CC BY
94
2009
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
№ 139
УДК 621.396.6
ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕХНИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВИАЦИОННЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ПУТИ ЕЁ РЕШЕНИЯ
Ю Т. ЗЫРЯНОВ, Д.Н. ЛЕДОВСКИХ, К.А. МАЛЫКОВ
В статье рассматривается анализ надёжности наземных средств радиотехнического обеспечения полётов авиации. Предложен вариант определения оптимальной периодичности технического обслуживания для повышения коэффициента технического использования.
Введение
Безотказность функционирования авиационных радиотехнических систем (РТС) является обязательным условием безопасности и регулярности полетов. При этом необходимо обеспечить требуемый уровень готовности парка РТС, т.е. поддержание установленных эксплуатационных и техникоэкономических характеристик на требуемом уровне.
Цель работы - совершенствование системы технического обслуживания (ТО) для поддержания заданных эксплуатационных и технико-экономических характеристик РТС.
Состояние проблемы исследования
Основными задачами системы ТО сложных РТС являются: подготовка к целевому использованию; поддержание заданного уровня безотказности изделий, обусловленного требованиями к безопасности и регулярности полетов; минимизация перерывов в целевом использовании; поддержание заданного уровня долговечности; рациональные трудовые и материальные затраты на ТО РТС [1].
Эффективность системы ТО определяет ее способность поддерживать заданные уровни надежности и готовности к целевому использованию сложных РТС в определенных условиях эксплуатации. Практический опыт технической эксплуатации отечественных и зарубежных РТС предполагает использование для различных радиотехнических комплексов, различных («по ресурсу» и «по состоянию») стратегий управления техническим состоянием [2], рациональное сочетание которых для конкретных типов изделий сложной РТС позволяет снизить временные, трудовые и материальные затраты на ТО и плановый ремонт при сохранении заданных уровней обеспечения безопасности полетов.
На основании руководящих документов, регламентирующих эксплуатацию РТС, проводится подконтрольная эксплуатация наземной техники связи, РТО и АСУ, по результатам которой проведена оценка временных параметров ТО РТС. При оценке в качестве комплексного показателя был использован коэффициент технического использования, характеризующий долговременное нахождение объекта в работоспособном состоянии относительно общей продолжительности эксплуатации, с учётом простоев обусловленных ремонтами и ТО:
к г
II ^ раб I
к =________________у=1 г=1________________________ (1)
ЛТИ кг кг кг к * ’ V1/
^ раб I + ^ рем I + ^ож I + ^ТО I
у=1 1=1 у=1 1=1 у=1 1=1 у=1 1=1
где: к - число периодов эксплуатации РТС;
г - число отказов и восстановлений в течение одного периода эксплуатации;
* - число технических обслуживаний в течение одного периода эксплуатации;
(раб — интервал нормальной работы РТС;
^рем г - продолжительность восстановления работоспособности РТС после отказов;
(ож г - продолжительность ожидания обслуживания;
^ТО г - продолжительность технического обслуживания РТС.
Результаты расчётов КТИ для РТС с учётом результатов подконтрольной эксплуатации некоторых типов РТС, эксплуатируемых в ВВС, приведены на рис. 1.
Рис. 1. Коэффициенты технического использования средств РТО
Таким образом, существующая система ТО «по ресурсу» не в полной мере обеспечивает поддержание заданных эксплуатационных и технико-экономических характеристик РТС. Для повышения КТИ РТС предпочтительным является применение технической эксплуатации по состоянию (ТЭС). Перевод сложных РТС на ТЭС требует решения целого комплекса задач, основными из которых являются [3]:
— выбор необходимого и достаточного количества параметров, адекватно отражающих техническое состояние РТС;
— установление области допустимых значений этих параметров;
— построение аналитических моделей деградационных изменений этих параметров;
— разработка алгоритма прогнозирования технического состояния (ТС) РТС;
— разработка алгоритма принятия решения о необходимости проведения ТО;
— выбор метода и средств измерения определяющих параметров;
— оценка количественных показателей эксплуатационной надёжности при выбранной стратегии обслуживания.
Определение оптимального периода технического обслуживания
Техническое обслуживание целесообразно проводить в сроки, обеспечивающие требуемое качество функционирования каждого изделия и системы в целом. В качестве критерия оптимальности выбран
комплексный показатель надёжности - коэффициент технического использования - и тогда выражение
(1) можно записать в виде:
Кти (Т ) = Т1^Г-, (2)
Т р + Т п
где: Т - интервал времени между предполагаемым ТО изделия Т = — /и—1;
_ Т
Т Р = | р (г) & - среднее время нахождения в работоспособном состоянии за время Т ;
0
Тп - средняя продолжительность простоев обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом изделия за период Т :
Тп = ТК + Тпп - Р(Т) + ТВ -[1 — Р(Т)], (3)
где: Тк - средняя продолжительность контроля работоспособности изделия;
Тпп - средняя продолжительность плановой предупредительной профилактики;
ТВ - средняя продолжительность аварийно-восстановительных работ.
Очевидно, что при некотором значении Т = Т* коэффициент технического использования КТИ(Т) имеет максимальное значение. Необходимо найти оптимальный период технического обслуживания Т*.
Комплексы РТС включают в себя множество M = {m} различных по сложности и надежности изделий. Поэтому целесообразно определить оптимальное значение T* периода технического обслуживания для каждого i - го изделия системы в отдельности. Множество значений T*, i = 1, m, образует оптимальную временную программу обслуживания системы, однако практическая реализация такой программы затруднительна. Рациональным решением в таком случае является применение минимаксной стратегии ТО [3]. При этом все подсистемы сложной РТС будут обслуживаться одновременно с периодичностью, определяемой следующим образом:
T*= max {T : КТЩ (T) > Кщ } , (4)
где КтШ - заданное значение коэффициента технического использования изделия.
T
J P (t )dt
Km (T) = t----------- ------------------ ------------------------------------, (5)
JP (t)dt + TKi + TППi • P (T) + TBi • [1 - P (T)]
0
где Pi (T) - вероятность безотказной работы i - го изделия ( i = 1, m) за время T.
В качестве второго критерия выбран минимум затрат на ТО РТС, тогда оптимальный период технического обслуживания по данному критерию будет определяться следующим выражением:
T* = max{T: CS (T)® min} . (6)
Суммарные затраты на ТО РТС за время T в свою очередь могут быть определены по следующему выражению:
T
Cs(T) = Cp • J p (t) dt + Co • T - J p (t) dt
0
T
+С*.Л.,+ C„„.(T„„ ,,P (T)+ад.,- (1 - P (T)), (7)
где: р(Г) - вероятность безотказной работы / -го изделия за время Т;
Т = tn — tn—l - интервал времени между предполагаемым ТО изделия;
СР1 - затраты на ТО при нахождении изделия в работоспособном состоянии;
СО1 - затраты при нахождении изделия в состоянии скрытого отказа;
СК i - затраты при проведении контроля работоспособности изделия;
ТК1 - средняя продолжительность контроля работоспособности изделия;
СПП1 - затраты при проведении технического обслуживания;
ТПП г- - средняя продолжительность проведения плановой предупредительной профилактики;
СВ i - затраты при проведении аварийно-восстановительных работ;
ТВ1 - средняя продолжительность проведения аварийно-восстановительных работ.
Очевидно, что при решении задачи нахождения оптимального периода ТО при эксплуатации по состоянию, возникает необходимость определения вероятности безотказной работы (ВБР) РТС. В статье предложен способ определения ВБР РТС по совокупности параметров ТС. При наличии у РТС нескольких определяющих ТС параметров ВБР РТС равна:
м
р (Т) = Пр (Т), (8)
r=1
0
где: Pr (Т) - вероятность невыхода г -го параметра ТС за пределы допусков в течение прогнозируемого периода Т ;
M - количество определяющих ТС РТС параметров.
Если проводить наблюдения за изменением какого-либо параметра ТС РТС в течение некоторого времени, то становится возможным построение математической модели изменения этого определяющего параметра, которая может быть построена на основе методов анализа и прогнозирования временных рядов в области полиномов вида:
где: ai, Ь . - неизвестные коэффициенты;
Z - множество натуральных чисел;
Пщзх - установленное значение максимальной степени полинома.
Расчёт коэффициентов модели производится на основе обучающей части исходных данных объёмом kо.
В качестве критерия адекватности математической модели параметра определяющего ТС РТС была выбрана относительная квадратическая погрешность временного тренда:
где: у - измеренное значение определяющего параметра;
У}.т - значение определяющего параметра в 7-ый момент времени, полученное с помощью т-й модели;
k - объём исходных данных: k = kn + kо ;
kn - объём проверочной части исходных данных.
Таким образом вероятность безотказной работы (невыхода параметра за пределы допуска) изделия по г -му определяющему параметру за время Т = tn — tn—l определяется как:
где: іп-1 - момент времени проведения последнего измерения определяющего параметра;
в н
Уг и Уг - верхняя и нижняя границы допуска г-го параметра, определяющего предельное состояние системы;
Уг (і) - наиболее адекватная по критерию (10) модель г-го параметра;
с помощью методов анализа и прогнозирования временных рядов.
Достоинством данного подхода является то, что он позволяет учитывать фактическое ТС РТС в конкретных условиях эксплуатации, тем самым обеспечивается более высокая точность при определении ВБР РТС, чем при использовании статистических методов.
Предложенный вариант определения оптимальной по КТИ периодичности ТО РТС при внедрении методов ТЭС, позволит существенно снизить затраты на ТО при сохранении объема работ, необходимого для поддержания эксплуатационных и технико-экономических характеристик на требуемом уровне, обеспечения заданного уровня безотказности функционирования, более полного использования ресурса каждого изделия, а также соблюдения требований безопасности и регулярности полетов.
п
п
тах ’
(9)
і=0 }=2
(10)
(11)
оТ ^) - дисперсия г-го определяющего параметра, математическая модель которой строится также
Выводы
ЛИТЕРАТУРА
1. Зырянов Ю.Т., Малыков К.А. Управление профилактикой в организационно-технических системах. - М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2005.
2. Буравлев А.И., Доценко Б.И., Казаков И.Е. Управление техническим состоянием динамических систем. - М.: Машиностроение, 1995.
3. Зырянов Ю. Т., Ледовских Д. Н. Планирование контроля технического состояния радиотехнических систем // Труды международной научно-практической конференции «Современные технологии - ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения». - Казань, КГТУ им. А.Н. Туполева, 2008, с. 326 - 329.
AVIATION RADIO ENGINEERING SYSTEMS OPERATING EFFICIENCY INCREASE PROBLEM AND ITS SOLUTION WAYS
Zyryanov Y.T., Ledovskikh D.N., Malykov K.A.
The radio engineering ground facilities reliability analysis is carried out. The optimal maintenance period definition in accordance with aviation radio engineering systems operational and cost-performance characteristics target level is proposed.
Сведения об авторах
Зырянов Юрий Трифонович 1960 г.р., окончил Тамбовское ВВАИУ (1983), доктор технических наук, доцент, начальник кафедры Тамбовского ВВАИУРЭ (ВИ), автор свыше 85 научных работ, область научных интересов - управление состоянием организационно-технических систем при ограниченных ресурсах.
Ледовских Дмитрий Николаевич 1981 г.р., окончил Тамбовский ВАИИ (2004), адъюнкт НИО Тамбовского ВВАИУРЭ (ВИ), автор 8 научных работ, область научных интересов - обеспечение заданных эксплуатационных и технико-экономических характеристик сложных радиотехнических систем.
Малыков Константин Анатольевич 1965 г.р., окончил Тамбовское ВВАИУ (1987), кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры Тамбовского ВВАИУРЭ (ВИ), автор свыше 40 научных работ, область научных интересов - совершенствование программ технической эксплуатации сложных радиотехнических систем.
