CC BY
495
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Эксплуатация воздушного транспорта. Безопасность полетов
УДК 629.735.015
ВЛИЯНИЕ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ДОСТОВЕРНОСТИ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
М.В.АНДРОНОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
В статье рассмотрена оценка контроля допусков и влияние систем контроля на безопасность полетов.
Ключевые слова: безопасность полетов, система контроля.
Безопасность полетов — актуальная проблема современной авиации, решение которой требует системного подхода. На безопасность функционирования авиационно-транспортной системы влияет огромное количество факторов. Поэтому большое значение имеет исследование любых причин, влияющих на безопасность полетов. Один из основных факторов, влияющих на безопасность полетов, является система контроля предотвращения отказов и дефектов оборудования. Известно, что повышение достоверности обнаружения отказов и неисправностей при испытаниях воздушного судна и его бортовых систем представляет собой один из основных путей повышения безопасности полетов. Следовательно, это повышает качество изделий авиационной техники и является главной компонентной безопасности полетов. Современное состояние авиационной отрасли в целом является весьма тяжелым. Новые экономические условия негативно сказались на производстве, т.е. на самолетостроительных предприятиях, являющихся фундаментом для остальных предприятий и организаций авиационной промышленности. Одним из основных аргументов в условиях совершенной конкуренции является качество авиационной техники, в частности, отсутствие дефектов, безопасность воздушного судна. Достижение этой цели обеспечивается решением многих задач. Одно из основных направлений превышения качества - выявление дефектов и отказов на всех этапах жизненного цикла воздушного судна.
Анализ дефектов, неисправностей и отказов позволит определить перечень мероприятий, проведение которых обеспечит дальнейшее повышение качества изделий авиационной техники, особенно в части повышения ее надежности, живучести и эффективности.
Данная задача приобрела особую актуальность для широкофюзеляжных самолетов, что связано с тем, что темпы роста надёжности отдельных элементов отстают от роста их числа на изделии. Распределение отказов по системам приведено в табл. 1, а по причинам возникновения неисправностей по изделию приведены в табл. 2. За основу для анализа взяты статические данные прошлых лет, когда налет был достаточно велик, эти данные были достоверными.
Таблица 1
Наименование системы Распределение отказов, %
Радиотехническое оборудование 28,7
Электрооборудование (ЭО) 19,9
Десантно-транспортное оборудование (ДТО) 16,9
Силовая установка 12,4
Приборное и навигационное оборудование 7,7
Планер 7,3
Шасси, гидросистема, управление 3,9
Кондиционирование и противообледенительная система 3,2
Таблица 2
Причины возникновения неисправностей Распределение отказов, %
Конструктивные 3 0
Производственные 20
Дефекты покупных комплектующих элементов 43
Эксплуатационные 7
Если принять все авиационные происшествия, происходящие из за отказов техники за 100%, то распределение их по причинности следующее:
- конструктивно- производственные недостатки - 50-70%;
- недостатки ремонта — 3-5%;
- отказы, причины которых установить не удалось - 20-30%.
Максимальное количество неисправностей приходится на систему радиотехнического оборудования - 28,7%, а суммарное количество отказов по электронавигационному оборудованию равно 36,4%; из них 90 отказов вызвано отказами покупных комплектующих элементов и 10% -конструктивно-производственными неисправностями, связанными с монтажом на основном изделии. В материалах отраслевой конференции по качеству изделия «400» были приведены аналогичные данные для ряда широкофюзеляжных и транспортных самолетов.
Эти данные приведены на рис. 1.
го
го
го
ю
го
го
2,0
1,0
^ 5
1 2 3 / <
Ч \
У /IV . / / /
У У \
4 4
Испытания в ОКБ
Рис. 1. Зависимость наработки на отказ от времени эксплуатации
Средняя наработка на отказ для широкофюзеляжных и транспортных самолетов: 1 - отечественные самолеты; 2 - В-747; 3 - С-5 А; 4 -«Конкорд»; 5 - А-300; ОКБ - опытно-конструкторское бюро.
Основными причинами отказов электронавигационного оборудования, выявляемых при испытании изделия на заводе-изготовителе и в эксплуатации, являются обрывы проводов из-за несовершенства технологии выполнения монтажей (некачественная пайка, натяг проводов, недопустимый изгиб электрождущих и т.п.) и расположения монтажей в зонах повышенных температур и вибраций - эти данные являются обобщением результатов обработки по испытаниям бортовых систем самолетов. В работе [1] содержатся данные о том, что 70% дефектов выявляются в стадиях входного контроля и технологической отработки, т.е. 30% дефектов выявляются в эксплуатации, причем при достаточно большой доверительной вероятности получается, что в течение первого года эксплуатации выявляются дефекты технологической отработки. Следовательно, в сделанных допущениях существует логическое противоречие. В последние годы
большое количество работ посвящено достоверности контроля и существует много подходов, заключающихся в оценке различных причин, порождающих недостоверность систем контроля. Влияние на безопасность полетов достоверности контроля - комплексная характеристика воздушного транспорта и авиационных работ, определяющая способность выполнять полеты без угрозы для жизни и здоровья людей.
Требования по безопасности полетов закладываются при конструировании ВС и реализуются в технологии изготовления и испытаний. Заложенный уровень безопасности поддерживается в эксплуатации. Исторически сложилось так, что изучение безопасности полетов основывалось на расследовании авиационных происшествий (АП). В настоящее время ставится задача разработки методов комплексной оценки безопасности полетов на всём жизненном цикле ВС. Это сложная комплексная задача, решить которую можно методами системного подхода, путем анализа всех факторов для предотвращения их влияния на безопасность полетов. Таким образом, необходимо своевременно выявлять и устранять факторы, которые ведут к АП.
В разработке и производстве ВС существует этап работ, называемый испытаниями, которые служат для проверки правильности принятых решений и выявления любых несоответствий. Задачей заводских испытаний и отработки является выявление конструктивных и производственных отказов и дефектов для обеспечения требуемого качества ВС. Эти работы в конечном итоге направлены на обеспечение безопасности полетов. Эти испытания являются контрольными испытаниями, после которых, если это необходимо, следует отработка, заключающаяся в доработке (устранение отказов и дефектов) и повторное проведение испытаний. В ГОСТ 16504 определены следующие виды испытаний:
- автономные испытания;
- комплексирования;
- комплексные испытания;
- натурные испытания.
В работах [2, 3] определены последовательность и распределение задач по видам испытаний, исходя из оптимальности по критерию трудоемкости, минимуму объема доработок и максимуму выявления отказов и дефектов. Наибольшие экономические затраты имеют место при устранении отказов в эксплуатации. Каждый этап испытаний имеет свое подобие с функционированием АТ в эксплуатации. Существует термин - гомеоморфизм испытаний. Подобие возрастает от этапа к этапу. Один из вариантов расчета коэффициента подобия (гомеоморфизма) разработан автором (по размерности матрицы преобразования координат) в работе [4]. Полное подобие называется изоморфизмом испытаний. Существует теорема, которая доказывает, что изоморфизм достигается только при летных (натурных) испытаниях. С точки зрения обеспечения безопасности полетов, можно говорить, что полный изоморфизм достигается только на этапе эксплуатации (государственные испытания в эксплуатирующих организациях). Только в эксплуатации проверяется эксплутационная технологичность.
При проведении этих работ делается допущение о возникновении конкретного отказа и рассматриваются дополнительные ситуации или отказы разной степени опасности. В результате этой работы отбираются комбинации неблагоприятных факторов, сочетание которых может привести к катастрофе или аварии. На этом этапе применимы экспертные методы анализа.
Из проведенного выше анализа отказов и неисправностей бортовых систем и ВС в целом следует, что далеко не все отказы выявляются на испытаниях. Как было показано выше, необходимо работать над методами повышения достоверности контроля, которые можно реализовать в полном объеме только путем автоматизации контроля и разработки САПР программ контроля, реализованных в составе интегрированных систем автоматизированного контроля.
В то же время автоматизированные системы появляются в составе бортового оборудования ВС. В нормах летной годности есть требования о наличии в составе оборудования встроенного контроля (ВСК) или должна быть возможность подключения к внешним устройствам контроля работоспособности. Кроме того, должны быть предусмотрены устройства контроля отказного
состояния и обеспечения выдачи сигнала для индикации экипажу или обеспечения блокировки для невозможности включения отказавшей системы. Контроль не может обеспечить необходимого уровня достоверности. Например, на самолете Ту - 204 ставилось требование обеспечить достоверность ВСК, равную 0,74, в реальности была обеспечена достоверность - 0,7. В новых ВС на борту появляются бортовые автоматизированные системы контроля (БАСК). Вариант их использования был проработан с разработчиком БАСК для использования её в наземных испытаниях. Повышение безопасности полетов связано с повышением достоверности контроля. Как показал анализ отказов и неисправностей бортовых систем, обеспечение безопасности полетов связано с проблемой парирования негативных факторов. Одним из таких сравнительно новых факторов является дефект назначения допусков. Признание негодного изделия годным позволяет ему пройти через производственный контроль и проявится только в полете.
Таким образом, фактор дефект допусков контроля влияет на общую безопасность полетов, следует оценить и повысить достоверность контроля.
Повышение достоверности контроля всегда было целью технологии испытаний. Результаты контроля образуют полную группу. В работах В.М. Разумного [5] и А.С. Касаткина эти же вопросы рассматриваются с более общей точки зрения и вводятся следующие возможные ситуации [6]:
Ро - исправное изделие признано исправным;
Рн - неисправное изделие признано неисправным; а - исправное изделие признано неисправным;
Р - неисправное изделие признано исправным.
Р0+Рь+а + р=1.
В результате контроля надо насколько возможно уменьшить вероятности а и Р. Эта задача является одной из основных при проектировании технологии контрольно-испытательных работ. На этом этапе рассматривается последовательность и цель проверок и испытаний. Определяются объекты контроля, подлежащие автономным и комплексным испытаниям, контролю логики функционирования совместно с имитаторами и эквивалентами борта, отработке совместного функционирования бортовых систем. Для достижения большего подобия в технологии испытаний применяются различные имитаторы внешних условий: термобарокамеры, камеры влажности и дождевания, холода, солёного тумана, солнца, вибростенды, ударные стенды, испытания на взаимовлияния и электромагнитную совместимость.
В настоящее время в практике проведения испытаний широкое распространение получил допусковый контроль ввиду простоты его технической реализации. Развитие методов допуско-вого контроля и практические задачи испытаний потребовали оценки вероятностей признания годного изделия негодным из-за ошибок измерения (риск изготовителя) и негодного изделия годным (риск заказчика). На предприятиях ведутся работы по учёту рисков изготовителя и заказчика, обусловленных ошибками измерения [7]. Проведение анализа возможных причин недостоверности показывает, что достоверность контроля далеко не исчерпывается рисками изготовителя и заказчика, обусловленными ошибками измерения и получившими соответственно название ошибок первого и второго ряда.
Существует ещё одна причина недостоверности контроля, обусловленная надёжностью аппаратуры контроля. В работе Б.В. Васильева [8] даётся анализ оценки достоверности и эффективности систем контроля и делается вывод о том, что выбор, как основного метода анализа, структуры системы контроля и объекта контроля (ОК), определение тех элементов, отказ которых приводит к появлению ложной тревоги и пропуска дефекта, даёт более точные результаты, т. к. в этом случае рассматривается тонкая структура отказа системы контроля.
Однако практически реализовать этот метод возможно лишь на этапе заключительной разработки системы контроля. Таким образом, в настоящее время существует достаточно полно проработанная теория оценки недостоверности контроля, вносимой непосредственно системой контроля.
Оценка уровня безопасности полетов, обусловленного достоверностью систем контроля, а именно исключение недостоверности контроля за счет исключения дефекта допусков.
Для выполнения количественной оценки необходимо собрать исходные данные для расчета. Определение прогнозируемой частоты катастроф выполняется по заданному уровню суммарного риска, который основывается на свойстве нисходящего тренда. По уравнению среднего значения тренда катастроф определяется частота на 2010 г. - 1,0-10-7 ч-1 и на 2000 г. она составляет 1,8-10-7 ч-1. Частоту катастроф на настоящее время можно получить интерполяцией
-7 -1
этих значений, что составит 1.5x10" ч"
По экспертной оценке кафедры безопасности полетов МГТУ ГА доля дефекта допусков составляет 10 %.
Отсюда можно определить вероятность катастрофы, обусловленную дефектом допусков Qткdd =пдд х Отк= 0.1x0.375 х107 =3,75 -10 "9.
На 2010 г. ИКАО прогнозирует относительную частоту катастроф, обусловленную всеми причинами Ьк =1,0-10 "7 л.ч"1, что соответствует уровню безопасности полетов (УБП) [9]:
УБП = 1 - QK = 1 -10 -7 = 0,9999999.
Ожидаемый УБП за счет исключения неблагоприятного фактора (дефекта допусков) составит:
УБП = 1- Ок - Qткdd )= (1 - Qк) + Q ткм =1-10 -7 + 3,75 х 10 -9 = 0,9999999099.
Таким образом, УБП возрос на ДУБП = 3,75 х 10 -9 .
В процентном отношении от прогнозируемой частоты:
АУБП = ( 3 75x10 -9 / 1.0 х 10 -7 ) х 100% = 3,75%.
Факторы, влияющие на безопасность полетов, можно представить в виде табл. 3.
Таблица 3
Человеческий фактор (71%)
Метеоусловия (6 %)
Контроль дефект допусков (3.7 %)
Отказы авиационной техники (19.3%)
В результате исследования влияния факторов повышения достоверности систем контроля можно сделать следующие выводы. Дефект назначения допусков при проведении контроля оказывает на уровень безопасности полетов негативное влияние. Для подтверждения оценки указанного фактора выполнен прикидочный расчет уровня безопасности полетов и получены следующие результаты:
УБП составит: за счет исключения дефекта допусков - 3,75% ((3,75 x 10 -9 ) л.ч -1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Индосов В.Н. Оценка технической эффективности мероприятий по повышению надежности выпускаемой продукции последовательным анализом // Авиационная промышленность, 1984, № 8.
2. Чернышев А.В. Проектирование стендов для испытаний и контроля бортовых систем летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1977.
3. Кринецкий Е.И. Летные испытания систем управления летательными аппаратами. - М.: Машиностроение, 1975.
4. Лебедев A.M. Исследование критерия качества бортовой системы, реализующей минимальное отклонение переходного процесса реальной системы // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники, № 107,2005.
5. Разумный В.М. Оценка параметров автоматического контроля. - М.: Энергия, 1975.
6. Волгин Б.Н. Характеристики надежности автоматизированной предрабочей проверки // О надежности сложных технических систем. - М.: Сов. радио, 1966.
7. Талызин В. А., Мурга O.K., Александров Л.Ю., Лебедев А.М. Методы допускового контроля и диагностики при натурных испытаниях изделия. Отчет о НИР. M-I-30, № ГР 80068451. - Казань: КАИ, 1984.
8. Васильев Б.В. Прогнозирование надежности и эффективности радиоэлектронных устройств. - М. : Сов. радио, 1970.
9. Безопасность полетов / под ред. Р.В. Сакача, Б.В. Зубкова, М.Ф. Давиденко и др. - М.: Транспорт, 1989.
THE INFLUENCE OF CONTROL SYSTEM RELIABILITY ON A FLIGHT SAFETY
Andronov M.V.
The article is considered an assessment of tolerancing and an influence of control system reliability on a flight safety.
Сведения об авторе
Андронов Михаил Владимирович, 1982 г.р. окончил МИРЭА (2006), аспирант МГТУ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - организация безопасности полетов на ВС.
