CC BY
25
INFL UENCE OF DISCRETIZATION ON THE ACC URACY OF TRACKING MODE IN DIGITAL CONTROL
SYSTEMS
A. V. Kozyr, A. V. Morzhov, S. V. Morzhova
An algorithm for the synthesis of digital controllers for relay self-oscillating servo control systems is proposed. It allows you to consider the discretization over time in the process of optimizing the parameters of corrective devices. The influence of digital implementation on the parameters of self-oscillations and the accuracy of the tracking mode is considered.
Key words: digital controller, self-oscillations, tracking mode, phase hodograph.
Kozyr Andrey Vladimirovich, assistant, Kozyr_A_V@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Morzhov Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, morzhov@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Morzhova Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, Engineer, svetlana-morzhova@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 623.618
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ И РЕМОНТОМ АВИАЦИОННОГО ПАРКА
А.М. Корнеев, Т.Г. Пыльнева, А. А. Струков, Д. А. Подлесных
Данная работа направлена на оценку актуальности внедрения автоматизированной системы управления планово-предупредительными работами и техническим обслуживанием и ремонтом авиационного парка, проектирование её функциональности и определение эффектов от её внедрения. Выявлены ключевые недостатки текущих методов управления, планирования и проведения ППР и ТОиР. Определены четыре уровня декомпозиции модели воздушного судна с точки зрения системного анализа: уровень статистики аварий и инцидентов, уровень структурных схем надежности подсистем и их компонентов, уровень сборки и деталей и уровень детального моделирования зависимостей. Взаимно увязаны функциональные модули АСУ ТОиР, проблемы, решаемые с их помощью и достаточные для каждого функционального модуля уровни декомпозиции модели воздушного судна. В результате работы сделан вывод о высокой степени потребности внедрения и проанализированы эффекты от внедрения АСУ ТО-иР воздушного парка в качестве инструмента снижения частоты внештатных ситуаций.
Ключевые слова: авиационный парк, воздушное судно, снижение рисков отказа оборудования, оптимизация планирования планово-предупредительных работ, оптимизация планирования технического обслуживания и ремонта, автоматизация организации ТОиР и ППР.
Современный этап модернизации и технологического обновления вооруженных сил Российской федерации характеризуется цифровизацией систем управления воздушного судна и обеспечивающих управление безопасностью полетов. Основная цель данных внедрений - снижение частоты внештатных ситуаций во время эксплуатации воздушного судна, вероятности отказов механизмов и систем воздушных судов, а также минимизация стоимости технического обслуживания авиационной техники. В рамках данной статьи исследована целесообразность применения систем автоматизации организации и планирования технического обслуживания и ремонта авиационного парка с точки зрения системного анализа.
Отказы оборудования авиационной техники, приводящие к авиационным катастрофам (авариям, инцидентам) вызывают широкий общественный резонанс, социальную напряженность и значительные экономические и репутационные потери. По этой причине повышение безопасности полетов являются приоритетным направлением и постоянно актуальной практической задачей для широкого круга специалистов и эксплуатантов авиационной техники, технических систем и устройств, необходимых для обеспечения безотказного производства полетов. В связи с этим требуется проанализировать возможную эффективность внедрения автоматизированной системы управления техническим обслуживанием и ремонтом (АСУ ТОиР) и спроектировать её с позиций системного анализа и сбора, хранения, обработки и использования информации при организации процессов планово-предупредительных работ и технического обслуживания и ремонта авиационного парка.
Основная задача АСУ ТОиР - не просто снизить до минимума издержки при выполнении определенных процедур, но и минимизировать продолжительность работы работы - как по видам, так и по объему — и добиться полного отсутствия внештатных ситуаций и связанных с ними восстановления авиационной техники. Кроме того, ремонтная деятельность проводится в условиях существенной неопределенности данных - даже при всестороннем мониторинге состояния и износа оборудования объем и номенклатура необходимых запасных частей и материалов все равно носит вероятностный характер.
Техническое обслуживание и ремонт при использовании традиционного метода управления характеризуется следующими проблемами:
1. Больше 40% отказов приходится на отказы систем управления и агрегаты с ограниченным ресурсом. Планово-предупредительные работы (ППР), как устоявшийся подход к организации ТОиР, не реализуется в полной мере и не нивелирует отсутствие инструмента неручного формирования план-графика работ;
2. Неполнота данных о проведенных ТОиР в силу их сбора на бумажном носителе. Невозможность их динамического анализа и использования для планирования ТОиР в реальном времени [1];
3. Недостаточная глубина детализации регламентов ППР и отсутствие адекватного инструмента детального регулирования работ с полным охватом требуемой для этого информации;
4. Низкая достоверность информации о наличии на складе блоков и запасных частей, перебои в их поставках;
5. Сопровождение и актуализация регламентов носит бессистемный характер из-за отсутствия статистических данных за достаточный (репрезентативный) период времени, что приводит к ситуациям, в которых данные документы становятся далекими от реальности. Это, в свою очередь, дает исполнителям оправдывающие аргументы в случае перерасхода ресурсов или времени [2].
Для определения спектра задач и факторов, в которых системы автоматизации управления техобслуживанием и ремонтом узлов и агрегатов воздушных судов будут повышать эффективность ТОиР, необходимо определить уровни детализации их модульной структуры с точки зрения системного анализа. Уровни и их описание представлены в табл. 1.
Таблица 1
Уровни декомпозиции модели воздушного судна с точки зрения _структурно-функционального анализа_
Глубина декомпозиции Описание
Уровень 0 Основан только на статистике аварий и инцидентов. Можно также учитывать различные влияющие факторы, например, тип системы, поколение воздушных судов, тип эксплуатации. Необходимо указать количество функциональных сбоев (только критических) и количество вылетов/часов полета (информация об использовании). Поэтому имеющиеся записи должны быть классифицированы и учитываться только применимые. Это медленный процесс, так как доступные базы данных не разработаны специально для этой цели. Следует учитывать текстовое описание в сочетании с другой структурированной (кодированной) информацией для каждой записи. Информацию об использовании также трудно агрегировать из текущих носителей информации (преимущественно бумажных журналов-регистров), и она становится более сложной по мере рассмотрения более конкретных случаев. Этот уровень применим для анализа безопасности и рисков. Важны только порядки величины опасных событий, а детали низкого уровня специфики системы не имеют значения [3]. Обеспечивает причинно-следственную модель безопасности авиатранспортной системы. Инициирующие и ключевые события моделируются сверху вниз с использованием статистики аварий и инцидентов.
Уровень 1 Структурные схемы надежности уровня подсистем и основных компонентов. Этот уровень детализации включает в себя разработку простой модели структуры системы и количественную оценку интенсивности отказов элементов системы. Модель системы включает в себя только основные компоненты и отношения. Надежность элементов системы (подсистем и основных компонентов) может быть оценена на основе опыта эксплуатации. Такой подход позволяет более детально моделировать надежность системы. Он может быть применен для выбора архитектуры системы на этапе проектирования, анализа возникновения и категоризации, анализа рисков для конкретного типа воздушного судна. На этом уровне многие внутренние зависимости замаскированы (скрыты), часто невозможно оценить новые технологии при небольшом опыте обслуживания.
Окончание таблицы 1
Глубина декомпозиции Описание
Уровень 2 Анализ уровня сборки и деталей. Выполняется при проектировании и сертификации воздушных судов. На его основе формируются рекомендации по детальной оценке безопасности/надежности авиационных систем. Блок-схемы надежности на этом уровне очень сложны, часто не имеют точного аналитического решения и часто трудно поддаются проверке и валидации.
Уровень 3 Детальное моделирование зависимостей. Они не могут включать в себя модели общих причин сбоев, внешние риски и байесовские сети убеждений для влияющих факторов. Количественная оценка является сложной задачей, основанной на детальном изучении данных об опыте обслуживания и в основном на экспертном мнении. Каждая внешняя экспертиза рисков требует разработки отдельной методологии [4]. Анализы не должны достигать уровня сборки и деталей, но должны учитывать внешние по отношению к системе факторы, такие как качество обслуживания, качество запасных частей, ошибки оператора, факторы окружающей среды и т.д.
Уровень моделирования зависимостей является хорошим дополнением к другим уровням анализа. Его использование при проектировании АСУ ТОиР воздушных судов будет способствовать более эффективному управлению техническим обслуживанием, управлению операциями, управлению план-графиками работ и анализу рисков [5].
Таким образом, автоматизированная система обслуживания и ремонта воздушных судов должна позволять:
1. Вести реестры состава авиационного парка;
2. Вести реестры нормативных документов по ремонту и техническому обслуживанию воздушных судов с возможностью их своевременной актуализации;
3. С помощью установленных на оборудовании измерителей или экспертным путем производить оценка его состояния и на основании этого автоматически производить прогнозы о времени вывода данного оборудования в ремонт;
4. Регистрировать технологические нарушения, дефекты, отказы оборудования, отслеживать устранение, а также анализировать причины их возникновения;
5. В режиме реального времени формировать, утверждать и доводить до сведения исполнителей план-графики работ по техническому обслуживанию и ремонту авиационного парка;
6. Планировать потребности в материальных и трудовых ресурсах при проведении ППР и ТО-
иР;
7. Ведение реестра ТМЦ склада технического обслуживания и ремонта;
8. Автоматизированное построение графика поставок необходимых материалов, запасных частей инструментов исходя из план-графиков ремонтно-обслуживающих работ и потребности в них;
9. Учитывать и анализировать фактическое потребление финансовых, трудовых и материальных ресурсов на проведение ремонтных компаний.
Для выполнения описанных задач в целях решения проблем текущей организации ТОиР воздушных судов потребуются разные уровни детализации из табл. 1. Соответствие проблем, методов решения и уровней декомпозиции, достаточных для решения этих задач, представлены в табл. 2:
Таблица2
Уровни декомпозиции системной модели воздушного судна при решении проблем с помощью _функционала АСУ ТОиР_
Уровни декомпозиции Функции АСУ ТОиР Решаемые проблемы
Уровень 0 Ведение реестра состава авиационного парка и соответствующих нормативных документов Неактуальные нормативные документы и регламенты по ТОиР воздушных судов.
Уровни 1, 2, 3 Оценка состояния подсистем, узлов и агрегатов воздушных судов и прогнозирование времени вывода машин в ремонт; проведение на основании этой информации своевременных работ по ТОиР Проведение обслуживания и ремонта только по факту отказа узла, агрегата или системы в целом в межремонтный период.
Окончание таблицы 2
Уровни декомпозиции Функции АСУ ТОиР Решаемые проблемы
Уровени 2, 3 Регистрация технологических нарушений, дефектов и отказов оборудования. Отслеживание их устранения и анализ причин возникновения внештатных ситуаци-ий Неполнота данных о проведенных ТОиР в силу их сбора на бумажном носителе. Невозможность их динамического анализа и использования для планирования ТОиР в реальном времени. Неэффективное планирование ППР. Недостаточная глубина детализации регламентов ППР
Уровни 1,2 Формирование, утверждение и реализация план-графиков ППР и ТОиР Невозможность анализа данных по состоянию воздушных судов. Проведение ТОиР по факту отказа оборудования. Неэффективное планирование ППР и ТОиР
Уровень 2 Планирование потребности в запасных частях, инструментах и материалах. Учет ТМЦ на складе техобслуживания и ремонта. Автоматическое планирование поставок ТМЦ в режиме реального времени Отсутствие нужных запчастей, инструментов и материалов на дату проведения ППР или ТОиР с последующим переносом работ. «Затоваривание» склада техобслуживания авиационного парка. Несоответствие потребности в ТМЦ с фактическими поставками по датам и составу.
Уровень 1 Учет и анализ фактического потребления финансовых, трудовых и материальных ресурсов Неэффективность проведения ППР и ТОиР с точки зрения затрат. Невозможность анализировать текущие данные для оптимизации ресурсных издержек на поддержание работоспособности летных машин и обеспечения безопасности полетов
В условиях неполноты информации, невозможности ее оценивать методами системного анализа, внедрение автоматизированной системы управления техническим обслуживанием и ремонтом авиационного парка позволит обеспечить командный состав полной прозрачностью процессов ППР и ТОиР, обеспечить снижение издержек, связанных с их проведением, уменьшить влияние человеческого фактора на состояние воздушных судов, их подсистем, узлов и агрегатов и, как следствие, повысит общую безопасность эксплуатации воздушного судна. Использование модуля планирования потребности в запасных частях, материалах и инструментах, построение на этом базисе план-графиков поставок ТМЦ и их постоянный учёт на складе техобслуживания также позволит увеличить эффективность проведения ППР и ТОиР через снижение вероятности отсутствия нужных ТМЦ для проведения плановых ППР и ТОиР. Общую целесообразность внедрения АСУ ТОиР исходя из проведенного исследования можно считать высокой и необходимой в настоящее время.
Список литературы
1. Проблемы управления, обработки и передачи информации (У0ПИ-2015): сб. тр. IV Между -нар. науч. конф.: в 2 т. Саратов: Издательский Дом «Райт-Экспо», 2015. Т. 1. С. 265-270.
2. Новожилов, Г.В. Проблема коррекции ошибок персонала авиационных транспортных систем / Г.В. Новожилов, А.Ф. Резчиков, В.А. Кушни-ков, М.С. Неймарк, В.А. Иващенко, Л.Г. Цесарский, А.С. Богомолов, Л.Ю. Филимонюк // Общероссийский научно-технический журнал «Полет», 2017. № 2. С. 38.
3. Глухих И.Н. Теория систем и системный анализ. 2-е издание: учебное пособие. М.: Проспект, 2019. 152 с.
4. Тарасенко Ф.П. Прикладной системный анализ. М.: Проспект, 2013. 216 с.
5. Филимонюк Л.Ю. Информационно-измерительная управляющая система для поддержки принятия решений в авиационно-транспортных системах // Проблемы управления, обработки и передачи информации. Сборник трудов IV Международной научной конференции: в 2 томах. Издательство: Райт-Экспо, 2015. С. 269 - 274.
Корнеев Андрей Мастиславович, д-р техн. наук, профессор, директор института машиностроения, м>ввпгок@та11. ги, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Пыльнева Татьяна Григорьевна, д-р экон. наук, профессор, декан заочного факультета, pylneva_tatyana@mail. ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Струков Андрей Александрович, аспирант, strukoww@rambler.ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Подлесных Дмитрий Александрович, студент, qunaxis@,gmail. com, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет
DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF AN A UTOMATED MAINTENANCE AND REPAIR
MANAGEMENT SYSTEM
A.M. Korneev, T.G. Pylneva, A.A. Strukov, D.A. Podlesnykh
This research is aimed at assessing the relevance of the introduction of an automated control system for preventive maintenance and maintenance and repair of the aircraft fleet, designing its functionality and determining the effects of its widespread implementation. The key shortcomings of the current methods of management, planning and implementation of preventive maintenance and maintenance are identified. Four levels of decomposition of the aircraft model from the point of view of system analysis are defined: the level of statistics of accidents and incidents, the level of structural diagrams of reliability of subsystems and their components, the level of assembly and parts and the level of detailed modeling of dependencies. Interconnected functional modules of ACS MRO, problems solved with their help and levels of decomposition of the aircraft model sufficient for each functional module. As a result of the work, it was concluded that there is a high degree of implementation need and the effects of the introduction of an automated control system for preventive maintenance and maintenance and repair of the air fleet as an instrument to reduce the frequency of emergency situations by improving the quality and timeliness of preventive maintenance and maintenance and repair from traditional methods of organizing these types of work.
Key words: aircraft fleet, aircraft, reduction of equipment failure risks, optimization of planning of preventive maintenance, optimization of maintenance and repair planning, automation of maintenance and repair work.
Korneev Andrey Mastislavovich, doctor of technical sciences, director of the institute of mechanical engineering, weenrok@mail. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Pylneva Tatyana Grigoryevna, doctor of economics, professor, dean of the extramural department, Russia, pylneva_tatyana@,mail. ru, Lipetsk, Lipetsk State Technical,
Strukov Andrey Alexandrovich, postgraduate, strukoww@rambler.ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State
Technical,
Pylneva Tatyana Grigoryevna, student, qunaxis@gmail. com, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical
University
