Обоснование инженерной методики предупредительных замен стареющих элементов радиоэлектронного оборудования воздушных судов Гражданской авиации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.14, кандидат технических наук Карпин, Николай Борисович

• Карпин, Николай Борисович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Карпин, Николай Борисович

СОДЕРЖАНИЕ

1. проблема продления ресурсов бортового и наземного

радиоэлектронного оборудования в гражданской авиации

1.1 Актуальность проблемы

1.2. Краткий обзор литературы по проблеме оценки и продления ресурса технических систем

1.3. Описание задач исследования

1.4. Выводы

2. обоснование инженерного подхода к определению интервалов предупредительных замен стареющих элементов рэо

2.1. Приближенное решение уравнения (1.9)

2.2 Определение необходимого запасного комплекта при эксплуатации по ресурсу

2.3. Инженерный подход к определению функции Цт) для "стареющих" элементов

2.4. Расчет интервалов предупредительных замен "стареющих" элементов РЭО самолета ТУ-154

2.5. Оценка точности первого приближения к оптимальному интервалу предупредительных замен

2.6. Статистическая оценка интервалов предупредительных замен при ограниченной исходной

информации

2.7. Предложения к методике продления ресурса РЭО ВС ГА

2.8 Выводы

3. оптимизация эксплуатационных расходов на поддержание и повышение надежности бортового и наземного рэо га

3.1 Вводные замечания

3.2 Оптимальное управление системой с доходами

3.3 Описание программы

3.4 Оптимизация эксплуатационных расходов для комплекса бортового и наземного радиотехнического оборудования

3.5 Выводы

заключение

литература

приложение 1

приложение 2

приложение 3

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование инженерной методики предупредительных замен стареющих элементов радиоэлектронного оборудования воздушных судов Гражданской авиации»

Введение

В настоящее время примерно 25-30% объектов бортового радиоэлектронного оборудования воздушных судов Гражданской Авиации работают за пределами установленных ресурсов. Среди наземных радиотехнических систем положение еще хуже: более 80% таких систем имеют просроченный ресурс.

К сожалению, законченных теоретических исследований по обоснованию продления ресурса систем радиоэлектронного типа пока нет, но есть исследования по оценке остаточного ресурса, которые могут быть использованы для обоснования продления срока эксплуатации объектов радиоэлектронного оборудования в целом.

Однако применительно к бортовым и наземным авиационным радиоэлектронным системам, с учетом их спецификации, в данной диссертации предложен новый более простой метод продления ресурса. Суть его состоит в том, что, как показывает опыт изделий бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) самолетов Гражданской Авиации (ГА) [1], в каждом объекте РЭО имеется примерно 1-3% элементов от общего их числа, интенсивность отказов которых возрастает во времени. В литературе по надежности такие элементы принято называть "стареющими". Эти элементы в объектах РЭО, как правило, сильно нагружены как электрически, так и механически и являются наиболее важными в плане влияния на общую надежность объектов РЭО. "Стареющие" элементы дают от 20 до 60 % всех внезапных отказов БРЭО [1]. К числу таких элементов относятся, например, интегральные микросхемы.

В аппаратуре РЭО ранних выпусков к таким элементам относились: магнитроны, некоторые типы трансформаторов, нагруженных механических узлов и др. По этим элементам имеется достаточная статистика, позволяющая довольно обоснованно определять законы распределения времени до отказа. Названные элементы имеют времена безотказной работы, распределенные по нормальному закону (чаще всего), по логарифмически-нормальному закону, по законам Стьюдента и Вейбулла.

Для всех этих законов характерно одно: для каждого из них интенсивность отказов возрастает во времени. Именно это обстоятельство было положено в основу разработки инженерного метода предупредительных замен всех "стареющих" элементов авиационных (бортовых и наземных) РЭО в процессе их длительной эксплуатации.

Так как остальные 97-99% элементов РЭО "живут" по экспоненциальному (не стареющему) закону распределения, то организованная, рациональная, а в некоторых случаях, оптимальная или квазиоптимальная, по гостовскому критерию оперативной готовности,

замена "стареющих" элементов рассматриваемого оборудования по существу решает и проблему ресурса объектов в целом, т.е. объекты РЭО практически при таких заменах могут работать до окончания морального срока службы. Приемлемая процедура таких замен и предложена в данной диссертации.

В принципе может оказаться, что некоторая часть "нестареющих" элементов РЭО со временем может перейти в категорию "стареющих". Это обстоятельство должно быть выявлено существующим в гражданской авиации (ГА) методом контроля уровня надежности. Для вновь появившихся элементов с возрастающей интенсивностью отказов необходимо вновь применить предложенный в диссертации метод предупредительных замен.

По мере совершенствования технологии производства элементов РЭО может появиться необходимость в процессе длительной эксплуатации того или иного объекта РЭО в замене ряда элементов и с постоянной интенсивностью отказов.

В этом случае значение интенсивности отказов у вновь поставленного в объект РЭО элемента будет существенно снижено.

В условиях перехода к рынку проводить такую модернизацию объектов авиационного РЭО должна позволить прибыль, полученная при эксплуатации воздушных судов (ВС) ГА. Этот вопрос также рассматривается в данной диссертации.

Таким образом, на защиту выносятся следующие вопросы.

1. Обоснования и разработка инженерной методики замен "стареющих" элементов авиационного РЭО.

2. Учет особенностей применения метода замен при ограниченной исходной статистической информации.

3. Обоснование необходимости замен с учетом прибыли от функционирования ВС ГА.

4. Разработка пакета прикладных типовых программ.

1. Проблема продления ресурсов бортового и наземного радиоэлектронного оборудования в Гражданской Авиации.

1.1 Актуальность проблемы.

Одной из главных задач, стоящих перед Гражданской Авиацией РФ, является задача сохранения летной годности стареющих воздушных судов и надежности наземных радиотехнических средств УВД.

В этой связи первостепенное значение приобретает обоснование процедуры снятия ресурсных ограничений при эксплуатации бортового РЭО и наземных радиотехнических средств УВД.

В гражданской авиации сейчас эту задачу пытаются решать путем внедрения метода эксплуатации изделий РЭО по техническому состоянию с контролем уровня надежности.

Однако на этом пути возникаю следующие трудности.

•Неконтролеспособность существующих объектов РЭО в ГА для измерения информативных параметров.

• Слабое использование разработанного математического обеспечения для эксплуатации объектов по состоянию.

•Низкая точность датчиков — преобразователей информации контроля параметров РЭО.

•Отставание отечественной промышленности в создании современных бортовых вычислительных комплексов.

•Недостаточное методическое и организационное обеспечение процесса эксплуатации по состоянию в предприятиях всех форм собственности в ГА РФ.

Остановимся далее на состоянии технической эксплуатации современного авиационного бортового РЭО.

В разработку теоретических основ эксплуатации авиационных систем и их реализацию внесли большой вклад научные сотрудники вузов и НИИ гражданской авиации, в том числе коллективов, которыми руководят В.Г. Воробьев, А.И. Козлов, H.H. Смирнов, Е.Ю. Барзилович, Ю.М. Демидов, A.B. Майоров, Л.В. Рябинин, В .Я. Карасев, В.Г. Приданов, A.A. Кузнецов и многие другие, а также коллективы ОКБ им. C.B. Ильюшина, им. A.C. Яковлева, А.Н. Туполева.

Потребность в расширенном использовании методов эксплуатации по состоянию, без ресурсов, не только не уменьшилась, но значительно увеличилась в связи с необходимостью поддержания летной годности и обеспечения безопасности полетов стареющего парка ВС, что актуально для всего мирового авиационного сообщества и особенно для России.

Трудности здесь связаны с тем, что реализация методов эксплуатации по состоянию зависит не только от конструкции, изготовления самой авиационной техники и ее эксплуатационной документации, но также и от системы технической эксплуатации, а, следовательно, от методов и

средств технического обслуживания и ремонта (ТОиР), подготовки инженерно-технического персонала (ИТП), уровня организации и информационного обеспечения процессов ТоиР, нормативно-правовой базы, регламентирующей процессы технической эксплуатации вообще и процессы поддержания летней годности особенно.

Существенную роль в решении задачи внедрения методов эксплуатации по состоянию продолжает играть взаимодействие создателей и эксплуатантов ВС. Развитие отечественной авиации постоянно сопровождалось возникновением проблем внедрения в практику новых методов и средств технической эксплуатации авиационной техники (АТ). Остаются проблемы реализации и внедрения в практику прогрессивных и даже жизненно необходимых методов эксплуатации и стратегий технического обслуживания АТ. Такой проблемой являлось и является осуществление перевода изделий АТ на эксплуатацию по техническому состоянию, т.е. без ресурса.

Интенсивные многолетние исследования в нашей стране и за рубежом позволили обосновать возможность снятия ресурсных ограничений и перевод многих изделий АТ на эксплуатацию по техническому состоянию. Первоначально эта альтернатива рассматривалась как путь к снижению эксплуатационных расходов, связанных с недоработкой ресурсных возможностей изделий и затратами на ремонт вполне работоспособных изделий.

Далее появилась не менее важная возможность увеличения наработки и сроков службы изделий, потребных в связи с увеличением ресурсов планера ВС.

О практической возможности использования метода эксплуатации по состоянию, юридических и организационных аспектах метода инженерно-технический персонал (ИТП) ГА можно было узнать лишь из монографий, учебных пособий и отдельных публикаций.

В связи с вышеизложенным был разработан отраслевой стандарт "Система технического обслуживания и ремонта авиационной техники. Основные положения" (ОСТ 5430044-85). Он согласован с промышленностью и введен в действие указанием МГА № 158/У от 11.03.86г., МГА. Данный стандарт до сих пор является единственным документом такого уровня, который создан в целях установления единых принципов и основополагающих понятий и положений системы ТоиР АТ в условиях перехода ее на эксплуатацию по состоянию, обеспечения внедрения эффективных методов эксплуатации и улучшения качества и полноты содержания эксплуатационно-ремонтной документации.

В соответствии с ОСТ 5430044-85, метод технической эксплуатации представляет собой совокупность правил принятия решений по ТоиР, обуславливающих вид предельного состояния, по достижении которого эксплуатация объекта прекращается или приостанавливается.

В зависимости от вида предельного состояния объекта ТоиР установлены следующие методы.

•Метод технической эксплуатации с восстановлением (списанием) после отказа (ТЭО).

• Метод технической эксплуатации с восстановлением (списанием) по достижении предотказного состояния (ТЭП).

• Метод технической эксплуатации с восстановлением (списанием) после выработки ресурса (ТЭР).

Методы ТЭО и ТЭП являются методами технической эксплуатации по состоянию, т.е. предусматривают эксплуатацию объектов без установления для них ресурсов и сроков службы: до первого ремонта, межремонтных и назначенных.

Для каждого объекта ТОиР применение определенного метода технической эксплуатации определяется.

•Влиянием отказов объекта на безопасность и регулярность полетов.

• Характером зависимости показателей безопасности объекта от наработки или от календарных сроков эксплуатации.

•Возможностью контроля и прогнозирования технического состояния объекта.

• Стоимостью объекта и затратами на его эксплуатацию и ремонт.

Применение методов ТЭО и ТЭП предусматривает наличие в

эксплуатационной документации признаков видов отказов и алгоритмов их выявления.

Применение метода ТЭП, кроме того, предусматривает наличие в эксплуатационной документации видов и признаков предотказного состояния и упреждающих допусков на значения определяющих параметров.

Выбор метода ТЭО в качестве альтернативы методам ТЭР и ТЭП был сделан только из-за большой реальности внедрения в практику. Метод ТЭП является гораздо более привлекательным: ресурсы отменяются, а снятие с эксплуатации каждого конкретного изделия производится еще до возникновения отказа. Однако, как показал опыт, промышленность оказалась абсолютно не готова к реализации метода ТЭП. Не готова даже в теоретическом и методическом плане. Указанная в ОСТ 5430044-85 по настоянию промышленности формула о контроле при ТЭП "определяющих параметров" отражает слабую проработку создателями АТ теоретических основ этого метода.

Для реализации метода ТЭП нужно выявлять параметры, характеризующие предотказное состояние, одновременно нужно обеспечить эксплуатацию штатными средствами контроля и технологиями его выполнения. Исключительно важно и внесение в эксплуатационную документацию указаний о допустимых интервалах эксплуатации каждого конкретного изделия после наступления предотказного состояния, т.е. о предельных сроках устранения предотказного состояния.

По всем вышеизложенным причинам МГА, ДВТ МТ и ФАС России систематически запрещали попытки изготовителей АТ необоснованно

переводить отдельные изделия АиРЭО на эксплуатацию по методу ТЭП и в настоящее время ни на одном типе ВС, находящихся в реестре парка ГА РФ, не разрешена эксплуатация каких-либо изделий АиРЭО по методу ТЭП.

Проблемы, связанные с внедрением метода ТЭО, начали возникать при первых же попытках реализации метода. Ведущие самолетные и двигательные ОКБ начали разрабатывать Программы развития прогрессивного метода эксплуатации по состоянию, получать от государства большие субсидии, но решительно отвергали работы по существу, даже после согласования ОСТ 5430044-85 с его конкретными требованиями по совершенствованию эксплуатационной документации. Обычно все дело сводилось к сокращению Регламентов ТО, из которых исключались работы, малая эффективность которых была установлена ранее (вне зависимости от метода эксплуатации).

В последнее десятилетие проблемы внедрения метода ТЭО в России получили новый большой импульс. Все мировое авиационное сообщество приступило к решению двух задач глобального характера.

• Обеспечить сохранение летной годности и безопасности полетов стареющего парка ВС;

• Обеспечить безопасность полетов самолетов нового поколения большой пассажировместимости (900 и более пассажиров).

В решении этих задач конкретное место отводится и системе технического обслуживания (методы, средства, организация, персонал). Соответствующие требования излагаются в материалах 1САО и других международных документах, например, в "Правилах ЕТОР8 для выполнения двухдвигательными самолетами полетов увеличенной дальности".

Предельным состоянием при эксплуатации до отказа является такое, при котором возникает нарушение работоспособности изделий. В соответствии с ГОСТ 27002.89 работоспособность - это такое состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно -технической и (или) конструкторской документации (НТД и КД). Соответственно отказом считается событие, при котором значение хотя бы одного из указанных параметров не отвечает требованиям НТД (КД).

Однако на практике обнаружение (выявление) отказов при ТО связано со значительными трудностями. В ЭТД зачастую приводятся значения параметров, изменения которых не приводят немедленно к отказу, а влияют на долговечность, удобство применения, качество функционирования. Как правило, в ЭДТ не отражаются виды проявлений отказов. Все это затрудняет выявление, локализацию и идентификацию отказов летным и инженерным персоналом. Особенно затрудняется при этом контроль уровней надежности.

Разработчики ВС и РЭО неизменно тормозят корректировку ЭТД эксплуатируемых ВС, разработку перечней отказов не только для изделий,

переводимых на ТЭО на существующих, но и на вновь создаваемых ВС. Не контролируется обеспеченность эксплуатантов штатными средствами контроля для своевременной локализации отказов.

Особо важную часть проблемы внедрения метода ТЭО составляет инструментальная необеспеченность эксплуатантов ЭТД по выявлению и устранению отказов изделий. Несмотря на наличие ГОСТ 18675-79, предусматривающего создание такой документации, его требование систематически не выполняется промышленностью. Разрешение этой проблемы рассматривается как одно из важнейших направлений внедрения в практику метода ТЭО.

Одним из главных условий перевода на эксплуатацию до отказа является осуществление контроля уровней надежности изделий на установленных интервалах эксплуатации. Это необходимо потому, что снижение надежности изделий, рост потока их отказов ведет к росту числа задержек рейсов, снижению коэффициентов использования, нарушению ритмичности, а нередко и к дезорганизации работы эксплуатационных предприятий и другим нежелательным последствиям.

В качестве задаваемого и контролируемого уровня надежности в ГА принято значение параметра потока отказов тф.

Особое внимание сейчас обращено на создание методики и механизма контроля уровня надежности. Анализ показал: существенные трудности при внедрении метода эксплуатации по состоянию до отказа связаны со слабой информированностью инженерно-технического персонала по вопросам методики и организационного обеспечения эксплуатации изделий АиРЭО до безопасного отказа и со слабым развитием технической базы предприятий ГА по осуществлению инструментального контроля технического состояния и восстановления отказавших изделий АиРЭО. В целях концентрации усилий по созданию методических и организационных основ внедрения в практику этого метода были разработаны "Положение о технической эксплуатации по состоянию гражданской авиационной техники. Общие принципы, порядок разработки и внедрения", а также "Целевая комплексная программа по совершенствованию информационного обеспечения управления техническим состоянием и процессами технического обслуживания авиатехники в условиях внедрения стратегии технического обслуживания по состоянию".

Не отрицая, а наоборот, подчеркивая важность перехода к эксплуатации по состоянию и до отказа (при структурном или функциональном резервировании) авиационной техники, следует отметить, что и при полном переходе к новым методам эксплуатации авиационных систем проблема предупредительных замен стареющих элементов БРЭО остается актуальной.

1.2. Краткий обзор литературы по проблеме оценки и продления ресурса технических систем

В настоящее время практически все публикации об обосновании рекомендаций по устранению и продлению ресурсов технических систем, особенно систем ответственного назначения (авиационных и др.), сводятся к описанию процедур проведения ресурсных испытаний и оценки их эффективности (см., например, труды ЦАГИ и др.).

Гораздо больше в литературе по надежности содержится публикаций по оценке остаточного ресурса сложных систем, однако, в наиболее продвинутых публикациях сложная система рассматривается как элемент, т.е. без учета ее сложности и структуры. Характерна здесь работа Г. С. Садыхова [2].

При продлении срока эксплуатации технического объекта возникает проблема оценки его остаточного ресурса. Одним из показателей, используемых для этой цели, является "гамма -процентный остаточный ресурс ". Для оценки остаточного ресурса технического объекта после времени т в [3] введен показатель "средний остаточный ресурс" Ь(т), определенный по формуле

со

Цг)= ¡Р(0/Р(т)Ж, (1.1)

т

где Р(х) - вероятность безотказной работы объекта в течение времени, указанного внутри скобок.

Можно показать, что Ь(т) оценивается как математическое ожидание М(£,х), где ^ - условная случайная величина, которая равна

продолжительности работы объекта до отказа после времени % при условии, что до момента х он проработал безотказно. Следовательно, что при , где - время безотказной работы объекта. Для

случая, когда наблюдаемое количество отказов объекта мало, оценка данного показателя затруднена. Поэтому рассмотрим показатель "гамма-процентный остаточный ресурс" (т), который определяется из соотношения

Р(т + 0/Р(т) = 0.01у , (I-2)

где у - заданное значение процентов, причем 0 < у < 100. Оценка показателя ^(т) возможна при малом количестве наблюдаемых в эксплуатации отказов (в технических задачах, как правило, у>90 ).

Очевидно, что для показателя ут) справедливо следующее

соотношение: 1у (0)= Ху ,где 1у - показатель "гамма - процентный ресурс", который широко используется в теории и практике надежности.

Для показателя ^(т) возникает задача исследования его свойств как

функции времени безотказной работы технических объектов т. Поскольку в настоящее время наиболее актуальной является задача продления сроков эксплуатации высоконадежных технических объектов, то наибольший интерес представляют асимптотические свойства ^(х)

при больших значениях т. Эти свойства и исследованы в [2].

Ко второй группе публикаций относятся работы по предупредительным заменам элементов стареющего типа.

Эти работы были стимулированы статьями [4] и [21], появившимися в начале 60-х годов. Отечественные работы в этом направлении отражены в обзорах [5], [6] и [7].

Однако во всех этих работах предупредительные замены элементов не рассматривались с позиций продления ресурса сложной системы, составной частью которой являются предупредительно заменяемые элементы. Кроме того, в этих работах не рассматривался случай ограниченной исходной статистики.

Существо этих работ можно изложить следующим образом (см.[7,8]).

Вывод уравнения для определения оптимального интервала предупредительной замены покажем на примере непрерывно работающего в системе элемента стареющего типа (элемента с возрастающей функцией интенсивности отказов). Предполагаем, что стареющие элементы в технических системах функционируют независимо и имеют пренебрежимо малую вероятность отказа при простоях системы.

Считается, что отказ элемента происходит мгновенно и факт появления отказа сразу же становится известным обслуживающему персоналу или фиксируется с помощью автоматической аппаратуры контроля. Элемент может быть заменен исправным в порядке профилактического обслуживания или в аварийном порядке (при отказе). Считается, что в среднем известно время замены исправного и отказавшего элементов. Обозначим эти значения соответственно через Т1 и Т2. Очевидно, что Т1 < Т2, так как после замены отказавшего

элемента планируют дополнительные проверки.

Предполагается также, что во время любой замены элемент нельзя использовать по назначению.

Определим заданный ресурс элемента как наработку, по истечении которой он должен быть заменен. Показателем, по которому выбирают оптимальное значение заданного ресурса стареющего элемента, является коэффициент оперативной готовности р(х,1;). Этот показатель имеет

смысл вероятности застать элемент в исправном состоянии в произвольный момент t и проработать безотказно после момента t в течение времени х. Предположим вначале ( затем откажемся от такого обобщения ), что времена плановых замен элемента являются

«_» о >-» т г о

реализациями некоторой случайной величины Y, имеющеи распределение G (t). Интервалы между заменами элемента образуют во времени последовательность независимых, одинаково распределенных случайных величин ( образуют процесс восстановления ). Обозначим математическое ожидание числа восстановлений к моменту t через Н (t). Функцию Н (t) предполагают дифференцируемой и называют функцией восстановления.

Предполагаем длительную эксплуатацию системы, поэтому рассмотрим показатель p(x,t) при t —>qo, т.е. р(х) =limt_^oop(x,t).Запишем выражение для p(x,t) через функцию G(t), F(t) и H(t) и перейдем к пределу при t —>00.

Событие, заключающееся в том, что элемент безотказно проработает в промежутке (t, t + х), является суммой следующих событий: в промежутке (О, t) не планируется замена исправного элемента и в интервале (0, t + х) элемент не отказал ( в течение времени оперативной работы х его замена не планируется ); в момент с,(0 < \ < t) закончилась замена элемента (исправного или после отказа) и далее в интервале (t - t) не планируется замена исправного элемента, а в промежутке времени (t t + х) не произошло отказов элементов.

Вероятность первого события такова: [1 - F(t + х)] [1 - G(t)]. Вероятность второго события равна (Е, может принимать любые значения от 0 до t, поэтому применяем формулу полной вероятности): t

i[l-G<£>] [1 - х)] dH(t ).

0

В выражении для вероятности второго события сделаем замену переменной интегрирования: =t-u; тогда при £,=t u=0 и при £=0 u=t, но d^=-du, поэтому имеем t

[[1 - G(t - u)] [1 - F(t + x - u)] dH(u). 0 .

Рассмотренные события несовместимы, следовательно, окончательно получаем

р(х, t) = [1 - G(t)] [l-F(t + x)] + t

1 [1 - G(t - u)] [1 - F(t + x - u)] dH(u). 0

Чтобы в этом выражении перейти к пределу при t—>оо, воспользуемся узловой теоремой восстановления [13]: если Q(t) -неотрицательная, невозрастающая функция, определенная при всех t и Q(t) < оо, то

t 00

lim Jq(1 - u) dH(u) = Щ Iq(u) du .

t —>co 0 0

Для рассматриваемого случая Q(t) = [1 - G(t)] [1 - F(t + x)]; ц -математическое ожидание интервала между заменами элемента (либо после отказа, либо после выработанного расчетного ресурса). Тогда

00

р(х) = 1/ц J[1 - G(t)] [1 - F(t + х)] dt. (1.3)

О

Определим ц. поо формуле полного математического ожидания:

оо оо оо

ц = i 1 - G(t)] [ 1 - F(t)] dt + т1 fc(t) dF(t) + T2 jF(t) dG(t). (1.4)

0 0 0

Здесь первое слагаемое есть математическое ожидание времени работы элемента без отказов и замен, второе слагаемое характеризует долю времени (от величины Т^, приходящуюся на предварительные замены исправного элемента, а последнее слагаемое - долю времени (от величины Т2) на замены отказавших элементов на фиксированной позиции.

Учитывая выражение (1.4), запишем (1.3) в виде

оо

j" [1 - G(t)] [l-F(t + x)]dt

О

Р(х) =_

оо оо оо

J[l-G(t)] [l-F(t)] dt + T1 Jb(t) dF(t) + T2 jF(t) dG(t)

0 0 0 Интегрируя по частям, можно получить для р(х) выражение вида

00

jA(t) dG(t) О

Р(х) =_• (1-5)

00

jB(t) dG(t) О

Последнее выражение является дробно-линейным функционалом относительно 0(1;).

Для этого функционала следовало бы найти такой закон распределения СО), при котором вероятность р(х) принимала бы максимальное значение, т.е. следовало бы решить сложную задачу вариационного исчисления. Однако мы сведем данную задачу к исследованию на экстремум функции одного аргумента, воспользовавшись тем, что максимум дробно-линейного функционала типа (1.5) необходимо искать в классе функций распределения вырожденного вида [ 8 ]:

Прежде чем перейти к отысканию экстремума функции р(х), покажем, что ее действительно можно привести к виду (1.5). В самом деле, если обозначить

Г 0 при t < у,

G(t) = ^

(1.6)

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Карпин, Николай Борисович

3.5 Выводы

1. В связи с тем, что решение задачи определения интервалов замен стареющих элементов приносит в целом реальную прибыль, а с другой стороны, увеличивая число замен элементов, приводя к определенным расходам, возникла необходимость оптимизации расходов средств на поддержание заданного уровня надежности, на основе критерия оптимизации общей прибыли.

2. На основе предложенной модели функцианирования системы эксплуатации эта задача поставлена как задача оптимального управления.

3. Исследование ограничений и особенностей выбранного функционала показали, что эта задача сводится к задаче оптимального управления на основе принципа максимума Понтрягина.

4. Оптимальное управление найдено для двух моделей: в первой -время отказа произвольно, стоимость замен заранее неизвестна; во второй - в момент отказа элемент заменяется на работоспособный, а стоимость замены задана заранее.

5. Найденные алгоритмы решения этих задач реализованы в програмном продукте , который находит оптимальное управление для ряда частных случаев. По найденным решениям эксплуатационные затраты на поддержание и повышение надежности авиационной техники не должны превышать 2% от получаемых доходов.

6. Рассмотреный пример рабочей программы определения оптимального управления доказывают ее работоспособность и возможность применения в различных областях экономики.

Заключение

Эксплуатация элементов БРЭО по заданному ресурсу обеспечивает ( по данным моделирования ) повышение надежности по внезапным отказам ( по среднему времени безотказной работы ) на 30-60%. Организация предупредительных замен «стареющих» элементов БРЭО легко «вписывается» в существующую систему технического обслуживания ВС ГА. Предупредительные профилактические замены элементов являются одним из научно обоснованных путей продления ресурса БРЭО ВС ГА.

По результатам проведенных исследований в диссертации получены следующие научные и практические результаты.

1. Известный и теоретически хорошо разработанный метод оптимальных предупредительных замен стареющих элементов сложных технических систем, но нереализуемый на практике в силу отсутствия необходимой статистической информации о функциях интенсивностей отказов элементов авиационных систем, дополненный приемлемыми для практики допущениями в сочетании с эвристическими оценками, доведен до инженерных предложений.

2. С этой целью разработаны инженерные методика и программы вычислений, реализация которых опробована на объектах РЭО самолета ТУ-154. Кроме того, по результатам вычислений составлены обширные таблицы, по которым во многих практических случаях можно определить квазиоптимальные интервалы замен стареющих элементов БРЭО.

3. Даны предложения по продлению ресурсов БРЭО ВС ГА, что особенно актуально для ГА, так как около 30% бортового оборудования работает за пределами установленных ресурсов.

4. Предложен метод, позволяющий определить необходимый комплект запасных элементов для обеспечения и реализации инженерного подхода к проведению предупредительных замен стареющих элементов БРЭО ВС ГА.

5. Разработано новая математическая модель, позволяющая в часто встречающемся на практике случае ограниченного исходного статистического материала об отказах стареющих элементов БРЭО ВС ГА давать статистическую оценку рассчитанных интервалов замен элементов стареющего типа.

6. Разработанное математическое обеспечение может быть использовано и внедрено в авиакомпаниях при совершенствовании методов и способов технического обслуживания ВС ГА.

7. Известная математическая модель оптимизации затрат в системе с доходом изложена с целью решения задач в области ГА. Для ее реализации составлена оригинальная программа вычислений, приведенная в диссертации, которая позволяет оптимизировать эксплуатационные затраты на поддержание и повышение надежности, например, в авиакомпаниях, работающих при переходе к рынку в условиях полной хозяйственной самостоятельности.

8. Расчеты показали, что оптимальные затраты на повышение надежности в авиакомпаниях должны составлять примерно 2% от полученного дохода.

9. Отработанная в диссертации оригинальная вычислительная программа оптимизации затрат в системе с доходами является универсальной и может найти широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, на транспорте, в промышленности.

10. При внедрении в перспективе в ГА метода эксплуатации по состоянию предложенный метод предупредительных замен не потеряет актуальности, так как направлен на предупреждение не постепенных (как метод эксплуатации по состоянию), а внезапных отказов БРЭО ВС ГА.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Карпин, Николай Борисович, 1999 год

Литература.

1. Иванов П.А. Методические и организационные основы внедрения в гражданской авиации эксплуатации изделий бортового АиРЭО по техническому состоянию с контролем уровня надежности. М., МГТУ ГА., 1997,75.

2. Садыхов Г.С. Показатель остаточного ресурса и его свойства. Изв.АНСССР, Техническая кибернетика, 1995.,№4, с.с.98-102.

3. Frankel E.G. Reliability analysis.-Naval Engineers Journal, 1962, v74, №4, p.p. 17-21.

4. Трулав А. Эксплуатационная надежность и профилактические работы. В об." Оптимальные задачи надежности".М., Стандарты, 1964, с.31-40.

5. Барзилович Е.Ю. Организация обслуживания сложных систем. Обзор. М., ВВИА им. Проф. Н.Е.Жуковского, 1967, 83с.

6. Барзилович Е.Ю. Оптимальное управление случайными процессами и их приложения. ЕАТК, г.Егорьевск, 1996, 318с.

7. Барзилович Е.Ю. К проблеме обслуживания сложных технических систем. Известия АН СССР, Техническая кибернетика, №6, 1966,№1,1967,№2 1968.

8. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М., Советсткое Радио, 1971,280с.

9. Барзилович Е.Ю., Карпин Н.Б. Оптимальное управление случайным точечным процессом при неполной статистической информации. В книге [6]. Стр 47-54.

10. Понтрягин JI.C., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М., Наука, 1969,315с.

11. Карпин Н.Б. Инженерная методика замены «стареющих» элементов бортового радиоэлектронного оборудования воздушных судов ГА. Теория и практика использования и эксплуатации радиоэлектронных систем ГА. Межвузовский сборник научных трудов. М., 1997.

12. Барзилович Е.Ю.Модели технического обслуживания сложных систем. М., Высшая школа, 1982, 325с.

13. Барзилович Е.Ю., Беляев Ю.К., Каштанов В.А. и др. Вопросы математической теории надежности. Под редакцией Б.В.Гнеденко. М., Радио и Связь, 1983, 407с.

14. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10=ти томах. Том 8. Эксплуатация и ремонт. М., Машиностроение,

15. Барзилович Е.Ю., Денисов A.JL, Кочубинский А.И. Укрупненная оптимальная экономическая модель функционирования комплексной автоматизированной системы УВД. Сборник Вопросы кибернетики: Проблемы УВД, М., 1992, с. 17-23.

16. Barzilovich E.Y. Optimal controlled random process and their applications. Proceedings of the First European Conférence on Structural Control. Barcelona, May 29-31, 1996, pp85-91.

17. Reed W.Y. Optimal preventic maintenance protection and replacement of revenue-earining asset. Appl. Mathem. And Computers, 24 1987, pp 27-35.

18. Кузнецов A.A. Математическое обеспечение надежности ДА., M., МАИ, 1982, 170с.

19. Барзилович Е.Ю., Гнеденко Б.В. О некоторых актуальных проблемах надежности. В книге Проблемы надежности летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1985, ссЗ-6.

20. Гнеденко Б.В., Барзилович Е.Ю., Чепурин Е.В. Применение вероятностных методов в технике. Известия АН СССР. Техническая кибернетика, №6, 1968,сс28-35.

21. Барзилович Е.Ю. Определение оптимальных сроков профилактики на автоматических системах. Известия АН СССР. Техническая кибернетика, 1964,ссЗ 8-43.

22. Барзилович Е.Ю. Савенков М.В., Мезенцев В.Г. Надежность авиационных систем, М., Транспорт, 1982, 172с.

23. Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию (элементы теории). М, Транспорт, 1981, 198с.

24. Барзилович Е.Ю., Савенков М.В. Статистические методы оценки состояния авиационной техники. М., Транспорт, 1987., 205с.

25. Технико-экономическое обоснование программы модернизации единой системы организации воздушного движения России, М., ГосНИИ "Аэронавигация", 1993.

26. Федеральная программа модернизации единой системы ОВД РФ на период до 2005 года, М., ГосНИИ "Аэронавигация", 1993.

27. Отчет по НИР " Разработка предложений к модернизации системы ОВД РФ ," М., НП " Инновационное агенство",1998.

28. Отчет по НИР " Разработка концепции создания системы мониторинга и принятия решения для транспортных промышленных и энергетических комплексов " М., НП Инновационноеагенство, 1996.

29. Отчет по НИР " Фундаментально-прикладные исследования по совершенствованию системы ОВД РФ ." М., Гос НИИ Аэронавигация, 1997.

30. Ярлыков М.С., Барзилович Е.Ю., Оптимальная эксплуатация

авиационных систем по состоянию с учетом ошибок измерения.

В книге Проблеммы надежности летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1985, с.с. 15-21.

31. Lin Ye. Geometric process and replacement problems. Acta. Math. Appl., №4, 1988, p.p. 51-55.

32. Савенков M.B. Автоматизация управления технической эксплуатацией авиационных систем. М., Транспорт, 1992., 255с.

33. Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. М., Транспорт, 1992, 195с.

34. Майоров А.В., Янковский Б.Ф. Авиационное оборудование летательных аппаратов. М., Транспорт, 1993, 285с.

35. Типовое руководство по сбору, обработке и использованию информации о неисправностях авиатехники в авиапредприятиях МГА., М., МГА, 1990.

36. Руководство по деятельности эксплуатационного предприятия. Система сертификации организаций по техническому обслуживанию AT. ДВТ МТ РФ, 1995.

37. Состояние и переспективы развития стратегии и принципов технического обслуживания и ремонта зарубежных гражданских ВС. НИИ АО-Гос НИИ "Аэронавигация", №388/93-VIII, 1993.

38. Состояние и переспективы развития средств бортового и наземного контроля при ТО иР бортового оборудования зарубежных ВС. НИИ АО-Гос НИИ "Аэронавигация", 1993.

39. Воздушный кодекс Российской Федерации. Федеральный закон №60-ФЗ, 1997.

40. Иванов П.А., Козлов А.И. Основные направления совершенствования системы эксплуатации электронных средств и комплексов: практика и переспективы. НТК "Проблемы совершенствования РЭК и системы обеспечения полетов". Тезисы докладов, МГА, 1989, с.с 17-25.

41. Аэронавигационная система России - проблемы и пути их решения. Международная конференция, М., 30.09-2.10.1998.

42. Отчек по НИР "Совершенствование методов оценки безопасности полетов ВС ГА", М., Гос НИИ "Аэронавигация", 1998.

43. Крылов В.И. Бобков В.В. Вычислительные методы, Наука, М.,

1976.

44. Карпин Н.Б. О точном методе определения интервала замен наиболее нагруженных элементов БРЭО. Тезисы доклада на международной НТК «Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники». ЕАТК ГА, г.Егорьевск 1997.

45. Барзилович Е.Ю., Карпин Н.Б., Колодий А.В. и др. Оптимальное управление техническим состоянием многомерного объекта. Тезисы доклада на международной НТК «Инженерно-физические

проблемы авиационной и космической техники». ЕАТК ГА, г.Егорьевск 1997.

46. Карпин Н.Б. Определение оптимальных сроков замен «стареющих» элементов бортового РЭО ВС ГА. Тезисы докладов международной научно-технической конференции Современные научно технические проблемы ГА. М., 1996.

47. Барзилович Е.Ю., Е.Г.Бушина, Карпин Н.Б., Л.В.Ковнир Об одной обобщенной схеме оптимального управления состоянием авиационных систем. Тезисы докладов международной научно-технической конференции Современные научно технические проблемы ГА. М., 1996.