Совершенствование процессов испытаний бортовых систем самолётов

где Р_Б -- вероятность благополучного завершения полета (событие, альтернативное катастрофе).

Оценка повышения безопасности полетов делается в предположении полного охвата автоматизацией всех бортовых систем и комплексов и ВС в целом.

В общем количестве отказов содержится доля отказов, обусловленная дефектом допусков. Пропорциональная доля, обусловленная дефектом допусков, содержится и в катастрофических отказах. В эти отказы входят отказы контрольно-проверочной аппаратуры, недостоверность методик испытаний, инструментальные погрешности и недостоверность дефекта допусков (как правило, самый опасный вид отказов - признание негодного изделия годным) и т.д.

В связи с создавшимся положением было принято решение о введении на заводе-изготовителе работ по комплексированию, что позволило выявить эти отказы на более ранней стадии, т.е. до летных испытаний.

Доля дефекта допусков составляет до 10 % из общего количества (26,3%).

Отсюда можно определить вероятность катастрофы, обусловленную дефектом допусков:

Q_ТКДД = з_ТК Х Q_ДД = 0,1 Х 0,375 Х 10^-7 = 3,75 Х 10^-9

На 2013 год ICAO прогнозирует относительную частоту катастроф, обусловленную всеми причинами л_К = 1,0 Х 10^-7 ч^-1 , что соответствует уровню безопасности полетов (УБП) [7]: УБП = 1 - Q_K = 1 - 10^-7 = 0,9999999.

Ожидаемый УБП за счет исключения нового неблагоприятного фактора (дефекта допусков) составит:

УБП = 1 - (Q_K - Q_ТКДД) = (1 - Q_K) + Q_ТКДД = 1 - 10^-7 Х 3,75 Х 10^-9 = =0,9999999099.

Таким образом, УБП возрос на ДУБП = 3,75 Х 10^-9.

В процентном отношении от прогнозируемой частоты

Расчет сделан в предположении 100 % автоматизации испытательных работ.

Кроме дефекта допусков на безопасность полетов влияют следующие негативные факторы: субъективность контроля, ошибки операторов и ошибки при составлении программ контроля.

Оба эти фактора в значительной степени, как это было указано выше, можно исключить за счет внедрения автоматизированных систем контроля и САПР программ контроля.

Исключение этих факторов также приведет к сокращению общего числа отказов. В расчете принимается последовательная схема надежности, как это принято на этапе эскизного проектирования:

где Р_ТА - вероятность безошибочного контроля оборудования ВС в ручном варианте;

Р_ОП - вероятность безошибочной работы оператора;

Р_ПР -- вероятность безошибочного составления программы контроля вручную;

P_i - прочие причины.

Внедрение автоматизированных систем контроля и САПР программ контроля позволит исключить ошибки оператора и разработчика программ контроля.

Результирующая цифра вероятности безошибочной работы операторы может значительно изменяться. В данном прикидочном расчете принято Роп = 0,95 ч 0,99.

При автоматизированном контроле вероятность выполнения этих операций будет выше и составит Р_АСК = 0,9999. Вероятность безошибочного составления программы контроля вручную равна Р_ПР = 0,95 (средняя цифра по различным САПР). При автоматизированном составлении программ контроля повышение объективности контроля составляет от 392 до 582 (данные приведены в главе об АСК). Для определения Р_ПР надо вычислить среднее повышение объективности контроля по типовым САПР - з

где Р_САПР - вероятность составления программы контроля в варианте САПР.

Р_ПР = 1 - 474(1 - 0,9999) = 0,9526; Р_САПР = 0,9999.

Данные взяты из табл. 9 данной работы. В данном расчете примем

Р_ПР = 0,94ч0,98.

Теперь можно определить соотношение между вероятностью безошибочного проведения контроля при ручном варианте (наличие субъективных ошибок) и при автоматизированном контроле:

где Р_ТА - вероятность безошибочного выполнения контроля в автоматизированном варианте.

где P_ТА -- вероятность безошибочного выполнения контроля в ручном варианте.

Вероятности противоположных событий, т.е. вероятности ошибочного выполнения контроля в вариантах субъективных факторов и при автоматизации:

Q_ТА = 1 - P_ТА

Разность вероятностей отказов для двух вариантов за счет повышения достоверности контроля составит

ДQ = Q_TA - Q_TA = (1 - P_TA) - (1 - P_TA) = P_TA - P_TA= (1,1078 ч 1,0305)P_TA - P_TA=Р_TA((1,1078 ч 1,0305)- l) = P_TA (0,1078 ч 0,0305).

Таким образом, относительное сокращение отказов по причине субъективности составит

Пропорционально уменьшится и число катастрофических отказов:

Дл_Тсуб = 0,25л(0,031 ч 0,108) = (0,0116 ч 0,041)Х 10^-7 = (l,l 6 ч 4,l) Х 10^-9,

где Дл_Тсуб -- интенсивность отказов по причине субъективных ошибок составления программы и ошибок оператора.

Относительная величина уменьшения интенсивности отказов по причине субъективных ошибок от прогнозируемой частоты катастроф составит

Общий уровень повышения УБП при исключении негативных факторов составит от прогнозируемого уровня 2013 г.:

Средняя величина УБП=6,38 %.

Таким образом, факторы влияющие на безопасность полетов, можно представить в виде диаграммы на рис. 2.

Рис. 2. Факторы, влияющие на безопасность полётов

2.3 Выводы

В результате исследования влияния факторов повышения достоверности и автоматизации контроля можно сделать следующие выводы:

1. Дефект назначения допусков и субъективные ошибки операторов при проведении контроля и составлении программ контроля оказывают негативное влияние на уровень безопасности полетов.

2. Для оценки указанных факторов, выполнен прикидочный расчет ожидаемого повышения уровня безопасности полетов и получены следующие результаты.

Повышение УБП составит:

- за счет исключения дефекта допусков 3,75% (3,75Х10^-9 л.ч^-1);

- за счет исключения субъективных ошибок (1,16 ч 4,1) %;

3. Полученные результаты позволяют ставить следующие задачи:

- изучение явления дефекта допусков и исключение его влияния на результаты контроля;

- разработка и внедрение автоматизированных систем контроля и САПР программ контроля для исключения влияния субъективного фактора и создания высокопроизводительного испытательного оборудования.

Глава 3. Разработка методов повышения достоверности наземного контроля бортовых систем воздушного судна

Существующие математические описания выходных параметров и критериев качества ориентированы на представление их как функций от аргументов, которыми являются номинальные значения элементов бортовых систем. Практический интерес представляют собой те же функции, но зависящие от контролируемых параметров. В связи с этим встает задача разработки математической модели перехода к новым аргументам, т.е. контролируемым параметрам.

Кроме известных инструментальных ошибок первого и второго рода [6, 26], существует малоисследованное явление дефекта допусков. Возникает важная задача разработки математической модели дефекта допусков, вероятностей рисков заказчика и изготовителя, обусловленных этим явлением. Эта математическая модель должна обеспечить аналитическое и количественное определение величины дефекта допусков, зависимость дефекта допусков от числа контролируемых параметров и достоверность допускового контроля.

В данной главе проведен качественный анализ решения системы дифференциальных уравнений, описывающих ВС. Решение рассматривается как функция аргументов, которыми являются контролируемые параметры. В результате получена трехмерная диагностическая матрица, которая позволяет описать диагностические процедуры на различных этапах полета.

В настоящей главе рассмотрены два критерия качества. В первом случае это статический режим комплексных испытаний воздушного судна. Рассмотрена возможность выполнения регулировки при комплексных испытаниях и показана возможность применения методов оптимального управления этими работами.

Проведено исследование ошибок контроля, возникающих за счет представления критерия качества в виде ряда Тейлора. В качестве другого критерия принят критерий минимума отклонения выходного сигнала системы или изделия в целом от выходного сигнала расчетного переходного процесса.

Рассмотрено влияние свойств n-мерного пространства контролируемых параметров на следующие проблемы: комплексирование бортовых систем ВС, получение оптимального по минимуму времени тренда управляющих и контролируемых параметров для предотвращения авиационного происшествия, представления диаграммы «воздушное судно -- среда». Одной из целей разработки методики бездефектного допускового контроля является создание такой процедуры допускового контроля, которая позволит исключить наличие дефекта допусков. При этом точность методики бездефектного контроля определяется только точностью представления гиперповерхности качества.

Основные результаты работы

1. В результате проведенного анализа статистических данных по дефектам бортовых систем ЛА выделен типичный вид дефектов, не выявляемых в процессе приемо-сдаточных испытаний и при входном контроле, как это показали теоретические расчеты и полученные экспериментальные данные, в подавляющем большинстве случаев являются проявлением дефекта допусков.

2. Выполнена количественная оценка повышения уровня безопасности полетов за счет повышения достоверности (исключения дефекта допусков и субъективных ошибок) при автоматизации наземного контроля бортовых систем и комплексов ВС.

Повышение УБП составит:

- за счет исключения дефекта допусков - ;

- за счет исключения субъективных ошибок - () %.

Общий уровень повышения УБП от прогнозируемого уровня 2010 г. составит (%. Средняя величина повышения УБП- 6,38 %.

3. Уточнена классификация контролируемых параметров, соответствующая современному уровню развития летательных аппаратов. Разработана математическая модель системы контролируемых параметров бортовых систем и комплексов воздушного судна. Получена формула перехода от функции, в которой аргументами являются элементы бортовых систем, к функции, в которой аргументами являются контролируемые параметры, если исходная функция представлена в виде разложения в степенной ряд Тейлора. Этот подход расширен до многоуровневой системы организации допускового контроля.

4. Путем интегрирования в n-мерном пространстве контролируемых параметров получены аналитические формулы для количественной оценки дефекта допусков - вероятности признания негодного изделия годным (риск заказчика), годного изделия негодным (риск изготовителя) и достоверности допускового контроля в зависимости от величин контролируемых допусков и числа контролируемых параметров при условии распределения контролируемых параметров по законам равной плотности вероятности и по нормальному закону. Исследован вид этих функциональных зависимостей. Выявлено наличие линейной зависимости между риском заказчика и риском изготовителя, порожденных дефектом допусков.

5. Проведен качественный анализ структуры решений системы дифференциальных уравнений ВС в целях диагностики и контроля. Получена структура диагностической пространственной матрицы, являющейся объединением (суммой) матрицы контролируемых параметров, матрицы воздействия внешней среды и матрицы рекомендаций или управляющих воздействий.

Пространственная структура создается подобными матрицами, образующими ее слой, записанными для каждого этапа полета. Оценен общий объем информации. Определены пути сокращения информации до приемлемых объемов, реализуемых бортовыми ЭВМ. Предложена клеточная матрица, описывающая BС отдельно по бортовым системам. Эти матрицы являются теоретическим основанием для реализации бортовых АСК и бортовых систем «подсказки» экипажу в усложненных ситуациях. В качестве основного носителя информации выбрана матрица, а не «дерево» отказов или дендрит.

6. Разработан критерий качества бортовых систем и ВС в целом, основанный на нахождении выходного сигнала канала управления в пределах допуска в статическом режиме. Определена возможность автоматизированного выполнения регулировочных работ.

7. Разработан критерий качества бортовой системы, реализующий минимальное отклонение переходного процесса реальной системы от расчетного переходного процесса.

8. Проведено исследование на экстремум гиперповерхности качества, с помощью определителя Гессе показана выпуклая форма этой гиперповерхности. Проведен анализ формы гиперповерхности, имеющей члены выше второго порядка малости. Расчетным путем показан переход от гиперэллипсоида к гиперовалоиду. Определены ошибки, возникающие за счет представления функции показателя качества в виде ряда Тейлора.

9. Рассмотрено влияние n-мерности пространства контролируемых параметров и управляющих воздействий на проведение работ по комплексированию бортового оборудования и на диаграмму «Воздушное судно - внешняя среда».

10. Разработан метод бездефектного допускового контроля, что позволяет обеспечить проведение допускового контроля, свободного от проявления дефекта допусков. Проведена оценка точности метода. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение вычисления риска заказчика и риска изготовителя, порожденных дефектом допусков (прямая и обратная задачи) в вариантах САПР и программах обработки результатов измерений в автоматизированных системах контроля.

Список литературы

1. Авиационные цифровые системы контроля и управления / под ред. В.А. Мясникова, В.П. Петрова. - Л.: Машиностроение, 1976. - 608 с.

2. Александровская Л.Н. Теоретические основы испытаний и экспериментальная обработка сложных технических систем / Л.Н. Александровская, В.И. Круглов, А.Г. Кузнецов. -- М.: Высшая школа, 2002. -- 463 с.

3. Аналитическое и машинное проектирование автоматизированных систем испытаний авиационных двигателей / Ю.И. Кожевников, B.C. Моисеев, Ю.В. Мелузов, А.Х. Хайруллин. -М.: Машиностроение, 1980.-216 с.

4. Андреев Ю.Н. Дифференциально-геометрические методы в теории управления (обзор) / Ю.Н. Андреев // Автоматика и телемеханика: журн. - 1982. - № 10. - С. 5-47.

5. Ахохов Ю.Х. Исследование стохастической связи результатов приемосдаточных испытаний и эксплуатации изделия / Ю.Х. Ахохов, В.Г. Степанов // Авиационная промышленность. - 1983. -№ 4.

6. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем / Е.Ю. Барзилович. - М.: Высшая школа, 1982. - 231 с.

7. Безопасность полетов / Р.В. Сакач и др. - М.: Транспорт, 1989. - 239 с.

8. Безопасность полетов летательных аппаратов / под ред. B.C. Иванова. - М.: Изд-во ВВИА им. Жуковского, 2003. - 365 с.

9. Белоконь Р.Н. Исследование влияния полноты контроля на его достоверность / Р.Н. Белоконь, Б.А. Вигман, В.Г. Кендель // Кибернетика и вычислительная техника: межведомственный сб. -- Вып. 10. Точность и надежность кибернетических систем / Киев, 1971.

10. Белянин П.Н. Производство широкофюзеляжных самолетов / П.Н. Белянин. - М.: Машиностроение, 1979. - 360 с.

11. Биргер И.А. Техническая диагностика / И.А. Биргер. - М.: Машиностроение, 1978. -- 240 с.

12. Блохин В.Г. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов / В.Г. Блохин. - М.: Радио и связь, 1997 - 232 с.

13. Бородачев Н.А. Основные вопросы теории точности производства / Н.А. Бородачев. - М.: Машиностроение, I960. - 416 с.

14. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. - М.: Наука, 1965. - 608 с.

15. Бутко Г.И. Оценка характеристик систем управления летательными аппаратами / Г.И. Бутко, В.А. Иваницкий, Ю.П. Порывкин. - М.: Машиностроение, 1983. - 272 с.

16. Ванько В. Вариационное исчисление и оптимальное управление: учебник для вузов / В. Ванько. - М.: МГТУ им. Баумана, 2001. - 488 с.

17. Вентцель Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. - М.: Наука, 1964.-576 с.

18. Волгин Б.Н. Характеристики надежности автоматизированной предрабочей проверки / Б.Н. Волгин // О надежности сложных технических систем. -М.: Сов. радио, 1966.

19. Волкова В.Н. Основы теории систем и системного анализа / B.Н. Волкова, А.А. Денисов. - СПб: Изд-во СПб ГТУ, 2001. - 5Г 4 с.

20. Гноенский Л.С. Математические основы теории управления систем / Л.С. Гноенский, Г.А. Каменский, Л.Э. Эльсгольц. - М.: Наука, 1969. - 512 с.

21. Горошков Б.И. Автоматическое управление: учебник / Б.И. Горошков. - М.: Академия, 2003. - 304 с.

22. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиотехнических устройств и систем / П.С. Давыдов. - М.: Радио и связь, 1986. - 256 с.

23. Диалектический материализм и техникознание / под общ. ред. проф. В.И. Белозерцева. - Воронеж, 1980. - 150 с.

24. Дойников В.А. Определение оптимального объема контроля бортовой РЭА по критерию максимальной достоверности контроля / В.А. Дойников, П.Ф. Баркан // Авиационная промышленность. - 1980. - № 4.

25. Допуски и посадки: справочник: Ч. 1 / под. ред. В.Д. Мягкова. - Л.: Машиностроение, 1979.

26. Евланов Л.Г. Контроль динамических систем / Л.Г. Евланов. - М.: Наука, 1982.-423 с.

27. Жулев В.И. Безопасность полетов летательных аппаратов / В.И. Жулев, B.C. Иванов. - М.: Транспорт, 1986.

28. Зубков Б.Н. Разработка на основе теории графов модели жизненного цикла ВС / Б.Н. Зубков, A.M. Лебедев, B.C. Мехоношин // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. - № 122 (12) - М.: МГТУ ГА, 2007. - С. 151 - 153.

29. Ильинский В.М. Системы контроля авиационных силовых установок / В.М. Ильинский. - М.: Транспорт, 1980. - 87 с.

30. Касаткин А.С. Оценка эффективности автоматизированных систем контроля / А.С. Касаткин, И.В. Кузьмин. - М.: Энергия, 1967. - 79 с.

31. Касаткин А.С. Эффективность автоматизированных систем контроля / А.С. Касаткин. - М.: Энергия, 1975.

32. Корниенко И.А. Применение компьютерной технологии в обучении / И.А. Корниенко A.M. Лебедев, А. Ю. Александров // Материалы научно-методической конференции Казанского авиационного института. - Казань, 1990. - с. 19.

33. Кошевой А.А. Телеметрические комплексы летательных аппаратов / А.А. Кошевой. -- М.: Машиностроение, 1975. -- 253 с.

34. Кринецкий Е.И. Летные испытания систем управления летательными аппаратами / Е.И. Кринецкий, Л.Н. Александровская. - М.: Машиностроение, 1975. - 193 с.

35. Крылова Э.Д. Автоматизированный стенд для контроля системы кондиционирования воздуха на базе универсальной контрольно-проверочной аппаратуры систем автоматики / Э.Д. Крылова, В.Ф. Королев, A.M. Лебедев // Авиационная промышленность. - 1986. - № 10. - С. 66 - 67.

36. Крюков С.П. Компания «Авиаприбор-холдинг» сегодня, ее место в производстве авионики и перспективы развития / СП. Крюков // Мир авионики. - 2004. - № Ю. - С. 7-8.

37. Лебедев A.M. Исследование достоверности допускового контроля / A.M. Лебедев // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. - № 86(4). - М.: МГТУ ГА, 2005.-С. 65-70.

38. Летные испытания ракет и космических аппаратов / под ред. Е.И. Кринецкого. - М.: Машиностроение, 1979. - 464 с.

39. Мамфорд, Д. Алгебраическая геометрия. Часть 1. Комплексные проективные многообразия / Д. Мамфорд. - М.: Мир, 1979 - 256 с.

40. Методы и средства испытаний бортовых систем (опыт передовых предприятий) / В.Г. Подколзин, И.С. Карнеичев - М.:НИАТ, 1984.

41. Микрин Е.А. Теория автоматического управления / Е.А. Микрин. -- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 335 с.

42. Надежность авиационной техники и безопасность полетов / А.Ф. Аксенов и др.; под ред. И.Ф. Васина // Итоги науки и техники. - Т. 10. - М.: ВИНИТИ, 1982.

43. Новожилов Г.В. Безопасность полета самолета: концепция и технология / Г.В. Новожилов, М.С. Неймарк, Л.Г. Цесаркий. - М.: Машиностроение, 2003. - 144 с.

44. Обработка и анализ информации при автоматизированных испытаниях ГТД / Р.И. Адгамов и др. - М.: Машиностроение, 1987. - 216 с.

45. Разумный В.М. Оценка параметров автоматического контроля/ В.М. Разумный. - М.: Энергия, 1975. - 79 с.

46. Рогонов A.M. О возможности формализации концептуальной модели принятия решений при особых ситуациях в полете / A.M. Рогонов, B.C. Мехоношин, A.M. Лебедев // Современные научно-технические проблемы транспорта России: сб. материалов междунар. научн.-техн. конф. - Ульяновск: УВАУ ГА, 1999. - c. 15-19.

47. Савин С.К. Достоверность контроля сложных радиоэлектронных систем летательных аппаратов / С.К. Савин, А.А. Никитин, В.И. Кравченко. - М.: Машиностроение, 1984. - 167 с.

48. Сапожников В.М. Монтаж и испытание гидравлических и пневматических летательных аппаратов / В.М. Сапожников. - 2 изд., перераб. и доп. -- М.: Машиностроение, 1979. -- 256 с.

49. Сейфи Т.Ф. Производственные основы надежности самолетов / Т.Ф. Сейфи и др. - М.: Машиностроение, 1972. - 284 с.

50. Соломонов, П.А. Безотказность авиационной техники и безопасность полетов / П.А. Соломонов. - М.: Транспорт, 1977.

51. Спицнадель В.Н. Основы системного анализа / В.Н. Спицнадель. - М.: Бизнес-пресса, 2003. - 326 с.

52. Статистические методы анализа безопасности сложных технических систем. / Л.Н. Александровская и др.; под ред. В.П. Соколова. - М.: Логос, 2001.-232 с.

53. Сулаев С.А. Оценка уровня безопасности полетов на основе оценивания рисков столкновений при опасных сближениях воздушных судов / С.А. Сулаев. - М.: Транспорт, 1996. - 111 с.

54. Удовиченко Е.Т. Проблемы и программа, создания гибких автоматизированных испытательных систем / Е.Т. Удовиченко, Ю.И. Койфман, И.Г. Кольман // Стандарты и качество. - 1985. - № 9. - С. 43-47.

55. Шилов Г.Е. Математический анализ (функции нескольких вещественных переменных) Ч. 1,2/ Г.Е. Шилов. - М.: Наука, 1972. - 622 с.

Размещено на Allbest.ru