предупредительная система эксплуатации, которой присущи признаки метода эксплуатации по наработке (ресурсу), характерными чертами которого являются:
- установление различного вида ресурсов отдельных изделий и комплексов средств автоматизации (КСА) в целом;
- проведение профилактических мероприятий через заранее выбранные интервалы времени наработки независимо от фактического состояния систем и изделий (регламентные, периодические и другие).
Однако имеется ряд негативных факторов, связанных с применением метода эксплуатации по наработке. К ним относятся:
1. Низкие значения гарантийных ресурсов (сроков службы) КСА и отсутствие единого принципа их обоснования.
2. Применение нерациональных форм эксплуатации КСА при фиксированных ресурсах, назначении объемов капитального ремонта без учета фактического состояния.
3. Анализ информации о функционировании КСА на различных стадиях жизненного цикла. Он показывает, что наиболее длительными и затратными являются эксплуатационная и ремонтная стадии. Согласно проведенным исследованиям в среднем длительность эксплуатационной и ремонтной стадии
оценивается в 60-70%, а затраты в 5060% от значения длительности и затрат за весь цикл от проведения НИОКР по разработке КСА до их утилизации.
4. Установленные предельные ресурсы (сроки службы).Для многих видов КСА являются необоснованными, что приводит к повышенным затратам за счет досрочного их описания, проблемам для продления их сроков эксплуатации и преждевременным отправкам в заводской ремонт.
В дальнейшем в статье под КСА понимаются средства автоматизации управления воздушным движением (УВД).
Не способствует рациональной эксплуатации планово-предупредительная система технического обслуживания (ТО) и из-за длительных сроков обслуживания, связанных с избыточностью фиксированных объемов работ. Особенностью эксплуатации КСА УВД является и то, что применение новой элементной базы и цифровой обработки информации приводят к существенному изменению характера процессов, описывающих техническое состояние КСА УВД во времени.
В идеализированной форме возможные виды изменения параметров технического состояния КСА УВД в процессе эксплуатации представлены на Рисунке 11.
На Рисунке 1а приведён пример непрерывного, монотонного изменение параметров хг во времени t - х(1), г = 1,п. Причём большая часть этих параметров хгф, г = 2,п-1 сосредоточена в узком секторе, по отношению к которому параметр х() нарастает быстрее, а х() - значительно медленнее. Такой характер изменения технического состояния (ТС) присущ большинству типов электромеханических устройств и электровакуумных приборов.
На Рисунке 1б представлен вид изменения параметров хгф, когда он также имеет непрерывный, монотонный характер, но все параметры принадлежат широкому
спектру от хдо хп(^. Такое изменение ТС характерно для полупроводниковых диодов, транзисторов и некоторых типов электромеханических устройств. Как видно из Рисунков 1а и 1б, при монотонном изменении параметры хгф подходят к предельному допуску - хдоп постепенно.
На Рисунке 1в представлен пример немонотонного изменения параметров х(), характерного для внезапных отказов. Причём возможно самопроизвольное изменение х() из состояния х() > хдоп в состояние хг(^ < хдоп, чем можно объяснить существующие на практике самоустраняющиеся отказы.
Такому характеру изменения ТС наиболее подвержены электромагнитные реле, штепсельные разъемы, интегральные микросхемы и другие приборы.
Для устройств, изменение параметров которых соответствует виду, изображенному на Рисунке 1а, рациональным было бы назначение фиксированных периодов выполнения ТО - tТО, исходя из анализа статистических характеристик изменения параметров х().
С момента tТО в течение времени AtТО производится оценка ТС изделий, необходимые профилактические регулировки, замены элементов и другие процедуры. Для быстро изменяющихся параметров вида х1(^ в межрегламентный период назначаются моменты проведения профилактических работ - tпр (целевые, контрольные осмотры) с продолжительностью Atпр. Затраты на управление техническим состоянием КСА окупаются обеспечением приемлемого уровня безотказности оборудования, но при этом готовность техники снижается из-за необходимости проведения плановых работ по ТО, т.е. из-за простоев в течение времени Atпр и AtТО.
Такая схема эксплуатации в данном случае является рациональной и соответствует существующей в настоящее
^,(0 *ъ(0 -ViiO
t t + !\t i ,{) t
up up np "
a
.v,(0 *.(/)
6
Л(0
x.
linn
x„
(t) X.(Q xr U)
*,<0
t.. L -t t, . , t,. -/ f. i
« Ay ie A./- 1 fij- 1 ff к J- 2
В
Рисунок 1. Примеры изменения параметров во времени
время планово-предупредительнои системе, реализующей метод управления ТС по наработке, до выработки ресурса.
Для КСА УВД, характер изменения ТС которых соответствует изображенному на Рисунке 1б, выход любого параметра х(1) за допуск хдот равновероятен в любой момент времени t. Для этого случая приме-
нение метода обслуживания по наработке приводит к снижению затрат на управление ТС при проведении ТО за счёт сокращения количества регулировок и профилактических замен. Однако при этом существенно возрастает число отказов КС в период между ТО. Если в качестве управляющего воздействия применить другие
методы управления ТС, то их эффективность будет возрастать с уменьшением 4р. Таким образом, получается, что при одних и тех же затратах на ТО снижается безотказность и готовность КСА, т.е. применение метода управления ТС по наработке в этом случае не будет рациональным2.
Для этого класса КСА наиболее приемлем метод, при котором по статистическим характеристикам процессов изменения каждого из параметров х(), кроме допуска хдоп ,определяется упреждающий допуск хупр, при попадании в который производится регулировка и компенсация погрешности параметра х() с приведением его к номинальному значению хном. При этом определяется также и оптимальный период контроля tкj.
При реализации данного метода ПР производятся отдельно по каждому параметру в момент времени, когда этот параметр достигнет упреждающего допуска. В этом случае возможно значительное сокращение затрат на ТО, обусловленное выполнением ПР, однако возрастают требования к достоверности и глубине контроля параметров.
Для КСА, изменение ТС которых характеризуется немонотонными процессами (внезапными отказами), приведёнными на Рисунке 1в, прогноз состояния и профилактика отказов затруднительна, а в некоторых случаях практически невозможна. Так, если в момент tкj осуществлять контроль изделия (ПР), то возможны следующие ситуации3:
- до момента контроля tкj отказ произошёл (параметр - х;(^), фиксируется в момент ^ и устраняется за время
- отказ происходит в момент (в процессе) контроля tк+1 параметра хг+() и также устраняется за время tв;
- в процессе контроля tкj+2 отказов изделия не фиксируется.
Видно, что любые работы по контро-
лю ТС с целью профилактики не эффективны и приводят к снижению готовности КСА, не повышая его безотказности.
Таким образом, для однотипных изделий задаются уровни надёжности, которые должны поддерживаться в процессе эксплуатации. На практике процесс изменения технического состояния КСА имеет смешанный характер. Его компонентами являются все виды изменения ТС и все типы отказов в различном соотношении. Эта особенность и должна учитываться при выборе методов управления техническим состоянием КСА.
Заданный уровень готовности и работоспособность КСА достигаются:
- обнаружением и устранением неисправностей объектов до наступления отказов;
- продлением ресурсов и сроков службы объектов до первого ремонта и между ними, в пределах которых с высокой вероятностью обеспечивается безотказность объектов;
- обеспечением при проектировании (производстве) и на этапе эксплуатации работы функционального и структурного резерва объектов, который позволяет сохранить работоспособность функциональной системы при отказе отдельных ее элементов;
- достаточной эксплуатационной технологичностью объектов, позволяющей заменить отказавший объект или его элемент в короткие сроки;
- резервированием и дублированием изделий, позволяющих поддерживать работоспособность объекта.
Перспективным направлением поддержания готовности и интенсивности использования КСА, снижения трудоемкости ТО и стоимости эксплуатации является уменьшение объема и увеличение периодичности работ по ТО, исключение из его состава малоэффективных работ, смешанное сочетание методов управления техническим состоянием КСА.
В рамках этого направления актуальной задачей станет разработка методических подходов для обоснования и назначения периодичности контроля и технического диагностирования.
Из вышеприведенного можно сделать вывод, что для сложных технических систем, к которым относятся КСА УВД, ТО, необходимо проводить при рациональном сочетании методов, каждый из которых представляет собой совокупность определенных правил оценки и управления ТС объектов для назначения сроков начала работ по ТО. При этом система правил управления ТС изделий формируется заранее, на основе априорной информации об эксплуатационных свойствах парка образцов. Из информации о текущем состоянии используются только сведения об отказах, а концепция управления исходит из предположения, что любой объект может иметь только два определенных состояния: отказ или выработка назначенного ресурса. Объем операций по проведению ПР строго регламентирован и не зависит от фактического состояния авиационной техники. А необходимый уровень ее надежности достигается за счет периодического обновления парка эксплуатируемых изделий. Эта система эксплуатации будет иметь право на существование еще долгое время, так как КТС оснащены рядом изделий, которые быстрее и экономичнее заменить, чем установить степень их износа на основе сложного, дорогостоящего, а иногда и не совсем надежного контроля.
Регламент технической эксплуатации разрабатывается в процессе создания КСА специалистами предприятий промышленности. При его разработке учитывают две группы факторов.
Первая группа содержит обобщенные материалы по опыту эксплуатации аналогичных типов КСА: перечень работ, периодичность их выполнения, перечень и характер неисправностей по системам,
интенсивность их появления и т. п.
Вторая группа отражает индивидуаль-ные,специфическиеособенностиконкрет-ного изделия: особенности конструкции, предполагаемые условия эксплуатации, результаты стендовых и лабораторных испытаний и т. п. При определении оптимальной периодичности обслуживания могут использоваться различные критерии. Оптимальным критерием для регламента является такой, который обеспечивает максимальную надежность работы объекта в межрегламентный период.
Однако на ТС объекта воздействует широкий спектр эксплуатационных и конструктивно-технологических факторов, которые влияют на последовательную во времени смену исправных и неисправных, работоспособных и неработоспособных состояний.
Так, при эксплуатации по ресурсу4 для множества однотипных объектов реализации случайного процесса (СП) изменения параметра х образуют случайную функцию х(1) (смотри Рисунок 2).
Отказ одного из объектов происходит в момент Т пересечения реализацией процесса х(1) предельного уровня х*.
Вероятность безотказной работы:
Р(г) = Р{Т> ^ =Р{х (Т) <х*}. (1)
Для плотности распределения времени безотказной работы объекта_/(0, допустимой вероятности отказа Qд ресурс до ремонта Тр определяется из выражения:
0 д > { / (I )йг. (2)
Тогда средняя наработка Т0 до замены объекта после выработки ресурса с учетом замены отказавших объектов:
р
Т0 = | РЦ
(3)
При замене после отказа всех объектов средний ресурс равен:
Рисунок 2. Реализации случайного процесса изменения параметра х
Тср = ]Р(уь..
(4)
Следовательно, абсолютная величина среднего времени недоиспользования ресурса АТ при замене объекта после выработки ресурсов5 рассчитывается по формуле:
АТ = Тср - Т0 = ] Р(
(5)
При этом относительная величина среднего времени недоиспользования ресурсов определяется как: АТ
• (6)
п = ■
Воспользовавшись известными из теории вероятностей характеристиками случайных величин6, получаем:
п = 3^
где V = о / Тср - коэффициент вариации, о - среднеквадратичное отклонение наработки на отказ. Диапазон изменения коэффициента вариации для нормального закона распределения V = 0,1 - 0,3, поэтому АТ = Тср в = (0,3 - 0,9)Тср, т.е. (0,3 - 0,9)Тср недоиспользуется.
Так, для КСА УВД «ВИСП-97»
Тср = 18000 ч, Тр = 6000 ч,
тогда АТ = 18000 - 6000 = 12000 ч;
в = 12000/18000 = 0,67;
V = в/3 = 0,22;
о = (18000 - 6000)*0,22 = 2640 ч.
Таким образом, применение системы технической эксплуатации по ресурсу, при наличии высоких требований к их безотказности, приводит к значительному недоиспользованию индивидуальных ресурсов.
Литература
1. Александровская Л.Н. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем. - М.: Логос, 2003. - 208 с.
2. Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры / В.Ю. Лавриненко. - М.: Высшая школа, 1978. - 320с.
3. Эксплуатация и ремонт авиационной техники: научно-методические материалы. - М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1998. - 357с.
4. Смирнов Н.Н. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. - М.: Транспорт, 1987. - 272с.
5. Ищук И.Н. Комплекс средств автоматизации командного пункта автоматизированной системы боевого управления. - Тамбов: ТВВАИУ-РЭ, 2007. - 48с.
6. Потапов А.Н., Лебедев В.В. Конфликтно-устойчивая система формирования информационного контента практической подготовки операторов эрготехнических систем //Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика.-2011, №8. - С 8-13.
