CC BY
27
Esikov Oleg Vitalievich, doctor of technical sciences, professor, chief specialist, cdhaeacdhae. ru, Russia, Tula, JSC Central Design Bureau of Apparatus Engineering,
Cheburkov Yuri Viktorovich, lecturer, niriopaiiamail. ru, Russia, Penza, Branch of the Military Academy of Logistics,
Erkin Denis Vasilievich, adjunct, cdhae@cdhae.ru, Russia, Penza, Penza branch of the Military Academy of the MTO named after Army General A. V. Khruleva,
Kuleshov Andrey Vladimirovich, chief designer, Kuleshov83@yandex. ru, Russia, Moscow, JSC Honewell
УДК 621.317
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА РАЗРАБОТКУ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СРЕДСТВ СВЯЗИ
А.В. Морозов, А. А. Самохвалов, А. А. Устинов
В статье представлена математическая модель процесса технической эксплуатации средств связи. Предложенная модель позволяет получить вероятностно-временные характеристики функционирования средств связи при их использовании по назначению.
Ключевые слова: средства связи, модель, обеспеченность, оценка, коэффициент готовности.
Модель предназначена для получения вероятностно-временных характеристик (ВВХ) функционирования средств связи при их использовании по назначению; проигрывания возможных ситуаций и принятия решений по выбору методов и способов обеспечения требуемой технической готовности средств связи к использованию по назначению; оценки степени выполнения системой технического обслуживания и ремонта (ТехО и Р) требований по обеспечению технической готовности средств связи к использованию по назначению и в целом обеспечения задания требований к системе обеспечения готовности.
Управляемыми параметрами в модели являются:
период проведения контроля технического состояния средств связи;
вероятность ошибки 1-го рода при контроле технического состояния;
вероятность ошибки 2-го рода при контроле технического состояния;
среднее время ремонта;
время контроля технического состояния средств связи.
161
Задача моделирования решалась относительно каналообразующих средств связи как системы передачи первичной сети связи (СП ПСС). В качестве критерия отказа СП ПСС принят отказ средства связи, входящего в ее состав.
Восстановление СП ПСС рассматривается на оперативно-техническом и техническом уровнях.
Техническая эксплуатация техники связи и автоматизированных систем управления (ТС и АСУ) является составной частью технического обеспечения связи и автоматизированных систем управления (ТОС и АСУ) и влияет на постоянную готовность ТС и АСУ к использованию по назначению. К эксплуатации относится стадия жизненного цикла ТС и АСУ с момента ее принятия воинской частью до списания, которая подразделяется на следующие этапы: ввод в эксплуатацию, приведение в установленную степень готовности к использованию, использование по назначению, хранение, транспортирование и поддержание в готовности к использованию по назначению. Техническая эксплуатация включает в себя комплекс работ по сбережению, поддержанию в работоспособном (исправном) состоянии, восстановлению работоспособности и ресурса техники связи и АСУ [1, 2].
Целесообразно подробно рассмотреть содержание каждого этапа для адекватного моделирования технической эксплуатации средств связи.
Транспортирование - этап эксплуатации, включающий подготовку и перевозку или перемещение изделия военной техники в заданных условиях с использованием транспортных или буксировочных средств при обеспечении сохраняемости его технического состояния и комплектности. Перемещение изделия с одного места его расположения в другое без использования собственного двигателя осуществляется, как правило, его перевозкой на каком-либо транспортном средстве или буксировкой. Если рассматривать средства связи как комплексные образцы, то возникновение необходимости транспортирования связано с надежностью двигателей и шасси автомобилей. Исследование надежностных характеристик двигателей и шасси автомобилей не входит в круг проводимых исследований. Поэтому в дальнейшем средства связи будут рассматриваться отдельно от автомобильной техники. Этот этап чаще всего будет иметь место при совершении марша в назначенный район и занимать незначительную часть от времени нахождения средства связи на других этапах технической эксплуатации. Основываясь на вышесказанном, в дальнейшем этап транспортирования целесообразно вынести за рамки рассматриваемой модели.
Приведение в установленную степень готовности к использованию - это этап, включающий комплекс установленных в документации по эксплуатации работ по приведению изделия военной техники в исходное для последующих действий положение. Приведение в готовность предусматривает следующие мероприятия: заправку топливом, маслом и т.п.; внешний осмотр всего средства связи; осмотр рабочих мест; осмотр и проверку готовности средств связи к использованию; проверку установки органов управления и настройки после подготовки средства связи к работе и перед
162
включением; проверку ориентирования антенн; проверку взаимосвязи данного средства с другими; проверку средства в работе, в том числе с помощью средств измерений, входящих в состав средства связи; проверку показаний средств измерений, соответствующих установленным режимам работы и допустимых отклонений от этих значений; действия по устранению (если это возможно) неисправностей [3]. Приведение в установленную степень готовности к использованию по назначению всегда предшествует этапам использования по назначению, хранения и поддержания в установленной степени готовности к применению. На данном этапе, по существу, выполняются работы по подготовке средств связи для последующего нахождения этих средств связи на этапах использования по назначению, хранения и поддержания в установленной степени готовности к применению по назначению. В дальнейшем условимся, что этап приведения в установленную степень готовности к использованию по назначению будет входить в содержание следующего за ним этапа технической эксплуатации и как отдельный этап технической эксплуатации рассматриваться не будет.
Хранение - это, согласно [1], этап эксплуатации, при котором используемое по назначению изделие военной техники содержится в специально отведенном для его размещения месте в заданном состоянии и его сохраняемость обеспечивается в течение отведенных сроков. При рассмотрении этапа хранения ограничимся только кратковременным хранением (продолжительностью до одного года), так как при длительном хранении техника не применяется по назначению.
На кратковременном хранении (КХ) содержится ТС и АСУ текущего обеспечения, временно не используемая по назначению. Техника, смонтированная на средствах подвижности, хранится в парках части со свернутыми антеннами, с уложенным и закрепленным имуществом и принадлежностями.
При нахождении ТС и АСУ на КХ техническое обслуживание (ТехО) проводится в объеме ТО-1 и ТО-2.
Условимся, что под хранением будет пониматься только непосредственное нахождение средства связи на хранении, а мероприятия, связанные с выполнением работ по поддержанию готовности при хранении (ТехО и Р), отнесем к этапу поддержания в установленной степени готовности к использованию по назначению.
Использование по назначению - этап эксплуатации, в течение которого изделие военной техники работает в соответствии с его функциональным предназначением [1]. Содержание данного этапа включает в себя: использование средства связи в основных режимах работы и перевод его из одного режима в другой; приведение средства связи в исходное положение; выключение; осмотр после окончания работы.
Условимся, что под использованием по назначению будет пониматься только непосредственное применение средства связи, а мероприятия, связанные с выполнением работ по поддержанию готовности при применении (ТехО и Р), отнесем к этапу поддержания в установленной
163
степени готовности к использованию по назначению. В дальнейшем проведение технического обслуживания и ремонта при применении будет рассматриваться в составе одного общего (для хранения и применения) этапа эксплуатации - поддержания в готовности к применению.
Поддержание в готовности - этап, в течение которого осуществляется комплекс работ, установленных в нормативно-технической документации (НТД) и направленных на поддержание изделия военной техники в установленной степени готовности. Работы по поддержанию готовности к применению проводятся на всех этапах технической эксплуатации. Этап поддержания в готовности включает комплекс работ по: сбережению, поддержанию в работоспособном (исправном) состоянии, восстановлению работоспособности и ресурса [2]. Из вышеперечисленных мероприятий с учетом направленности проводимого исследования для простоты описания целесообразно выделить два - техническое обслуживание и ремонт.
Техническая готовность средств связи обеспечивается системой эксплуатации (СЭ). По характеру функционирования СЭ относится к стохастическим сетям массового обслуживания (СеМО). СеМО - замкнутая сеть. Входным потоком в такую сеть являются N средств связи, рассматриваемых в СЭ. Такая сеть содержит элементы замкнутых и разомкнутых стохастических сетей и систем массового обслуживания.
Рис. 1. Система эксплуатации, представленная СеМО
СЭ, описываемая СеМО (рис. 1), состоит из систем массового обслуживания, описывающих возникновение отказов на этапах хранения и применения; сетей массового обслуживания, описывающих процесс нахождения средств связи на этапах хранения и применения; сетей массового обслуживания, описывающих проведение работ по техническому обслуживанию и ремонту (по поддержанию технической готовности к использованию по назначению).
Учитывая сложность алгоритмов функционирования и структуры СЭ, в качестве математического метода при моделировании выбран метод статистических испытаний. Основной задачей моделирования является учет наиболее важных ВВХ средств связи, находящихся в СЭ.
Модель описана на языке моделирования дискретных систем ОР88 РС следующими элементами:
1. Статистическими элементами, имитирующими нахождение средств связи на этапах технической эксплуатации:
1.1. Функционирование средств связи на этапах кратковременного хранения и применения описываются как однофазные многоканальные СеМО, обслуживающие заявки без приоритетов. Поэтому эти СеМО представляются устройствами для моделируемой СЭ с интенсивностями обслуживания ^ и Ц|. Причем СеМО, описывающая этап применения, имеет поток потерянных заявок с интенсивностью Хвх. Под потерянной заявкой при применении подразумевается снятие средства связи с применения по причине его неработоспособности. СеМО хранения также имеет поток потерянных заявок с интенсивностью Хпр, который, в свою очередь, входит в состав входного потока заявок на СеМО поддержания готовности с интенсивностью Хвх. В качестве потока потерянных заявок при проведении технического обслуживания рассматривается отправка в ремонт средств связи из-за выявленной при проведении ТехО неработоспособности.
1.2. Функционирование средств связи на этапе поддержания технической готовности описывается двумя СеМО: сетью технического обслуживания и сетью ремонта (рис. 2). Данные СеМО являются разомкнутыми, бесприоритетными, многоканальными.
Рис. 2. Этапы технического обслуживания и ремонта как СеМО
2. Динамическими элементами - средствами связи (транзактами), которые находятся в СЭ.
3. Статистическими элементами-очередями и таблицами. Очереди организуются перед сетями технического обслуживания и ремонта и используются при оценке эффективности функционирования системы технического обслуживания и ремонта.
В таблицах организуется сбор статистики о времени пребывания средств связи на этапах технической эксплуатации.
Отличительные особенности предлагаемой модели следующие: рассматривается только техника текущего обеспечения; моделируются функционирование и отказы средств связи на основных этапах технической эксплуатации (поддержание в готовности, использование по назначению и кратковременное хранение); поток отказов моделируется с учетом этапов технической эксплуатации, т.е. параметр потока отказов для каждого средства связи изменяется в зависимости от условий технической эксплуатации, создаваемый поток отказов определяется как поток с учетом условий технической эксплуатации. Особенностью рассмотрения функционирования этапа поддержания готовности является то, что в нем учтены возможные при проведении контроля ТехО ошибки 1-го и 2-го рода.
165
Ограничения модели таковы: не учитывается расход ресурса элементов средств связи; учитывается только текущий ремонт; количество ЗИП, ремкомплектов и технологического оборудования достаточно для проведения ТехО и Р; квалификация личного состава достаточна для проведения работ по ТехО и Р.
Допущением является то, что в модели учитываются только одиночные отказы, приведшие в неработоспособное состояние средства связи, так как средство связи считается неработоспособным при возникновении хотя бы одного отказа.
Исходными данными для модели являются: множество средств связи, время моделирования, коэффициент хранения (Кхр), средняя наработка на отказ и ее распределение для каждого средства связи, периодичность и время проведения ТехО, запланированная очередность поступления и времена пребывания объекта на этапах применения по назначению и хранению, вероятности возможного запроса для внепланового применения средства связи, среднее время восстановления средства связи и его распределение, вероятности возникновения ошибок первого и второго рода при контроле технического состояния при проведении ТехО; количество мастеров-ремонтников. Предполагается, что в начале моделирования средство связи может быть неработоспособным, что также является исходными данными.
Выходными результатами являются: времена нахождения рассматриваемых объектов на этапах эксплуатации, по которым можно рассчитать их коэффициент готовности (Кг), коэффициент оперативной готовности (Ког) и коэффициент технического использования (Кти).
Одним из вопросов, который требуется решить при моделировании потока отказов, является выбор математической модели для его описания. От того, насколько правильно выбрана модель, зависят сложность обработки, достоверность и точность полученных результатов. Вопрос о выборе математической модели для описания потока отказов решается на основе исследования основных свойств реального потока: стационарности, ординарности и последействия.
Требование ординарности означает практическую невозможность возникновения двух и более отказов одновременно. Поэтому причинами нарушения ординарности в реальных потоках являются в основном зависимые отказы, возникновение которых является следствием ранее возникших отказов. Практика исследования потоков отказов показала, что неординарность незначительно влияет на структуру потока и этим влиянием без большого ущерба можно пренебречь [8]. То есть в дальнейшем интерес представляет факт возникновения хотя бы одного отказа, при котором средство связи будет считаться неработоспособным.
Существующие модели отказов [4 - 7], возникающих на различных этапах технической эксплуатации, не учитывают условий технической эксплуатации. Известно, что на каждом этапе технической эксплуатации
отказы имеют разную интенсивность возникновения. Допустим, этап применения сменяется хранением и, если при применении отказ не произошел, то это может отразиться на времени возникновения отказа при хранении.
На рис. 3 приведен пример такого перехода. Допустим, при применении закон распределения отказов является экспоненциальным и характеризуется кривой 3. В момент времени ^ применение прекращается и начинается этап хранения, при котором отказы возникают также по экспоненциальному закону (характеризуется кривой 1), но с меньшей интенсивностью. Вероятность возникновения отказов при применении определяется выражением
-2
Р = еТо, (1)
где ?2 - время наступления отказа, если средство связи только применялось; То- средняя наработка на отказ при применении.
11 12 1 Рис. 3. Пример перехода с применения на хранение
Однако, момент времени не настал, так как наступил этап хранения, который характеризуется следующей вероятностью возникновения отказов:
К — t t К 1
-(4Х£Х +гг — ¿1)
¿2 ¿1 ¿1 ¿2 ¿1 1
Т0хКх Т0 Т0хКх Т0хКх
о х — /у о ч/ /у о х — /у о х
Р2 = рр Xе ТоХКх = е То хе ТоХК = е ТоХКх , (2)
где Кх - коэффициент хранения; ¿1 - время конца применения (начала хранения).
Чтобы определить, на какую величину изменится время возникновения отказа при переходе средства связи с применения на хранение, необходимо определить разницу АР между вероятностями возникновения отказа для применения и для хранения. Из рис. 3 видно, что АР является разницей между Р2 и Р1 и определяется выражением
^ 1 ~{'\ХКх +¿2 — ¿1)
ДР = р2— рр = еТо —еТо хКх , (3)
Тогда
Д = —То х 1п (Р), а ¿отк = Ч + Д (4)
167
При анализе этапов технической эксплуатации был определен ряд возможных переходов с этапа на этап: переход с хранения на техническое обслуживание и с технического обслуживания снова на хранение; переход с хранения на применение; переход с применения на техническое обслуживание и с технического обслуживания на хранение.
Под эффективностью понимается степень соответствия исследуемого процесса функционирования объекта требованиям, предъявляемым со стороны пользователя. Для рассматриваемой системы технической эксплуатации средств связи внешним пользователем (старшей системой) является система связи. Система связи предъявляет к системе технической эксплуатации требования по обеспечению технической готовности средств связи к использованию по назначению. Под обобщенным показателем эффективности понимается совместная вероятность выполнения всех требований, предъявляемых к процессу функционирования исследуемой системы. Показателями, оценивающим качество функционирования средств связи на этапе применения по назначению, являются коэффициенты готовности, оперативной готовности и технического использования.
Задача оптимизации - определение такого сочетания действующих управляемых факторов и их величин, при котором обеспечивается показатель эффективности не хуже требуемого. При этом необходимо построить систему обеспечения технической готовности средств связи при минимизации ресурса на материальные средства, приборы и личный состав.
Задача оптимизации решается методом Бокса - Уилсона [8]. Его смысл заключается в последовательной постановке небольших серий опытов, в каждой из которых одновременно варьируются по определенным правилам все факторы. Серии организуются таким образом, чтобы после математической обработки предыдущей можно было выбрать условия проведения (т.е. спланировать) следующую серию. Применение планирования эксперимента делает поведение экспериментатора целенаправленным и организованным, существенно способствует повышению производительности его труда и надежности полученных результатов.
Список литературы
1. ГОСТ РВ 0101-001-2007. Эксплуатация и ремонт изделий военной техники. Термины и определения, 2007.
2. Приказ МО РФ от 28.12.2013 года № 969 «Об утверждении Руководства по содержанию вооружения и военной техники общевойскового назначения, военно-технического имущества в Вооруженных Силах Российской Федерации».
3. ГОСТ 2.601-95. Эксплуатационные документы. Единая система конструкторской документации, 1995.
4. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. М.: Советское радио, 1966. 166 с.
5. Барзилович Е.Ю., Каштанов В. А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М.: Сов. радио, 1971. 271 с.
168
6. Маньшин Г.Г. Управление режимами профилактик сложных систем. Минск.: Наука и техника, 1976. 255 с.
7. Червонный А.А., Лукьященко В.И., Котин Л.В. Надежность сложных систем. М.: Машиностроение. 1972. 304 с.
8. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 279 с.
Морозов Александр Викторович, канд. техн. наук, доцент, moroz19558@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Самохвалов Александр Аркадьевич, адъюнкт, samokhvalov-83 ainbox.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Устинов Александр Александрович, главный эксперт, ustinov35 778agmail.com, Россия, Москва, Главное управления связи ВС РФ
SETTING A TASK FOR DEVELOPING A MA THEMA TICAL MODEL OF THE PROCESS OF TECHNICAL OPERATION OF COMMUNICATION FACILITIES
A. V. Morozov, A.A. Samokhvalov, A.A. Ustinov
The article presents a mathematical model of the process of technical operation of communication facilities. The proposed model allows us to obtain probabilistic and temporal characteristics of the functioning of communication facilities when they are used for their intended purpose.
Key words: communication tools, model, security, rating, availability coefficient.
Morozov Alexander Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, moroz19558@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marsha la Soviet Union S.M. Budyonny,
Samokhvalov Alexander Arkadevich, postgraduate, samokvalov83a inbox.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marshala Soviet Union S.M. Budyonny,
Ustinov Alexander Alexandrovich, chief expert, ustinov35 778@gmail. com, Russia, Moscow, Main Directorate of communications of the armed forces of the Russian Federation
