Классификация методов диагностирования

ОСНОВИ КОТРОЛЮ ТА ДІАГНОСТИКИ СКЛАДНИХ СИСТЕМ
ЧАСТЬ 1 МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
1.
ОСНОВНЫЕ
ПОНЯТИЯ
И
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПРОЦЕССА
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Проблема обеспечения высокой эффективности АТ, АО в процессе
эксплуатации в значительной степени определяется эффективностью методов и
средств контроля и прогнозирования технического состояния этой техники.
Согласно ДСТУ 2389-94 Техническое диагностирование и контроль
технического состояния. Термины и определения. Объект технического
диагностирования – изделие и (или) его составные части, подлежащие
диагностированию (контролю).
Техническое диагностирование – определение технического объекта с
определённой (заданной) точностью.
Контроль технического состояния – проверка соответствия значений
параметров объекта требованиям технической документации и определения на
этой основе одного из заданных видов технического состояния в заданный
момент времени.
Прогнозирование технического состояния – определение технического
состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени.
Система технического диагностирования – совокупность средств, объекта
и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по
правилам, установленным в технической документации.
Объект технического диагностирования всегда является объектом
контроля, поскольку техническое диагностирование является составной (не
обязательной) частью процесса контроля. Однако объект контроля при
определённых условиях может не быть объектом диагностирования.
Классификация методов диагностирования
В зависимости от глубины контроля различают контроль
работоспособности и контроль с поиском места отказа (диагностирование).
В зависимости от природы контролируемых параметров и способов их
контроля различают (методы неразрушающего контроля, служащие для
определения механических повреждений и дефектов в деталях объектов) и
параметрические методы контроля.
Параметрические методы контроля основаны на измерении,
соответствующем функциональным преобразовании и оценке выходных и
внутренних параметров объекта контроля. Эти методы позволяют
контролировать объекты в их нерабочих состояниях, в динамических и
статических режимах работы.
В зависимости от способа инициирования контролируемых параметров
объекта различают методы тестового и функционального диагностирования.
При тестовом воздействии от средств диагностирования объект обычно
не применяется по прямому назначению, в отличие от функционального
диагностирования (ФД), при котором поступают только рабочие воздействия,
предусмотренные алгоритмом функционирования объекта. Преимущество ФД в
оперативности реагирования на нарушение правильности функционирования
объекта. Недостаток – рабочие воздействия не могут выбраться из условий
оптимальности и не всегда достаточной глубины диагностирования.
Следует учитывать, что из опыта эксплуатации сложных систем известно,
что время устранения неисправности значительно меньше времени ее поиска.
Поэтому выбор оптимального метода диагностирования объектов весьма
важен. Различают методы:
последовательного диагностирования;
половинного разбиения элементов;
комбинационный.
Простой последовательный метод практически не применяется. Часто
применяется проверка в порядке убывания вероятности отказа, т. к. нам
обычно известна ВО отказа элементов (блоков), или имеются данные
эксплуатации об отказах определенных объектов.
Эффективность этого можно усилить, если еще учитывать время поиска
места отказа.
Пусть система состоит из N элементов, где qi и i (i = 1, 2,…N) вероятности отказов и времени проверок каждого элемента соответственно.
При проверке элементов в соответствии с их нумерацией, то
математическое ожидание времени поиска по этой программе
Mп1 = q11+q2(1+2)+…+qN(1+2+…+N).
При другой последовательности проверки 2, 1, 3, 4, …, N
Mп2 = q22+q1(1+2)+…+qN(1+2+…+N).
Если Mп1 - Mп2 0, то первая программа будет эффективнее второй.
Т. о. при (q1/1)(q2/2)(q3/3)…(qN/N), будем иметь минимальное
математическое ожидание времени проверок.
При равно надежных элементах системы часто применяется половинное
разбиение данной последовательно соединенной цепочки.
Э1
Э2
Э3
Э4
Э5
Э6
а1
а2
а3
а4
а5
Рис. 1. Схема проверки равнонадежных (N=6) элементов методом половинного
разбиения.
Если в точке а3 сигнала нет, то проверяется точка а2, а если есть, то а4 и т.
д. При данной методике число проверок (П) не превышает Пlog2N.
Рассмотрим разделение системы, состоящей из элементов (N=7) с разной
надежностью. В данном случае целесообразно применить метод контролем
2
деления системы на части с равными вероятностями отказов (q = 0,25; 0,23;
0,02; 0,05; 0,2; 0,2; 0,05. Рис. 2).
Первая проверка производится в точке а3, в которой сумма вероятностей
отказов равна 0.5. Если сигнал не в допуске, то производим проверку в точке а5,
которая делит на две части следующую половину и т. д.
0,25
0,23
0,02
0,05
0,2
Э1
Э2
Э3
Э4
Э5
а1
0,2
Э6
0,05
Э7
а2
а3
а4
а5
а6
Рис. 2. Комбинационный метод диагностирования
(Воробьев В.Г. с. 124, 125)
При данном методе диагностирования объекты контроля представляются
сложными, разветвленными схемами и каждое конкретное состояние объекта
контроля должно характеризоваться определенной, свойственной только этому
состоянию комбинацией признаков.
Для определения работоспособности можно контролировать все признаки
при подаче определенного входного воздействия.
Часто этот метод требует для своей реализации сложную обработку, для
чего необходимо использование ЭВМ.
Вышеуказанные методы можно представить в виде «дерева» поиска отказов.
Рассмотрим пример Л.Р. №3.
1-контролируемый параметр в допуске (соответственно 0 – не в допуске).
«Корнем» дерева называется исходное положение графа S.
 МОДЕЛИ АЛГОРИТМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
2.1.
Математические
модели
непрерывных
объектов
диагностирования
Под диагностическою моделью мы понимаем формализованное описание
объекта, необходимое для решения задач диагностирования, которое обычно
осуществляется разбиением объекта на отдельные элементы, функционально
связанные друг с другом. Так же выделяются существенные стороны реальных
устройств и отбрасываются второстепенные, т.е. происходит определенная
идеализация объекта.
Математические модели объектов могут быть представлены в виде
диагностических моделей: аналитических, логических, табличных и др.
Аналитические модели позволяют решать оптимизационные задачи и
получать соотношения между состоянием объекта, диагностическими
параметрами и показателями в аналитическом виде.
3
y1
y2
yn
Объект
контроля
x1
x2
xm
На вход объекта контроля подается n - мерный вектор Y входных воздействий с n
входными переменными, а на выходе соответственно m - мерный вектор X.
Вектор S характеризует техническое состояние объекта, состоящий из
работоспособного состояния S0 и множества неработоспособных состояний S1,
S2,…,SN.
В общем случае аналитическая диагностическая модель при контроле
объектов в статистических и динамических режимах работы имеет вид:
Xj = j(Y, Sj, t), где t – время;  - функция, которая определяет
взаимосвязи Xj с Y, Sj, t.
Эту модель можно представить в системе дифференциальных
уравнений, передаточной функции объекта, характеристического уравнения.
Такие модели применяются для сравнительно простых объектов.
Изменение состояния объекта должно существенно влиять на его
коэффициенты передаточной функции.
3. ОСОБЕННОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ
На современных ВС может иметься несколько БЦВМ и различных
дискретных автоматических устройств.
Чаще всего причинами отказов БЦВМ бывают повреждения элементов
схемы или связей между ними. У цифровых устройств существует
значительная вероятность появления сбоев в их работе.
Для оценки работоспособности используются программно-логический,
тестовый и схемный виды контроля.
Для поиска места отказа в БЦВМ используются методы
диагностических тестов. Диагностический тест может записываться в
дополнительном блоке постоянного ЗУ (ПЗУ), который устанавливается вместо
штатного ПЗУ или используется при диагностировании БЦВМ с помощью
наземной КИА. В УВВ проверяется точность АЦП, ЦАП и стабильность и
точность ЦАП и АЦП одновременно.
Для контроля ОЗУ (ПЗУ) используется счетный тест, который
обеспечивает выявление отказавшего разряда ячейки накопителя ОЗУ.
Тест заключается в том, что в ячейку по адресу 1 записывается 0, а в
каждую последующую прибавляется 1.
На втором этапе теста к содержимому нулевой ячейки добавляется по 1
в нулевой и (т.е. 0010018), потом полученный код сравнивается с кодом 1
ячейки. При совпадении к содержимому ячейки добавляется тот же код (т.е.
4
0010018) и полученный сравнивается с кодом очередной (2) и т.д. ячеек. Если
при проверке какие-то коды не совпадают, то на пульт КИА выдается код о
неисправной ячейке.
Имитационные тесты
Применяются для контроля правильности решения задачи при работе
БЦВМ в бортовом комплексе. Вместо штатного блока устанавливается
дополнительный блок ПЗУ со специальной программой теста. Программа
представляет цифровые модели различных режимов полета самолета. По
индикаторам и указателям бортовых систем осуществляется контроль БЦВМ.
Применяются так же тесты, отличающиеся от счетного, такие как тест
нуля (единицы), адресный тест, тест бегущего нуля (бегущей единицы).
При тесте нуля (единицы) во все разряды ячеек ОЗУ записываются нули
(или единицы). Потом производится последовательное считывание и проверка
этой информации. Данный обеспечивает выявление неисправности усилителей
и формирователей, используемых в ОЗУ для записи и считывания.
При адресном тесте в каждую ячейку ОЗУ записывается код её
собственного адреса. Далее производится последовательное считывание и
проверка этой информации. В результате обнаруживаются неисправности в
дешифраторе адреса ОЗУ.
При тесте бегущего нуля используется группа кодов, в каждом разряде
которых, кроме одного, записаны нули (или единицы). Место нахождения
нулей (единиц) сдвинуто на один разряд.
Коды теста нуля
01111……..111
10111……..111
11011……..111
……………….
Перемещение 0 на фоне 1 (или наоборот) создает наихудшие условия
работы для усилителей считывания, благодаря чему тест обеспечивает
определение мест сбоев ОЗУ, вызванные переходными процессами в проводах
разрядов ячеек.
5
4. ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА
На стадии эксплуатации для систем АО целесообразная глубина поиска
определяется конструктивными съёмными блоками, разрешенными для замены
в условиях АТБ и блоками имеющими регулировочные точки.
Следует выяснить назначение и состав объекта, принцип действия и
выполняемые функции, функциональные связи между блоками объекта,
масштаб и кратность резервирования, наличие и характер обратных связей,
наличие дрейфов параметров систем и возможность их регулирования, условия
и режим работы объекта.
Непрерывные объекты диагностирования делятся на однорежимные и
многорежимные.
Однорежимным называется объект, предназначенный для выполнения
одного режима функционирования.
Многорежимным
называется
объект,
рабочий
алгоритм
функционирования состоит из нескольких частей. В зависимости от режима
работы объекта каждая часть может быть задействована или свободна от
реализации.
Рассмотрим правила и порядок построения ФЛМ:
1 Построить функциональную схему объекта диагностики.
2 Обозначит символами у1, у2, у3,…, уn входные, а х1, х2, х3 выходные
сигналы блоков функциональной схемы.
3 Определить для входных и выходных сигналов ОДЗ.
4. Построить схему так, чтобы каждый функциональный элемент имел
только один выход. Число выходов может быть любым, но от них должен
зависеть выход данного элемента.
Построим ФЛМ
У1
х1
х2
У1
Э1
Э2
Э3
Э4
х3
Э5
х4
х5
Общее число возможных состояний равно 2N, где N – количество
элементов.
Если считать, что потоки отказов в объектах АО являются
ординарными, можно допустить, что в ФЛМ число неработоспособных
состояний определяется числом её элементов N, тогда для нашей ФЛМ оно
равно 8.
4.1. Табличная форма диагностических моделей
Составим таблицу состояний (или матрицу состояний объекта
диагностики).
Данная таблица строится по следующим правилам:
6
если при отказе Эi выходной сигнал хj имеет допустимое
значение, то на пересечении i-й строки и j-го столбца
записывается символ «1»;
если при отказе Эi выходной сигнал хj имеет недопустимое
значение, то на пересечении i-й строки и j-го столбца
записывается символ «0»;
для случая работоспособного состояния системы S0 все
выходные сигналы х имеют допустимые значения, т.е. уj = 1,
где j = 1, 2, 3,…, N.
Предполагается, что все входные сигналы имеют допустимые значения.
Возможные состояния системы в таблице обозначены символами S 0…S8.
Мы предполагаем, что при наличии дефекта произошел отказ одного Э. Для
заполнения строки S1 предполагаем отказавшим Э1 и т.д.
-
Таблица
состояний
S0
S1
S2
S3
S4
S5
х1
1
0
1
1
1
1
х2
1
0
0
1
1
1
х3
1
1
1
0
1
1
х4
1
0
1
0
0
1
х5
1
0
0
0
0
0
Для разработки алгоритмов поиска неисправности следует располагать
информацией о вероятностях различных состояний объекта контроля P(S i) и
стоимостях проверок параметров С(хj).
Вероятность различных состояний P(Si) в случае отказа Эi можно
вычислить по формуле:
[1 -P(S0) ] (1 - Pi)
P(Si) = ————————
N
∑ (1 - Pi)
I=1
При этом
N
∑ P(Si) = 1
I=1
Стоимость контроля зависит от факторов, отражающих затраты труда,
времени, необходимой аппаратуры и т.д.
В общем виде стоимость контроля параметров хj может быть выражена
по формуле:
7
С(хj) = а Т(хj) + в W(хj) + d G(хj), где Т(хj), W(хj), G(хj) – время,
денежная стоимость и вес контрольно-измерительной аппаратуры
соответственно.
a, в, d – весовые (важной роли в определении С(хj)) коэффициенты –
времени, денежной стоимости и веса контрольно-измерительной аппаратуры
соответственно.
Для автоматизированных систем диагностики воздушных судов –
определяющими будут масса и время – а + d = 1, а в = 0. Для наземной
аппаратуры - а + в = 1, а d=0.
5. О МЕТОДАХ МИНИМИЗАЦИИ ЧИСЛА КОНТРОЛИРУЕМЫХ
ПАРАМЕТРОВ
Первый этап минимизации числа признаков – просмотр их на
информативность. Строки только с единицами или нулями следует вычеркнуть.
Второй этап – проверка таблицы состояний на предмет наличия в ней
одинаковых строк. Из всех таких признаков следует оставить только один,
который наиболее просто получить и реализовать при контроле.
Существует большое число методов нахождения достаточно близких к
минимальному набору признаков. Например, информационный метод
минимизации тестов. Он основан на том, что при каждой проверке первым
контролируется параметр, который имеет максимум информации относительно
начального и следующих новых состояний объекта контроля. Тогда для
каждого параметра контроля вычисляется количество информации, которая
получается в процессе контроля.
N-m
m
Ik = log2N - --- log2m - ------- log2 (N-m), количество единиц в каждом
n
N
ряде транспонированной матрицы, (N-m) – количество нулей в каждом ряде.
Однако всегда точное минимальное число признаков даёт лишь один
метод.
8
ВОПРОСЫ К Ч.1
1. Кратко опишите основные методы диагностирования.
2. Какие диагностические модели Вы знаете?
3. В чём заключается условие ординарности потоков отказов авиационного
оборудования?
4. Перечислите основные правила построения функционально-логической
модели.
5. В чём заключается последовательный метод диагностирования?
6. В чём заключается метод половинного разбиения?
7. На какие виды различаются технические состояния объектов?
8. Перечислите показатели безотказности объектов?
9. Расскажите о методике построения «дерева» поиска отказов в изделии.
10. Как строится матрица состояний объекта диагностики.
11.В чём заключается тест бегущего нуля (единицы).
12. Как классифицируются методы диагностирования?
13. Как определить стоимость проверок С(хj)?
14. Расскажите о методах минимизации числа контролируемых параметров.
15. Расскажите о возможностях аналитических моделей.
9
ЧАСТЬ 2 СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
6.
КЛАССИФИКАЦИЯ
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
СРЕДСТВ
КОНТРОЛЯ
И
Конкретно – это средства контроля электрооборудования, двигателей,
аэрометрических приборов, гироскопических приборов, ПНК.
В связи с непрерывным возрастанием числа различных видов
оборудования, систем, устройств и элементов – эффективным средством
сокращения времени и трудозатрат является всемерная автоматизация
процессов контроля и подготовки к полётам.
В зависимости от формы обработки информации АСК бывают
аналоговыми и цифровыми. В зависимости от места автоматические
(автоматизированные) системы контроля (АСК) и бортовые системы
регистрации параметров полета (БСРПП) или бортовые устройства регистрации
(БУР) делятся на бортовые, наземно-бортовые и наземные. Далее см. рис.
АСК и БСРПП
Аналоговые
Бортовые АСК
Наземный и
бортовой
контроль.
Предупреждение
аварийных
ситуаций
Цифровые
Наземно-бортовые АСК
Наземные АСК
Недемонтированного оборудования
Техническое диагностирование и прогнозирование
БСРПП
Демонтированного
оборудования
Техническое диагностирование и
прогнозирование по полётным
данным. Контроль пилотирования и навигации
Особенности применения средств контроля в процессе лётнотехнической эксплуатации АО
Автоматические системы контроля состояния оборудования и
параметров полёта разрешают проблему загруженности членов экипажа. Такие
АСК автоматически осуществляют непрерывный контроль работоспособности
определённых бортовых систем, выявление отказов систем или участков их
10
схем и своевременное их отключение, включение резервных систем или
режимов их работы, извещение соответствующих членов экипажа об отказе или
о появлении критических значений параметров полёта.
Результаты автоматического контроля в полёте, как правило,
регистрируются БСРПП. Активные БСРПП также являются АСК, т.к.
осуществляют обработку поступающей информации с последующей
сигнализацией экипажу и записью опасных режимов полёта и работы систем.
Аналоговые АСК
Бывают встроенные или установленные на борт как специальные
системы. Встроенные – АБСУ-154, сигнализатор работоспособности автомата
центровки топлива и др. Примером специализированной может служить
автомат сигнализации углов атаки, скольжения и перегрузок (АУАСП).
Аналоговая наземная АСК (НАСК) предназначена для наземного
контроля недемонтированного оборудования ВС.
В цифровой АСК все операции сравнения и анализа выполняет
специализированная или универсальная ЭЦВМ.
Краткие сведения о БУРах.
БУРы (БСРПП) служат для записи ряда параметров полета ВС (углов крена, высот, скоростей, перегрузок, углов атаки и т.д.)
и некоторых наиболее важных параметров технических устройств. Записанная информация в дальнейшем используется для технического
диагностирования и прогнозирования, анализа летных происшествий, оценки работы экипажа. Расшифровки и анализ обработанной
информации обычно производится на земле. Существуют специальные дешифрирующие и вычислительные устройства («Луч-74», «Луч84» и др.). Применяются различные методики и программы для решения вышеизложенных задач. Результаты обработки информации БУР
отдельных ВС могут использоваться для обработки информации о данном типе ВС.
Рассмотрим характеристики БСРПП (БУР)
1 Магнитные устройства регистрации c время-импульсной модуляцией сигнала
Рассмотрим такое устройство на примере МСРП-12-96. Данная система обеспечивает одновременную запись 12 аналоговых
параметров и 12 разовых сигналов при аналоговой форме записи в дискретные моменты времени. В состав МСРП входят 12 датчиков анал.
парам. (ДАП) и 12 ДРК, Запись производится на одну дорожку в одном направлении, а на другую в обратном. На ленте остаются записи
последних 75 минут полета при стирании более ранней полетной информации. Общее время записи 30 ч. Запас ленты 250 м. Запись
сохраняется при 100○С в течение длительного времени, а при 1000○С в течение 10 мин.
БУР с цифровой формой записи регистрируемых параметров рассмотрим на примере МСРП-64 (магнитная система
регистрации параметров).
МСРП-64 записывает на магнитную ленту в цифровой форме 48 аналоговых параметров, 32 разовых сигналов, текущее время
с момента включения системы, опознавательные данные, адресные импульсы, необходимые, для работы системы декодирования записи.
Длина магнитной ленты 250 м. Общая продолжительность записи составляет 50 ч.
Имеются модификации системы МСРП-64-1, МСРП-2, МСРП-64-4, которые отличаются друг от друга частотой опроса
регистрируемых параметров и комплектующей системы.
3 БУР с твердотельным накопителем информации
Например, на Boeing-747 применяется БУР с твердотельным накопителем информации FDR (a Flight Data Recorder).
Продолжительность 25 ч., к-во регистрируемых параметров 5 – 300 +, обеспечивается сохраняемость записи на магнитной ленте при
ударных перегрузках до 3400g /6,5 мс, воздействии окружающей температуры до +11000 ºС в течение 30 мин., погружение на 20000 ft. Для
звуковой записи применяется CVR (Cocpit Voice Recorder).
БУР-92А
Состав:
БСПИ-92А – блок сбора параметрической (аналоговые параметры и разовые команды) и цифровой (коды) информации;
ПУ-БУР-92 – пульт управления;
ЗБН – 24 МТ – защищенный бортовой накопитель.
Технические характеристики (для Ан-38, Ан-140)
150 входов программируемых разовых команд;
22 входа программируемых аналоговых сигналов;
90 входов непрограммируемых аналоговых сигналов;
8 входов для приема информации от самолетных систем по последовательным кодам, отвечающим требованиям ARINC 429
(ГОСТ- 18977-79);
Информационная ёмкость твердотельного накопителя ЗБН-24МТ составляет 24 Мбайт, продолжительность записи 25 ч.
Сохраняет информацию при воздействии температуры 1100ºС в течение 0,5 ч., ударной перегрузки 1000g и других
воздействий по ОСТ 00774-86.
Напряжение питания БУР 18-33 В, потребляемая мощность менее 50 Вт.
СРЕДСТВА ДЕКОДИРОВАНИЯ ПОЛЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ рассмотрим на примере «Луч-84»
«Луч-84» применяется для автоматических процессов декодирования, расшифровки, анализа и документации (индикации)
записанной БУР типа МСРП информации.
Ёмкость оперативной памяти 256 кбайт. Внешняя память до 28 Мбайт. Всё с ней понятно?
«Луч 84 М» модернизирована так, что может работать совместно с ПЭВМ или промышленным компьютерами, что
значительно расширяет её возможности.
11
7. БОРТОВЫЕ УСТРОЙСТВА РЕГИСТРАЦИИ (БУРы) ПОЛЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
7.1. Общие сведения про БУРы
Регистрирующими называются устройства, обеспечивающие прием,
определенную обработку и фиксацию на носителе информационных сигналов
для последующего многократного использования и, при необходимости, для
длительного хранения.
Информационное управление регистрацией может осуществляться
непосредственно регистрируемыми параметрами (давлением, перемещением,
температурой и др.) или сигналами, пропорциональными этим параметрам и
вырабатываемыми соответствующими датчиками.
Электрические сигналы являются универсальными носителями
информации, подаваемой на вход большинства регистрирующих устройств.
Регистрирующее устройство обычно содержат комплект датчиков
регистрируемых величин (первичных измерительных преобразователей), блок
управления с необходимыми средствами преобразования поступающих на его
вход информационных сигналов и собственно блок регистрации – накопитель.
Бортовые устройства регистрации служат для записи ряда параметров
полета ВС (углов крена, высот, скоростей, перегрузок, углов атаки и т.д.) и
некоторых наиболее важных параметров технических устройств. Записанная
информация в дальнейшем используется для технического диагностирования и
прогнозирования, анализа летных происшествий, оценки работы экипажа.
Расшифровки и анализ обработанной информации обычно производится на
земле. Существуют специальные дешифрирующие и вычислительные
устройства. Применяются различные методики и программы для решения
вышеизложенных задач. Результаты обработки информации БУР отдельных ВС
могут использоваться для обработки информации о данном типе ВС.
7.2 Классификация БУР полетной информации
БУРы можно классифицировать по назначению, принципу и форме
записи.
По назначению БУРы делятся на аварийные, эксплуатационные,
комбинированные и испытательные.
Аварийные системы предназначены для накопления и сохранения
информации при расследовании АП. Сохраняться информация в БУР должна
при пожарах, ударных перегрузках до 100 g, при попадании носителя
информации в топливные и масляные смеси.
Эксплуатационные системы служат для накопления информации,
предназначенной для оценки работоспособности, состояния авиационной
техники, качества техники пилотирования, и для диагностики и
прогнозирования различных систем и процессов. В этих системах аварийная
защита носителя информации отсутствует, число регистрируемых параметров
достигает нескольких сотен, а запись производится в течение всего полета.
комбинированные системы сочетают функции аварийных и эксплуатационных
12
систем. Выполняются они в двух вариантах; с одним накопителем информации,
защищенным от разрушающих воздействий, и с двумя накопителями
информации, один из которых аварийный, а другой эксплуатационный.
Испытательные системы используются при испытаниях новых образцов
авиационной техники. Это в основном нестандартные БУРы, применяемые для
записи большого количества разнообразных параметров полета и работы
авиационной техники.
В зависимости от способа (принципа) записи БУР делятся на
механические, оптические, магнитные и теплохимические.
В зависимости от формы записи информации БУР делятся на
аналоговые
и
дискретные.
Дискретная
форма
записи
бывает
широтноимпульсной и цифровой.
В качестве датчиков информации используются анероидно-мембранные
устройства измерения высоты, скорости полета, давлений жидкостей и газов,
пружинные акселерометры, акселерометры и т.д. Выходные параметры
большинства датчиков предварительно преобразуются в электрические
сигналы, которые затем преобразуются к виду, удобному для выбранного
способа записи. С помощью нормализаторов номинальные (или максимальные)
и значения напряжений
сигналов приводятся к единому уровню, т.е.
обеспечивается необходимый масштаб записи параметров. При магнитной
записи электрические сигналы, характеризующие значения измеряемых
величин, преобразуются в дискретный код, который и записывается на
носитель информации. Коммутатор обеспечивает регистрацию многих
параметров на небольшое число дорожек записи. От специального временного
механизма в записывающее устройство поступают импульсы для записи
отметок времени, что необходимо для последующей обработки информации.
(надо показать данные цифропечатей и осциллограмм)
БУР с механической записью конструктивно просты. В качестве
носителя информации применяются несгораемые пленки, закопченная или
покрытая специальным составом бумага. Запись на них производится
специальной пастой, царапаньем или частыми проколами бумаги перьямииглами. Лента с помощью часового механизма или электродвигателя
протягивается относительно перьев. Большее число параметров регистрируется
шлейфовыми осциллографами и царапающими перьями на фотопленку и
бумажную ленту.
Регистраторы с непрерывной и дискретной формой представления
информации
7.2.1 Магнитные устройства регистрации c время-импульсной
модуляцией сигнала
Рассмотрим устройство и принцип работы таких устройств на примере
МСРП-12-96. Данная система обеспечивает одновременную запись 12
аналоговых параметров и 12 разовых сигналов при аналоговой форме записи в
дискретные моменты времени. В состав МСРП входят 12 датчиков анал. парам.
(ДАП) и 12 ДРК, Запись производится на одну дорожку в одном направлении, а
13
на другую в обратном. На ленте остаются записи последних 75 минут полета
при стирании более ранней полетной информации. Общее время записи 30 ч.
Запас ленты 250 м. Запись сохраняется при 100○С в течение длительного
времени, а при 1000○С в течение 10 мин.
Датчики для измерения ускорений, скоростей, высоты полета, давлений
и измерения частот вращения авиадвигателей через распределительный щиток
подключены к соответствующим входам кодирующего устройства, которое
преобразует напряжение каждого датчика во время-импульсный код. Импульсы
напряжения с выхода кодирующего устройства подводятся к магнитной
головке записи.
Через каждые 5с. на время 0.5 с распределительный щиток отключает
датчики аналоговых параметров и вместо них подключает датчики разовых
сигналов, если на выходе этих датчиков имеется напряжение разового сигнала.
Через соединительный блок на кодирующее устройство поступают импульсы
времени от электронных часов.
7.2.2 Магнитные БУР с цифровой формой представления информации
БУР с цифровой формой записи регистрируемых параметров
рассмотрим на примере МСРП-64 (магнитная система регистрации
параметров).
МСРП-64 записывает на магнитную ленту в цифровой форме 48
аналоговых параметров, 32 разовых сигналов, текущее время с момента
включения системы, опознавательные данные, адресные импульсы,
необходимые, для работы системы декодирования записи. Длина магнитной
ленты 250 м. Общая продолжительность записи составляет 50 ч.
Имеются модификации системы МСРП-64-1, МСРП-2, МСРП-64-4,
которые отличаются друг от друга частотой опроса регистрируемых
параметров и комплектующей системы.
Например МСРП-64-2 состоит из ПАВ-1…ПАВ-48 – преобразователей
аналоговых величин, ПРК-1…ПРК-32 – преобразователей разовых
команд, ЩР - щитка распределительного, УП – устройства преобразующего, 1
МЛП, 2 МЛП – защищенного и эксплуатационного бортовых накопителей,
ИТВ – индикатора текущего времени, РУ – распределительного устройства, ПУ
– пульта управления (упр. и контр. работоспособ. МСРП и МАРС-БМ –зап. реч.
инф.).
Принцип работы МСРП-64-2 следующий – датчики аналоговых величин
преобразуют измеряемые физические значения параметров в электрические
сигналы – напряжение которое изменяется от 0 до 6.3В. Эти сигналы через
распределительный щиток поступают на входы соответствующих каналов УП,
и с помощью специальной электронной схемы преобразуются в
восьмиразрядный двоичный код, соответствующий входному напряжению, с
последующей передачей его для записи на магнитную ленту.
В соответствии с требованиями НЛГС регистрируются четыре группы
параметров:
1 Параметры движения самолета.
14
2 Параметры характеризующие положение органов управления.
3 Параметры силовой установки.
4 Параметры, характеризующие состояние топливной, гидравлической,
противопожарной и других систем.
Для сохранения зарегистрированной на ленте информации в случае АП,
накопитель информации (в отличие от незащищенного эксплуатационного в
металлическом кожухе) помещен в теплоударозащитный контейнер, состоящий
из ударозащитной, теплопоглатительной и теплоизоляционной оболочек. Он
ПАВ1
ПАВ1
ЩР
1
МЛП
2
МЛП
УП
ИТВ
ПРК-1
ПРК-2
РУ
ПУ
обеспечивает сохраняемость записи на магнитной ленте при ударных
перегрузках до 200g, воздействии окружающей температуры до +1000 ºС в
течение 15 мин., пребывании в морской воде до 36 ч, воздействии бензина,
керосина, гидравлических и огнегасящих жидкостей не менее 5 мин.
7.2. 3 БУР с твердотельным накопителем информации
Например, на Boeing-747 применяется БУР с твердотельным
накопителем информации FDR (a Flight Data Recorder). Продолжительность 25
ч., к-во регистрируемых параметров 5 – 300 +, обеспечивается сохраняемость
записи на магнитной ленте при ударных перегрузках до 3400g /6,5 мс,
воздействии окружающей температуры до +11000 ºС в течение 30 мин.,
погружение на 20000 ft. Для звуковой записи применяется CVR (Cocpit Voice
Recorder).
7.2.3.1. БУР-92А
Состав:
- БСПИ-92А – блок сбора параметрической (аналоговые параметры и
разовые команды) и цифровой (коды) информации;
- ПУ-БУР-92 – пульт управления;
- ЗБН – 24 МТ – защищенный бортовой накопитель.
Технические характеристики (для Ан-38, Ан-140)
150 входов программируемых разовых команд;
22 входа программируемых аналоговых сигналов;
90 входов непрограммируемых аналоговых сигналов;
15
8 входов для приема информации от самолетных систем по
последовательным кодам, отвечающим требованиям ARINC 429 (ГОСТ- 1897779);
Информационная ёмкость твердотельного накопителя ЗБН-24МТ
составляет 24 Мбайт, продолжительность записи 25 ч.
Сохраняет информацию при воздействии температуры 1100ºС в течение
0,5 ч., ударной перегрузки 1000g и других воздействий по ОСТ 00774-86.
Напряжение питания БУР 18-33 В, потребляемая мощность менее 50 Вт.
8. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ДЕКОДИРОВАНИЯ ПОЛЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
8.1. Способы декодирования и научные методы анализа информации
Обработка записей БУР производится с целью получения численных
значений контролируемых параметров и моментов появления регистрируемых
событий. Процесс распознавания записанных параметров и определения по
функции х(t) численных значений параметра х в интересующий нас момент
времени t или численных значений моментов времени t при определенных
значениях параметра х называется дешифрированием записи регистратора.
Процесс преобразования записанного кода параметра х в
соответствующую аналоговую величину х(t) называется декодированием
записи.
В механических и оптических регистраторах обработка записей
заключается только в дешифрировании, исключая декодирование. Для
аналоговых МСРП обычно осуществляется сначала декодирование, а затем
дешифрирование, а для цифровых регистраторов процессы декодирования и
дешифрирования обычно совмещены.
Автоматизированная
обработка
полетной
информации
с
использованием ЭВМ может быть следующих видов:
автоматизированная (первичная) обработка – воспроизведение,
декодирование, расшифровка и документирование в физических величинах
закодированной исходной информации;
экспресс-анализ
–
проведение
по
заданным
алгоритмам
автоматического количественного и логического анализа полетной
информации;
автоматизированная
(вторичная)
обработка
–
определение
дополнительных нерегистрируемых параметров полета по значениям
регистрируемых параметров для более глубокого анализа, систематизации и
обобщения результатов обработки, оценки и прогнозирования технического
состояния авиатехники.
Экспресс-анализ проводится методом сравнения записанных на
носитель БУР параметров (или их сочетаний) реального полета с параметрами
идеального полета, сформированного в памяти ЭВМ устройства «Луч».
Вторичная
автоматизированная
обработка
использует
специализированные программы, в которых, как правило, реализованы
16
расчетные методы по определению технического состояния и ресурса
агрегатов, систем и оборудования, вида предстоящего ТО и т. п.
Помимо перечисленных выше, по результатам обработки записей БУР,
возможно решение таких задач как:
анализ тенденций изменения определяющих параметров авиатехники и
прогнозирования её работоспособности;
разработка оперативных рекомендаций по техническому обслуживанию
систем и ВС в целом и т.п.
8.2. Специализированные декодирующие устройства ДУМС и НДУ
Декодирующее
устройство
записей
ДУМС
обеспечивает
воспроизведение с магнитной ленты МСРП-12 закодированных результатов
регистрации, декодирование и запись их в непрерывной форме на фотобумагу
или фотопленку. Одновременно может быть декодирована и записана
информация не более чем из любых четырех каналов регистрации, а также
отметка времени.
В комплект ДУМС входят лентопротяжный механизм с
воспроизводящими
головками,
преобразующее
устройство,
магнитоэлектрический осциллограф К-12-22 и пульт управления им.
Преобразующее устройство ДУМС осуществляет преобразование и
декодирование время-импульсной записи в напряжения, значения которых
пропорциональны значениям регистрируемых параметров. Со специальных
блоков эти напряжения подводятся к осциллографу.
Наземное декодирующее устройство (НДУ) используется для
декодирования записей МСРП-64. Состоит из:
блока воспроизведения записи, включающего в себя лентопротяжный
механизм (ЛПМ), усилитель и регулятор усиления;
блока опознавательных данных с цифровым индикатором служебных
параметров и астрономического времени;
блока преобразования, куда входят 8 преобразователей «коднапряжение», преобразователь кода времени, регистр кода разовых команд;
панель управления с органами управления со световым
восьмиразрядным индикатором для индикации разовых сигналов или
цифровых значений аналоговых параметров, калибровочных напряжений
(записанных на ленте МСРП).
Результаты декодирования записываются в виде осциллограмм.
8.3. «Луч 84». Назначение, принцип действия, технические.
характеристики.
«Луч-84» применяется для автоматических процессов декодирования,
расшифровки, анализа и документации (индикации) записанной БУР типа
МСРП информации.
Система «Луч-84» представляет собой сочетание управляющего
вычислительного комплекса (УВК), устройств согласования сопряжений и
графической индикации.
17
В состав комплекта аппаратуры входят: комплекс управляющей
вычислительной машины СМ-1420; устройство согласования сопряжений УССОШ2К; устройство ввода-вывода перфоленточное комбинированное УВВ ПЛ;
стойка 4ЛН (графопостроитель БГР); блок воспроизведения БВс-3; УВВ-1;
лентопротяжный механизм МЛП-16 для воспроизведения параметрической
информации с носителя МСРП-12-96; устройство воспроизведения записей
УВЗ-5М с носителей МСРП-64М, МСРП-256; стойка 84СТ1; стойка 84СТ1СД;
УВЗ-3 с носителей МСРП-64-2;
Ёмкость оперативной памяти 256 кбайт. Внешняя память до 28 Мбайт.
«Луч 84 М» модернизирован так, что может работать совместно с
ПЭВМ или промышленным компьютером, что значительно расширяет его
возможности.
8.4 Использование «Луч-84» для декодирования полетной информации.
Результаты обработки информации представляются в виде графиков и
таблиц на устройстве графической регистрации и в виде таблиц на алфавитноцифровом печатающем устройстве (АЦПУ). Определенные параметры могут
представляться на экране видеотерминала в цифровом виде, которые могут
быть использованы для решения задач с помощью ЭВМ.
На стойке 4ЛН осуществляется регистрация значений параметров в виде
точек или символов на электрохимической бумаге. Исполнительным
устройством в стойке 4Л1Н является графопостроитель, гребенка которого
состоит из 300 иголок-электродов. Для отметки значения параметра включается
под напряжение игла, расстояние которой от базовой линии пропорционально
18
этому значению параметра. Между иглой и барабаном происходит разряд,
оставляющий на бумаге след в виде точки.
Основные принципы обработки и решаемые задачи описаны в первом
пункте данного раздела.
9. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ АТ
9.1. Логическая связь обеспечения качества технического обслуживания
(ТО) и безопасности полётов (БП).
Цель функционирования системы ТОиР (Р-ремонта) – управление
техническим состоянием авиационной техники на протяжении срока её службы
(ресурса) для обеспечения заданного уровня готовности к применению и
безотказности в процессе эксплуатации при ограниченных затратах труда,
времени и средств.
Совокупность правил управления техническим состоянием АТ –
определение сроков и объемов работ по ТОиР называется стратегией ТОиР.
Основной недостаток всех стратегий ТОиР заключается в том, что ни
одна из них с вероятностью, равной достигнутому уровню безопасности
полетов, не гарантирует безопасность в полете обслуживаемых систем ВС.
Например, из многолетнего опыта эксплуатации следует, что 90% отказов
электронного оборудования ВС происходит в полётах, несмотря на соблюдение
и регламентов ТО. Между тем цель ТО как раз и состоит в том, чтобы
обеспечить безопасность полетов. Дело в том, что, например, стратегия ТО по
состоянию с контролем уровня надежности распространяется только на
изделия, которые обеспечены возможностью контроля на работоспособность и
заведомо не влияют на БП. Поэтому возникла проблема оценки влияния
элементов ВС, систем и блоков на БП, но в тоже время необходимо считаться и
с экономической целесообразностью. Следует учитывать и то, что всемерная
автоматизация процессов контроля и подготовки к полетам невозможна без
своевременного метрологического обеспечения при ТО АО. Отметим, что
контролем называется процесс между состоянием объекта контроля и заданной
нормой. При контроле нет необходимости знать численные значения
контролируемой величины. Однако контроль содержит ряд операций,
присущих измерениям (измерительные преобразования, сравнения). Поэтому
вопросы точности для контроля имеют существенное значение.
9.2. Организация проведения работ по метрологическому обеспечению
предприятий ГА.
Метрологическое обеспечение – это комплекс организационнотехнических мероприятий, направленных на обеспечение единства параметров
АТ для поддержания ее надежности на требуемом уровне. Вопросы МО в
гражданской авиации решаются при участии метрологической службы,
базовыми поверочными ремонтными метрологическими лабораториями
(службами) предприятий (организаций).
В функции лабораторий входит проверка и ремонт средств измерения
(СИ), метрологическая экспертиза эксплуатационной документации, аттестация
19
СИ, обслуживание образцовых СИ, разработка и внедрение методик
выполнения измерений, анализ состояния измерений, и т.д., осуществляемая
специалистами ответственными за МО на предприятии и его подразделениях.
Физические величины передаются от эталонов к образцовым СИ, а
затем к авиационному оборудованию, установленному на ВС.
СИ можно разделить на три группы:
- контрольно-поверочной аппаратуры (КПА) отраслевого назначения;
- нестандартизированных СИ (НСИ);
- СИ общего применения (осциллографы, вольтметры).
9.3. Аттестация методик выполнения измерений
Методикой выполнения измерений (МВИ) называют оформленную
документально совокупность требований к компонентам измерения к
алгоритмам их выполнения.
К компонентам измерения относят объект исследования (объект
характеризующийся
измеряемой физической величиной), СИ, условия
измерений (свойства окружающейся среды и технических устройств,
взаимодействующих с объектом исследования и СИ), наблюдателя и метод
измерения.
Под алгоритмом выполнения измерений подразумевают описание
действий и их последовательности, выполнение которых обеспечивает
нахождение результата измерений. Он включает алгоритм измерительного
эксперимента, алгоритм вычисления экспериментального значения и алгоритм
нахождения показателей точности.
Согласно ГОСТ 8.010-90 МВИ подлежит метрологической аттестации
(МА),
которая представляет собой исследования, направленные на
определение значений показателей точности измерений, выполняемых в
соответствии с данной методикой.
В проекте аттестата МВИ обязательно должны быть указаны:
определение измеряемой ФВ; область применимости МВИ; требования к
применяемым СИ; алгоритм измерения; показатели точности результатов
измерений; требования к квалификации наблюдателя; требования к технике
безопасности.
По результатам МА МВИ оформляют два документа – технический
отчет о МА и аттестат МВИ.
9.4. Метрологическая экспертиза ТЗ, КД, ТД в условиях АТБ.
Метрологическая экспертиза технической документации выполняется в
соответствии с нормами, правилами, требованиями, которые регламентируются
системами и нормативно-технтческими документами Государственной системы
стандартизации. Центральное место среди них занимает Государственная
система обеспечения единства измерений.
Техническое задание (ТЗ) устанавливает основное назначение,
технические и тактико-технические характеристики, показатели качества и
20
технико-экономические требования, необходимые стадии разработки
конструкторской документации, а так же специальные требования к изделию.
Основным содержанием метрологической экспертизы ТЗ являются:
- анализ возможности измерений с требуемой точностью тех
параметров разрабатываемой продукции, к которым предъявляются
такие требования:
- определение
возможности
метрологического
обеспечения
экспериментальных исследований, связанных с разработкой изделия;
- предварительная оценка метрологического обеспечения изготовления
и эксплуатации намеченного к разработке изделия.
ГОСТ 8.103-73 «ГСИ. Организация и порядок проведения
метрологической
экспертизы
конструкторской
и
технологической
документации».
В конструкторскую документацию входят технические условия (ТУ) и
чертежи.
ТУ – это нормативно технический документ, устанавливающий
комплекс требований к изделию: изготовлению, контролю, приему и оснастке
(ГОСТ-2.114-99).
Основным содержанием МЭ ТУ является: оценка оптимальности
требований к оптимальности требований к номенклатуре измеряемых
параметров, к требуемой точности их определения, а также оценка
возможности их измерения, правильности выбора предлагаемых методов
измерений ) испытаний, анализов.
МЭ рекомендуется подвергать сборочные, монтажные, габаритные
чертежи, а также чертежи отдельных деталей.
Основным при МЭ технологической документации является оценка
возможности реализации, достаточности и экономической целесообразности
методик контроля.
МЭ могут подвергаться следующие виды технологических документов:
маршрутная и операционная карты, карта эскизов, технологическая
инструкция, карты технологического процесса, типового технологического
процесса, типовой операции, технологический регламент.
В условиях АТБ могут разрабатываться нестандартизированные
средства измерения для контроля каких-либо дополнительных параметров
оборудования, для совершенствования существующей КПА, повышения
производительности труда, диагностирования.
21
ВОПРОСЫ К Ч.2
1. Как классифицируются автоматические средства контроля?
2. Расскажите об особенностях применения средств контроля в процессе
лётно-технической эксплуатации авиационного оборудования
3. Дайте общие сведения про бортовые устройства регистрации
полетной информации.
4. Как классифицируются бортовые устройства регистрации полетной
информации?
Расскажите о :
5. Магнитных устройствах регистрации c время-импульсной
модуляцией сигнала.
6. Устройстве и принципе работы МСРП-12-96.
7. Магнитных
бортовых устройствах регистрации полетной
информации с цифровой формой представления информации.
8. Устройстве и принципе работы МСРП-64-2.
9. Бортовых устройствах регистрации полетной информации с
твердотельным накопителем информации.
10. Способах декодирования и научных методах анализа информации.
11. Назначении и составе специализированного декодирующего
устройства записей ДУМС.
12. Назначении и составе специализированного наземного
декодирующего устройства НДУ.
13. «Луч 84», его назначении, принципе действия и составе.
14. Использовании «Луч-84» для декодирования полетной информации.
15. Связи логической обеспечения качества технического обслуживания
и безопасности полетов.
16. Организации проведения работ по метрологическому обеспечению
предприятий ГА.
17. Аттестации методик выполнения измерений.
18. Метрологической экспертизе технических заданий в условиях АТБ.
19. Метрологической экспертизе конструкторской документации в
условиях АТБ.
20. Метрологической экспертизе технологической документации в
условиях АТБ.
Тесты
1. Как классифицируются автоматические средства контроля?
□ В зависимости от формы обработки информации АСК бывают аналоговыми и
цифровыми, а от места расположения на бортовые, наземно-бортовые и
наземные.
□ В зависимости от формы обработки информации АСК делятся на бортовые,
наземно-бортовые и наземные, а от места расположения делятся на аналоговые
и цифровые.
□ Делятся на аналитические, логические, табличные и др.
22
Литература
1.
Абрамович О.О., Грібов В.М., Грищенко Ю.В., Ситнянських Л.М.
Навчально-методичний посібник: „Надійність і діагностика технічних систем”.
– К.: НАУ, 2005 – 121 с.
2.
Скрипець А.В. Теоретичні основи експлуатації авіаційного обладнання –
К.: НАУ, 2003. – 396 с.
3. Техническая эксплуатация пилотажно-навигационных комплексов. / Под
ред. А.В. Скрипца. – М.: Транспорт, 1992. – 296 с.
4. Техническая эксплуатация авиационного оборудования. Учебник / Под ред.
В.Г.Воробьёва. – М.: Транспорт, 1990. – 296 с.
5. ТЕХНІЧНЕ діагностування та контроль техничного стану. Терміни та
визначення. ДСТУ 2389-94.– К.: Держстандарт України, 1994. – 24 с.
6. ДСТУ 2860-94.
Надежность техники. Термины и определения. – К.,
Держстандарт України, 1995 г. – 92 с.
7. Доценко В.И., Игнатов В.А., Казак В.Н. Системы автоматизированного
контроля. – Киев: КМУГА, 1995.
8.
Основы контроля авиационного оборудования.
/
Р.М. Боровик, Г.Н.
Мозжухин, К.: КИИГА, 1980 г., 95 с.
9.
Бортовые системы регистрации полётной информации. / Р.М. Боровик,
Г.Н. Мозжухин, К.: КИИГА, 1984 г., 84 с.
10.
Техническая эксплуатация и ремонт электрического, приборного и
пилотажно-навигационного оборудования воздушных судов. Лабораторный
практикум / Ред. А.В. Скрипец – К.: КМУГА, 1999. – 152 с.
23
ПРИЛОЖЕНИЕ К Ч.1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ТЕОРИИ НАДЁЖНОСТИ
1. Основные определения и методы
комплексной оценки надежности
Для самостоятельного изучения вопросов надежности можно
порекомендовать несколько книг:
Шишонок, Спр. под. ред. Ушакова, Кубарева и т.д.
Кроме того, имеется ряд государственных стандартов, которыми
регламентируются те или иные аспекты обеспечения надежности:
1. ДСТУ 2860-94. Надежность техники. Термины и определения. К.,
Держстандарт України, 1995 г., 92с.
2. ДСТУ 2861-94. Надежность техники. Анализ надежности. Основные
положения. К., Держстандарт України, 1995 г., 33с.
3. ДСТУ 3004-95. Надежность техники. Методы оценки показателей
надежности по экспериментальным данным. К., Держстандарт
України, 1995 г., 123с.
4. ДСТУ 27.205-97. Надежность техники. Проектная оценка надежности
сложных систем с учетом технического и программного обеспечения
и оперативного персонала. Основные положения. К., Держстандарт
України, 1999 г., 22с.
5. ДСТУ 2389-94. Техническое диагностирование и контроль
технического состояния. Термины и определения. К., Держстандарт
України, 1995 г., 24с.
6.
Как известно, совокупность свойств, обеспечивающих выполнение
объектом некоторых функций, называют его качеством.
Надежность может выступать как роли одного из показателей свойств
продукции, так и самостоятельной характеристики качества, когда показатель
надежности является главным критерием потребительской ценности
продукции, а требования к остальным показателям свойств заведомо
выполняются.
Основные термины и определения в области надежности были
установлены ДСТУ 2860-94(ранее ГОСТ 27.002-89), распространявшегося и на
В технику. В соответствии с этим ДСТУ надежность – это свойство объекта
сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров,
характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных
режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов,
хранения и транспортирования.
Смысл надежности в сохранении тех показателей качества продукции,
которые придаются ей при изготовлении. Любые самые высокие показатели
качества характеризуют потенциальные возможности продукции. Эти
24
возможности могут быть реализованы полностью, частично или совсем не
реализованы, если не обеспечена способность сохранять эти показатели в
процессе эксплуатации.
Физический смысл надежности состоит в способности технических
объектов сохранять свои характеристики (параметры) во времени. В самом
общем значении под надежностью понимается свойство сохранять начальные
характеристики в процессе эксплуатации. Надежность связана со всеми
показателями качества, сохранение которых необходимо для нормального
функционирования объекта.
Существует обширный класс систем, отказы которых сопряжены с
угрозой для жизни людей или последствиям, наносящим большой
экономический и моральный ущерб. К таким системам относятся современные
самолеты и ракетно-космическая техника, химические и другие
высококачественные производства, системы получения и передачи
электроэнергии и т.п. Примерами тяжелых последствий отказов технических
являются катастрофы космического корабля «Челенджер» и чернобыльская
катастрофа.
Показатели надежности подобных систем имеют решающее значение
при определении качества их функционирования. Обеспечение высокой
надежности этих и многих других систем равносильно обеспечению качества
вообще, т.е. возможности наиболее полно реализовать технические,
экономические и эксплуатационные преимущества, воплощенные в них.
Проблема обеспечения надежности в её современном звучании
появилась вместе со сложными техническими устройствами.
Надежность является комплексным свойством и в общем определяется
безотказностью, ремонтопригодностью, долговечностью и сохраняемостью
объекта
Н
Б
Р
Д
С
Рис.1.
ю 11
25
Для восстановления систем многоразового использования надежность
определяется всеми четырьмя этими свойствами.
Важнейшим понятием в теории и практике надежности является
безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное
состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.
Безотказность характеризуется закономерностями возникновения отказов в
объекте и с безотказностью неразрывно связаны понятия и работоспособность.
Рассмотрим схему основных состояний технических объектов и событий
при переходах из состояния в состояние.
ИС
3
2
1
РС
5
4
2
НС
3
ПС
Рис. 2
Итак, объект может находиться в исправном, работоспособном,
неработоспособном и предельном состояниях.
Исправное состояние – это состояние объекта, при котором он
соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или)
конструкторской документации.
Работоспособное – такое состояние объекта, при котором он способен
выполнять все требуемые функции.
Неработоспособное – такое состояние объекта, при котором он не
способен выполнять хотя бы одну из требуемых функций.
Событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта
при сохранении работоспособного состояния, называется повреждением
(переход 1).
А отказ – это событие заключающееся в нарушении работоспособного
состояния объекта, т.е. в утрате объектом способности выполнять требуемую
функцию (переход 2).
В восстанавливаемых системах, к которым относятся и АСК, имеет
место поток отказов, а процесс эксплуатации представляет собой чередование
работоспособного и неработоспособного состояний, причем переход в
неработоспособное состояние происходит в момент наступления отказа, а
26
переход в работоспособное состояние - в момент окончания восстановления. В
неработоспособном состоянии система восстановления или ожидает
восстановления.
Для таких систем важным свойством, важной составляющей надежности
является ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в
приспособленности к поддержанию и восстановлению состояния, при котором
он способен выполнять требуемые функции, путем технического обслуживания
и ремонта.
Из неработоспособного состояния переход в работоспособное
осуществляется путем восстановления работоспособного состояния или, как
иногда говорят, путем текущего ремонта (переход 4). Ремонтопригодность
характеризуется закономерностями процессов восстановления, которые во
многом определяются конструкцией изделий.
Период нормальной эксплуатации технических объектов ограничен
вследствие необратимых изменений, происходящих в составных частях и
материалах – старение и износ. Этот период определяется долговечностью
системы.
Долговечность – это свойство объекта выполнять требуемые функции до
наступления предельного состояния при установленной системе технического
обслуживания и ремонта.
Предельное состояние – это такое состояние объекта, при котором его
дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо
восстановление его работоспособного состояния невозможно или
нецелесообразно.
При наступлении предельного состояния производится либо его
списание (утилизация) либо плановый ремонт (средний или капитальный), в
результате которого восстанавливается работоспособное или исправное
состояние с полным или частичным возобновлением ресурса (переход 5).
Наконец, четвертым составляющим свойства надежности является
сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения
параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые
функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования. Т.е. это
свойство состоит в приспособленности к хранению и транспортированию без
ухудшения других составляющих надежности.
27
2. Основные определения и методы
количественной оценки безотказности
На предыдущем занятии мы рассмотрели основные понятия и
определения в области надежности. Теперь перейдем к количественным
показателям и методам оценки.
Важнейшим понятием в области надежности является понятие
безотказности, т.к. оно непосредственно связано с выполнением объектом
своих функций. Под безотказностью понимается свойство объекта непрерывно
сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или
некоторой наработки.
Как отмечалось ранее, технические объекты разделяются на
невосстанавливаемые
и
восстанавливаемые.
Рассмотрим
показатели
безотказности невосстанавливаемых объектов, примером которых является
электролампочка и к которым относится подавляющее большинство
электрорадиоэлементов.
Пусть в момент времени t=0 мы стали эксплуатировать (включили в
работу) указанный объект.
t=0
to
t
В некоторый момент to происходит отказ объекта. Возникновение отказа
объекта является случайным событием, а время появления отказа является
случайной величиной, т.е. to – случайная величина. Если рассматривать
несколько, пусть N однотипных объектов, т.е. отказы в общем случае будут
возникать в различные моменты времени и мы будем наблюдать N реализаций
случайной величины to.
Одним из показателей безотказности является вероятность безотказной
работы (ВБР), т.е. вероятность того, что в пределах заданной наработки
(заданного времени) отказ объекта не возникнет. Можно записать
Р(t) = Вер {t ≤ to }, где t – текущее время.
Если рассматривать число безотказно проработавших элементов на
момент времени t N(t), то можно записать
N(t)
Р(t) = —— при N → ∞.
N
Грубо говоря, ВБР – это доля безотказно проработавших на момент t
элементов. С вероятностью безотказной работы однозначно связана
вероятность возникновения отказа
Q(t) = Вер {t ≥ to }
Р(t) = 1 – Р(t),
28
т.е. вероятность того, что случайная величина to примет значение
меньше t , т.е. текущего времени. А это уже, как известно из теории
вероятностей – интегральная функция распределения случайной величины –
исчерпывающая его характеристика. Q(t) как ФР обладает следующими
свойствами: она неубывающая; в начальный момент времени Q(t) = 0; в пределе
Q(t) → 1 при t → ∞. Вид функций Q(t) и P(t) представлен на рисунке.
P(t),Q(t)
t
Рис. 3.
Для характеристики случайной величины широко используется
дифференциальная функция распределения или плотность распределения
вероятностей
dQ(t)
f(t) = ——— ;
d(t)
Можно также записать
dP(t)
Q(t) = ∫ f (τ) d τ ; f(t) = - ——
0
dt
t
При статистической иллюстрации
f(t) = .
N (t) n( t )

Nt
Nt
∆t→0
Следующая важная характеристика – интенсивность отказов λ(t) –
условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая
при условии, что до рассматриваемого момента отказ не возник. Интенсивность
отказов имеет смысл частоты отказов, а при статистическом подходе
выражение для λ(t) имеет вид
29
λ (t) =
n ( t)
,
N(t)t
т.е. это отношение числа отказов в единицу времени к числу
«уцелевших» к этому моменту объектов. Имеет место следующие
соотношения
t

f (t )
 (t ) 
;
P (t )
P (t )  e

 ( ) d ( )
0
d p(t)
λ(t) = - ——— ;
p(t) dt
Для многих объектов зависимость интенсивности отказов от времени
имеет вид.
λ(t)
I
II
III
t
Рис. 4.
Участок I – период приработки;
Участок II - период нормальной эксплуатации;
Участок III – период старения.
Еще одним показателем безотказности является средняя наработка до
отказа – по определению – математическое ожидание наработки объекта до
первого отказа.
По определению матожидания
∞
Т0 = ∫ tf (t) dt
0
или после интегрирования по частям можно получить другое выражение
∞
Т0 = ∫ Р(t) dt
0
Имеет место также соотношение
1 N
Т0 = — ∑ ti
30
N→∞
N i =1
Для многих технических объектов справедливо принять в качестве
закона распределения времени безотказной работы экспоненциальный закон
распределения. В этом случае интенсивность отказов постоянна и имеет
следующие соотношения
1
-λt
-λt
f(t) = λ e
; P(t) = e ; T0 = — .
λ
f(t),λ(t)
λ(t)
Рис. 5.
t
31