Повышение эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования на основе информационной поддержки процессов жизненного цикла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ульяновский государственный технический университет

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Повышение эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования на основе информационной поддержки процессов жизненного цикла

Специальность 05.13.05 - «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления»

Специальность 05.13.12 - «Системы автоматизации проектирования (промышленность)»

Романов Юрий Владимирович

Ульяновск - 2011

Работа выполнена на кафедре «Измерительно-вычислительные комплексы» Ульяновского государственного технического университета.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Шишкин Вадим Викторинович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Негода Виктор Николаевич

кандидат технических наук Дятлов Андрей Юрьевич

Ведущая организация: открытое акционерное общество «Московский институт электромеханики и автоматики» (ОАО «МИЭА»), г. Москва

Защита состоится «26» декабря 2011 г. в 12:00 на заседании диссертационного совета Д212.277.01 при Ульяновском государственном техническом университете по адресу: 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32, ауд.211 (гл. учебный корпус)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор В.И. Смирнов

Общая характеристика работы

Актуальность. Современный рынок авиационной техники (АТ) характеризуется повышением требований российских авиакомпаний к обеспечению надежности воздушных судов (ВС) и их бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО). При заключении контрактов на поставку БРЭО для современных воздушных судов, таких как: Ан-148, SSJ-100, Ту-204СМ, МС-21 особое внимание в рамках послепродажного обслуживания уделяется программам гарантии надежности и регулярности вылета. Неспособность поставщика БРЭО продемонстрировать наличие ресурсов для реализации такой программы делает его продукцию неконкурентоспособной.

С другой стороны, отмечается непрерывный рост сложности БРЭО и его жизненного цикла (ЖЦ), обусловленный:

- расширением спектра функциональных задач и диапазона условий эксплуатации БРЭО;

- расширением отраслевой, межотраслевой и международной кооперации при производстве БРЭО;

- повышением требований к надежности БРЭО и т.д.

Кроме того, сохраняется тенденция к сокращению времени, отводимому на проектирование и технологическую подготовку производства БРЭО, что определяется ростом конкуренции на рынке поставщиков БРЭО и оказывает существенное влияние на процесс обеспечения надежности.

Эти причины определяют необходимость постоянного совершенствования процесса обеспечения надежности БРЭО.

Процесс обеспечения надежности БРЭО интегрирован с информационной средой предприятия и поэтому для его реализации могут эффективно применяться CALS-технологии, которые предоставляют дополнительные возможности информационной поддержки процесса обеспечения надежности.

Необходимость повышения эффективности обеспечения надежности БРЭО отражена в материалах различных отраслевых совещаний и конференций.

Отдельным вопросам обеспечения надежности посвящен широкий круг работ разных российских авторов. В трудах И.Н. Животкевича, А.П. Смирнова рассмотрены вопросы теоретических основ надежности технических изделий. Подробно изложены расчетные методы оценки, вопросы организации испытаний изделий, методическое обеспечение ускоренных испытаний и моделирования отказоустойчивых систем. Инструментальные средства для расчета и анализа надежности подробно рассмотрены в работах В.В. Жаднова, А. Строгонова, С. Полесского, И.В. Жаднова, К.Л. Зильбербурга, Е.В. Мекрюковой.

Анализ данных о надежности изделий в рамках интегрированной логистической поддержки рассмотрен в трудах Е.В. Судова, А.И. Левина, А.В. Петрова, Е.В. Чубаровой.

Вопросам обеспечения надежности также посвящен широкий круг работ зарубежных ученых. В работах К. Капура, Л.Ламбермона рассматриваются вопросы, связанные с анализом и синтезом надежных систем на всех этапах создания. Большое внимание уделено вероятностным оценкам безопасности при воздействии случайных нагрузок. В работах Д. Хана, Н. Доганакского, У. Микера рассматриваются вопросы анализа данных и ускоренных испытаний на надежность. В работах Х. Кунтшера, З. Блувбанда рассматриваются вопросы программных разработок по анализу надежности.

В работах Leung Ying Tat, Parija Gyana Ranjan, Sharma Samir; David C. Witteried; David L. Iverson, Frances A. Patterson-Hine; Craig Damon Hillman, Nathan John Blattau; Ralf R. Fullwood, George B. Rothbart; Shu-Ping Chang, Xiaohui Gu, Spyridon Papadimitriou, Philip Shi-lung Yu; Omar Malik; Toshikazu Tsutsui, Masaaki Furuta; Roger Karam; Laurent Saintis; Vitali Volovoi рассмотрены вопросы автоматизации анализа надежности, диагностики отказов с использованием комплексного анализа надежности и разработки систем и методов анализа надежности.

Существующие модели и методы и реализующие их инструментальные средства, как правило, ориентированы на решение специализированных задач, не охватывают весь жизненный цикл БРЭО и не в полной мере используют возможности современных информационных технологий. Кроме того, внедрение таких информационных систем часто оказывается сложным и затратным.

Таким образом, все вышеизложенное определяет актуальность разработки комплексного решения, реализующего новые модели и методы и позволяющего повысить эффективность обеспечения надежности БРЭО.

Целью диссертационной работы является разработка моделей, методов и инструментальных средств повышения эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования в процессе его жизненного цикла.

Исходя из этой цели, в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ современных моделей, методов и инструментальных средств обеспечения надежности на различных этапах жизненного цикла.

2. Разработка моделей БРЭО и процесса обеспечения надежности БРЭО, учитывающих все стадии жизненного цикла и позволяющих повысить эффективность обеспечения надежности за счет автоматизации анализа процессов жизненного цикла с целью определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании.

3. Разработка методики автоматизированного анализа жизненного цикла с целью повышения эффективности обеспечения надежности БРЭО.

4. Разработка инструментальных средств автоматизированного анализа процессов жизненного цикла с целью определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании.

Объектом исследования в работе является обеспечение надежности БРЭО в процессе его жизненного цикла «проектирование-производство-эксплуатация», предметом исследования служат применяемые для этого модели, методы и инструментальные средства.

Методы исследования базируются на теории надежности, математической статистики, теории множеств, теории алгоритмов, теории системного анализа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена непротиворечивостью применяемых моделей и методов, результатами экспериментальных исследований и результатами успешного применения моделей, методов и разработанной системы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Комплексная функциональная модель процесса обеспечения надежности БРЭО, определяющая виды работ и обратных связей, формализация которых позволяет повышать эффективность обеспечения надежности за счет автоматизации анализа процессов жизненного цикла БРЭО.

2. Модель БРЭО, учитывающая все стадии его жизненного цикла (проектирование-производство-эксплуатация), все уровни разукрупнения (элементы, узлы, блоки) и позволяющая решать задачи определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

3. Методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО, позволяющая повысить эффективность процесса обеспечения его надежности.

4. Интегрированная в информационное пространство предприятия система анализа процессов ЖЦ БРЭО, позволяющая повысить эффективность обеспечения его надежности за счет автоматизации процедур определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Комплексная функциональная модель процесса обеспечения надежности БРЭО, определяющая виды работ и обратных связей, формализация которых позволяет повышать эффективность обеспечения надежности БРЭО за счет автоматизации процедур определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

2. Модель БРЭО, учитывающая все уровни разукрупнения (элементы, узлы, блоки) и определяющая его в форме совокупности кортежей событийно-динамического пространства, является комплексной, охватывает все значимые с точки зрения обеспечения надежности процессы всех этапов жизненного цикла и обеспечивает анализ надежности с целью определения причин систематических отказов, оценку результативности корректирующих действий и эффективное использование результатов анализа при обеспечении надежности в процессе проектирования новых БРЭО.

3. Методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ элементов, узлов, блоков БРЭО, которая позволяет повысить эффективность процесса обеспечения надежности за счет автоматизации процедур анализа процессов ЖЦ БРЭО с точки зрения обеспечения надежности и автоматизировать процесс разработки корректирующих действий.

4. Методика проектирования БРЭО с организацией обратной связи с реальной эксплуатацией, которая позволяет проводить более достоверную оценку надежности, проектировать БРЭО с более высокой надежностью и снижать затраты на проектирование.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработанная методика, основанная на модели БРЭО в форме совокупности кортежей событийно-динамического пространства атрибутов, позволяет автоматизировать анализ процессов жизненного цикла БРЭО с целью определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий аналогов.

2. Разработанная система анализа процессов ЖЦ позволяет автоматизировано определять причины систематических отказов, проводить оценку результативности корректирующих действий и оценивать надежность БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

Реализация и внедрение результатов. Разработанные в рамках данной работы система автоматизированного анализа процессов ЖЦ и методика применяются в ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения» для обеспечения надежности изделий типа КИСС, СЭИ, КСЭИС, СПАДИ, СПКР, СУОСО, EIU-100, установленных на воздушных судах Sukhoi Super Jet 100, Ан-148, Ту-204, Ту-214, Ил-96 и их модификаций.

Данные результаты применяются также в центре технического обслуживания ЗАО «ЦТО Рейтинг» (г. Жуковский) для обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования в процессе ремонта.

Акт, подтверждающий использование результатов работы, приведен в приложении 1 диссертационной работы.

Апробация работы проведена на конференциях:

1. Научно-техническая конференция «Улучшение качества проектов и процессов», - Ульяновск, УлГТУ, 2004.

2. Международная заочная научно-техническая конференция «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук», - Ульяновск, 2004.

3. III Международная научно-техническая конференция «Современные научно-технические проблемы транспорта», - Ульяновск, 2005.

4. 2-я Всероссийская научно-техническая конференция «Опыт применения статистических методов управления качеством на производстве», - Ульяновск, 2005.

5. Международная молодежная научная конференция «XXXII Гагаринские чтения», - Москва, 2006г.

6. Международная конференция «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», - КЛИН-2006.

7. Международная конференция «Программные продукты информационного обеспечения безопасности полетов, надежности и технической эксплуатации авиационной техники», Москва, 2006.

8. Международная научно-практическая конференция «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации», - Ульяновск, 2008.

9. Всероссийская научно-техническая конференция «Наследие А.Н. Туполева развивается и воплощается в жизнь», - Ульяновск, 2009.

10. Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации», - Ульяновск, УлГТУ, 2009.

11. Российская конференция аспирантов, студентов и молодых ученых «Информатика и вычислительная техника» ИВТ-2010, - г. Ульяновск, 2010.

12. Научно-практическая конференция «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники», Ульяновск, ЗАО «Авиастар-СП», 2010.

13. Международный симпозиум. Надежность и качество. Россия, Пенза, 23-31 мая, 2011.

14. 1-я Всероссийская научно-практическая конференция «Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах», - Ульяновск, 2011.

15. Всероссийская научно-практическая конференция «Информационно-телекоммуникационные технологии», - Москва, 2011.

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе: три в журналах списка ВАК.

Участие в научно-технических выставках. Разработанная система автоматизированного анализа процессов жизненного цикла была продемонстрирована на выставке информационных и коммуникационных технологий «Softool-2011».

Структура и объем работы. Основное содержание работы изложено на 206 страницах машинописного текста, который включает 27 иллюстрации и 32 таблицы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 133 наименований и одного приложения.

Содержание работы

Во введении рассмотрена актуальность темы диссертации, степень ее научной разработанности, указаны цели и задачи работы, объект, предмет и методы исследования, обоснована достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

В первой главе определены критерии эффективности обеспечения надежности БРЭО (рис. 1). Проведен анализ бортового радиоэлектронного оборудования для различных типов воздушных судов, классификация БРЭО, анализ влияния внешних воздействующих факторов, обусловленных условиями эксплуатации и окружающей среды, на работоспособность БРЭО, современных нормативных документов и требований к обеспечению надежности БРЭО в процессе жизненного цикла, анализ существующих методов и инструментальных средств обеспечения надежности БРЭО, анализ CALS-технологий с точки зрения обеспечения надежности.

Из анализа бортового радиоэлектронного оборудования, его функций и условий эксплуатации следует, что современное БРЭО представляет собой сложные аппаратно-программные системы и комплексы, для которых характерно: автоматизированный радиоэлектронный бортовой

1)значительное расширение спектра функций и задач;

2)расширение диапазона различных внешних воздействующих факторов, обусловленных условиями эксплуатации и окружающей среды;

3)расширение номенклатуры и большое количество модификаций, связанных с появлением новых и модернизацией существующих воздушных судов;

4)повышение требований к надежности и безопасности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Повышение эффективности обеспечения надежности БРЭО

Проведен анализ жизненного цикла БРЭО, который представляет собой сложную древовидную структуру с обратными связями различного уровня. Показано, что процесс обеспечения надежности БРЭО имеет комплексный характер, охватывает весь жизненный цикл, оказывает существенное влияние на стоимость жизненного цикла, требует значительных ресурсов и временных затрат и реализуется в виде замкнутой системы, интегрированной в процессы жизненного цикла.

Приведен анализ процесса обеспечения надежности, который показал, что существующие методы и инструментальные средства, используемые для обеспечения надежности БРЭО, при комплексном использовании позволяют решать задачи обеспечения надежности. В то же время, необходимо повышение эффективности процесса за счет разработки моделей, методов и инструментальных средств, учитывающих специфику БРЭО и его жизненного цикла на современном этапе и позволяющих уменьшить трудоемкость и временные затраты на обеспечение надежности.

Показано, что наиболее эффективным является разработка новых моделей, методов и инструментальных средств в концепции CALS-технологий.

Во второй главе предложены: функциональная модель, модель ЖЦ БРЭО, методика автоматизированного анализа ЖЦ БРЭО и методика проектирования БРЭО, позволяющие повысить эффективность процесса обеспечения надежности.

На основании проведенного анализа ЖЦ БРЭО, процесса обеспечения надежности, CALS-технологии с точки зрения обеспечения надежности сделан вывод о необходимости создания новых моделей, методов и инструментальных средств, реализующих эффективные обратные связи от постпроизводственных процессов к процессам проектирования и технологической подготовки производства и позволяющих повысить эффективность процесса обеспечения надежности за счет (рис.2):

- автоматизации определения причин систематических отказов и оценки результативности корректирующих действий;

- автоматизации процесса оценки надежности проекта БРЭО по экспериментальным данным при проектировании и технологической подготовке производства.

При этом для обеспечения универсальности и простоты применения, разрабатываемые модели и методы:

1. Не должны усложнять процесс обеспечения надежности БРЭО (учитывать значимые источники отказов, обоснованно пренебрегать второстепенными и использовать инженерно убедительные допущения и предположения).

2. Не должны требовать значительного повышения квалификации специалистов.

3. Должны максимально использовать существующие модели и методы, определенные отраслевыми нормативными документами.

4. Должны разрабатываться в концепции CALS-технологий.

При разработке модели используются следующие определения:

- причина отказа - обстоятельства в ходе разработки, производства или эксплуатации, которые привели к отказу.

Рис. 2. Функциональная модель процесса обеспечения надежности БРЭО

- систематический отказ - отказ, однозначно вызванный одной причиной, которая может быть устранена только модификацией проекта или производственного процесса, правил эксплуатации и документации.

Из определений следует, что источниками отказов являются процессы разработки, производства и эксплуатации, а корректирующие действия - это модификация проекта, производственного процесса или процесса эксплуатации.

Модель строится на предположении, что однотипные элементы изделия имеют одинаковый уровень надежности, а различные фактические показатели надежности однотипных элементов, полученные при эксплуатации БРЭО, обусловлены различиями в процессах разработки, производства, эксплуатации.

При разработке эти различия связаны, прежде всего, с различными условиями применения, условиями эксплуатации и окружающей среды.

При производстве это связанно с комплектующими изделиями, оборудованием и исполнителями технологических процессов.

При эксплуатации это связано с различными организациями, выполняющими монтаж на ВС, эксплуатацию и ремонт (с точки зрения предприятия-разработчика и изготовителя БРЭО).

Исходя из определения источника отказа, сформирован базовый перечень процессов, учитываемых при разработке модели (рис.3).

Выбор процессов разработки проведен в соответствии с «Руководством по оценке правильности применения электрорадиоизделий», используемым предприятиями промышленности при анализе причин отказов ЭРИ в образцах аппаратуры и выработке предложений по повышению ее надежности, и квалификационными требованиями КТ-160D, устанавливающими условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования.

Рис. 3. Формирование базового перечня

Значимые процессы производства выбраны в соответствии с перечнем специальных технологических процессов (СпТП), разрабатываемым для авиационной промышленности в целом, а также перечнем СпТП, составляемым для конкретного БРЭО.

Так как базовый перечень процессов формируется с точки зрения предприятия-разработчика и изготовителя БРЭО, детализация постпроизводственного этапа на процессы не представляется возможной. Поэтому для модели сформированы совокупности процессов, осуществляемых в рамках одного предприятия, такие как монтаж на ВС, эксплуатация, ремонт, которые рассматриваются как отдельные процессы.

Для описания каждого процесса определена совокупность атрибутов Х_i = {х₁, х₂, …, х_n}, характеризующих соответствующий процесс P_i с точки зрения модели отказа «нагрузка/стойкость», и определены множества значений атрибутов A_i = {a₁, …, a_s}_i, i = 1, …, n.

При этом использовались следующие определения стойкости и нагрузки.

Стойкость S по совокупности атрибутов, определяющих процесс P_i, - это максимальный уровень воздействия совокупности атрибутов Х_i процесса P_i, при котором сохраняется соответствие заявленному уровню надежности БРЭО.

Нагрузка N по совокупности атрибутов, определяющих процесс P_i, - уровень воздействия совокупности атрибутов Х_i процесса P_i.

Очевидно, что в терминах стойкости и нагрузки возникновение систематических отказов соответствует ситуации, в которой уровень нагрузки превышает уровень стойкости хотя бы по одному процессу:

N(P) > S(P) (1)

Таким образом, задача определения источника систематических отказов сводится к выявлению процессов, по которым выполняется условие (1).

Так как количественную оценку стойкости и нагрузки определить затруднительно, необходимо определить качественные признаки выполнения условия (1).

Для этого атрибуты должны соответствовать следующим правилам:

- каждый атрибут должен представлять собой элемент конструкторских, производственных или эксплуатационных данных, доступных в информационной среде предприятия;

- набор атрибутов, характеризующих процесс, должен позволять однозначно классифицировать элементы изделия относительно данного процесса.

Перечень процессов и соответствующих им атрибутов, характеризующих нагрузку, представлен в таблице 1.

Таблица 1 Перечень процессов и соответствующих им атрибутов, характеризующих нагрузку

Процесс	Чем характеризуется	Наименование атрибута	Обозначение атрибута	Область значений
D1:Выбор ЭРИ/ПКИ по ресурсу	Налетом	Израсходованный ресурс	operlife	Интервалы налета
D2:Выбор ЭРИ/ПКИ по сроку службы	Датой ввода в эксплуатацию	Дата ввода в эксплуатацию	maintdate	интервалы срока службы
D3:Выбор способа защиты от ВВФ. Температура	Конструкцией блока	Шифр блока	nambl	перечень шифров блоков
	Расположением в блоке	Шифр модуля	nammod	перечень шифров модулей
		Позиционное обозначение модуля	rdmod	перечень позиционных обозначений модулей
		Позиционное обозначение ЭРИ	rdpart	перечень позиционных обозначений ЭРИ
	Расположением на ВС	Категория по температуре	cattem	перечень категорий
	Климатической зоной аэропорта базирования	Аэропорт базирования	basair	перечень аэропортов
D4:Выбор способа защиты от ВВФ. Влажность	Размещением на ВС	Категория по влажности	catham	перечень категорий
	Климатической зоной аэропорта базирования	Аэропорт базирования	basair	перечень аэропортов
D5:Выбор способа защиты от ВВФ. Вибрация	Конструкцией блока	Шифр блока	nambl	перечень шифров блоков
	Размещением в блоке	Шифр модуля	nammod	перечень шифров модулей
		Позиционное обозначение модуля	rdmod	перечень позиционных обозначений модулей
		Позиционное обозначение ЭРИ	rdpart	перечень позиционных обозначений ЭРИ
	Размещением на ВС	Категория по вибрации	catvib	перечень категорий
		Зона размещения	zonvib	перечень зон
D6:Обеспечение электрических режимов	Применением в схеме	Позиционное обозначение ЭРИ	rdpart	перечень позиционных обозначений ЭРИ
M1:Выбор изготовителя	Предприятием-изготовителем	Изготовитель ЭРИ	manpart	перечень изготовителей ЭРИ
		Изготовитель модуля	manmod	перечень изготовителей модулей
		Изготовитель блока	manbl	перечень изготовителей блоков
	Номером партии ЭРИ	Номер партии ЭРИ	numpart	перечень номеров партий
M2:Выбор поставщика	Предприятием	Поставщик ЭРИ	prodpart	перечень поставщиков ЭРИ
M3:Выбор способа выполнения электромонтажной операции	Оборудованием	Наименование оборудования	aqsol	перечень оборудования для пайки
M4:Выбор способа выполнения лакировочной операции	Оборудованием	Наименование оборудования	aqvarn	перечень оборудования для лакировки
M5:Выполнение электромонтажной операции	Исполнителем	Исполнитель	handsol	перечень исполнителей
M6:Выполнение лакировочной операции	Исполнителем	Исполнитель	handvarn	перечень исполнителей
S1:Монтаж на ВС	Предприятием-изготовителем ВС	Изготовитель ВС	manair	перечень изготовителей ВС
S2:Эксплуатация	Эксплуатирующей организацией	Авиакомпания	airline	перечень авиакомпаний
S3:Ремонт	Сервисной организацией	Сервисная организация	sercen	перечень сервисных организаций

В соответствии с определением стойкости, к элементам БРЭО, имеющим одинаковый уровень стойкости по любому из процессов, отнесены элементы одного типа (элементы, изготовленные по одним техническим условиям). Перечень процессов и соответствующих им атрибутов, характеризующих стойкость, представлен в таблице 2.

Тогда БРЭО можно описать дискретно-событийной моделью:

О = (К, Q, Р, R, C, t), (2)

где: K- идентификатор элемента БРЭО; Q- атрибуты, определяющие иерархические связи элементов и узлов в структуре БРЭО; P- атрибуты параметров процессов; R- атрибуты, определяющие налет и количество отказов; C- атрибуты корректирующих действий; t- дата актуальности модели для анализа.

Таблица 2 Перечень параметров и соответствующих им атрибутов, характеризующих стойкость

Процесс	Чем характеризуется	Наименование атрибута	Обозначение атрибута	Область значений
Все процессы	Техническими условиями	Тип/серияЭРИ	nampart	перечень типов и серий ЭРИ
		Шифр модуля	nammod	перечень шифров модулей
		Шифр блока	nambl	перечень шифров блоков
		Шифр системы	namsys	перечень шифров систем

В соответствии с (2) и таблицами 1, 2, после исключения повторяющихся атрибутов и присвоения номеров разрядов, элемент БРЭО можно представить в виде кортежа:

О = (nampart₁, nammod₂, nambl₃, namsys₄, numpart₅, nummod₆, numbl₇, numsys₈, rdpart₉, rdmod₁₀, cattem₁₁, catham₁₂, catvib₁₃, zonvib₁₄, manpart₁₅, manmod₁₆, manbl₁₇, prodpart₁₈, aqsol₁₉, aqvarn₂₀, handsol₂₁, handvarn₂₂, maintdate₂₃, manair₂₄, airline₂₅, basair₂₆, sercen₂₇, operlife₂₈, raid₂₉, ratenum₃₀, coract₃₁) (3)

Показано, что представление элементов БРЭО в пространстве атрибутов, сформированном с точки зрения обеспечения надежности, позволяет формировать систему подмножеств элементов БРЭО, распределенных по уровню стойкости и нагрузки. Устанавливая конкретные значения для атрибутов, можно ограничивать исходное множество элементов до определенного нами подмножества, представляющего собой класс элементов (вариант применения), имеющих одинаковую стойкость или нагрузку по определенному процессу. Определены кортежи формирования вариантов применения для каждого процесса (таблица 3).

Таблица 3 Кортежи атрибутов для формирования вариантов применения

Процесс	Кортежи для определения ВП
Выбор ЭРИ/ПКИ по ресурсу	(nampart, operlifei, , t)
Выбор ЭРИ/ПКИ по сроку службы	(nampart, maintdatei, , t)
Выбор способов защиты от ВВФ. Температура	(nampart, nambli, nammodi, rdmodi, rdparti, cattemi, basairi, , t)
Выбор способа защиты от ВВФ. Влажность	(nampart, cathami, basairi, , t)
Выбор способа защиты от ВВФ. Вибрация	(nampart, nambli, nammodi, rdmodi, rdparti, catvibi, zonvibi, , t)
Обеспечение электрических режимов	(nampart, rdpart i, nammodi, rdmodi , t)
Выбор изготовителя	(nampart, manparti, numparti, , t) (NONE1, nammodi, manmodi, , t) (NONE1, NONE2, nambli, manbli, , t)
Выбор поставщика	(nampart, prodparti, , t)
Выбор способа выполнения электромонтажной операции	(nampart, aqsoli, , t)
Выбор способа выполнения лакировочной операции	(nampart, aqvarni, , t)
Выполнение электромонтажной операции	(nampart, handsoli, , t)
Выполнение лакировочной операции	(nampart, handvarni, , t)
Монтаж на ВС	(nampart, manairi, , t)
Эксплуатация	(nampart, airlinei, , t)
Ремонт	(nampart, serseni, , t)

Для решения задачи поиска условия (1) каждый вариант применения должен быть упорядочен по некоторому параметру, характеризующему элементы БРЭО данного варианта применения с точки зрения надежности. В качестве такого критерия выбрана статистическая оценка интенсивности отказов л (для невосстанавливаемых элементов БРЭО) или параметра потока отказов щ (для восстанавливаемых элементов БРЭО).

Так как возникновение систематических отказов вызывает увеличение параметра л (щ), наблюдая за однородностью статистических оценок вариантов применения, можно делать выводы о наличии систематических отказов по процессам; оценивать эффективность корректирующих действий и проводить оценку надежности новых проектов по следующим критериям:

1) наличие (отсутствие) систематических отказов - неоднородность (однородность) статистических оценок вариантов применения по какому-либо параметру, характеризующему определенный процесс-источник систематических отказов;

2) результативность (не результативность) корректирующих действий - статистические оценки после проведения корректирующих действий по процессу-источнику систематических отказов - однородны (неоднородны);

3) оценка годности элементов для нового проекта - статистические оценки вариантов применения элемента, соответствующих требованиям проекта, однородны по всем процессам.

Для оценки однородности выбраны стандартные средства математической статистики, такие как проверка однородности с применением критерия ч² и сопоставления доверительных интервалов.

Выбор корректирующего действия осуществляется логическим выводом по формулам следующего вида:

Fi > DCi > DCASiDCANi (4)

где:

Fi - факт наличия неоднородности статистических оценок в i-м процессе;

DCi - процесс-источник систематических отказов;

DCASi - корректирующее действие по i-му процессу, направленное на увеличение стойкости;

DCANi - корректирующее действие по i-му процессу, направленное на снижение нагрузки.

Разработана модель ЖЦ БРЭО в аспекте обеспечения надежности, позволяющая повысить эффективность обеспечения надежности за счет формализации процедур определения причин систематических отказов и разработки корректирующих действий, оценки эффективности корректирующих действий и оценки надежности при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов (рис. 4).

Рис. 4. Модель ЖЦ БРЭО в аспекте обеспечения надежности

Предложена методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО, позволяющая повысить эффективность процесса обеспечения его надежности (рис.5).

Рис. 5. Методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО

Предложена методика проектирования БРЭО с организацией обратной связи с реальной эксплуатацией (рис.6).

Рис. 6. Методика проектирования БРЭО с организацией обратной связи с реальной эксплуатацией

В третьей главе представлена разработка интегрированной в информационное пространство предприятия системы автоматизированного анализа процессов жизненного цикла БРЭО. Система предназначена для решения следующих задач:

1.Определение причин систематических отказов элементов БРЭО в ручном и автоматическом режиме.

Для этой цели Система производит:

- формирование вариантов применения элементов БРЭО по процессам в соответствии с положениями главы 2;

- расчет статистических оценок вариантов применения и проверку однородности этих оценок по каждому из процессов;

- определение процессов-источников систематических отказов по результатам проверки однородности;

- формирование перечня предполагаемых корректирующих действий;

- определение объема коррекции (идентификацию и местонахождение элементов, по которым принято решение о проведении доработок);

При этом пользователь имеет возможность коррекции полученных результатов как в части определения причин систематических отказов, так и в части планирования корректирующих действий. В случае если пользователь производит коррекцию результатов, система учитывает внесенные изменения при последующем выполнении процедуры анализа этого элемента.

2.Оценка результативности проведенных корректирующих действий в ручном и автоматическом режиме.

Для определения результативности система предоставляет средства для проверки однородности статистических оценок до и после внедрения корректирующих действий.

3.Оценка годности элемента для новых проектов БРЭО.

Элемент БРЭО для оценки задается кортежем атрибутов, значения которых соответствуют требованиям проекта БРЭО, в котором предполагается использование элемента. Оценка при этом производится на основе накопленной информации по результатам эксплуатации как элементов данного типа, так и элементов-аналогов.

Система имеет модульную архитектуру. Набор модулей определяется требованиями к функционированию и масштабируемости Системы. Структура системы с указанием связей показана на рис. 7.

Рис. 7. Структура системы с указанием направлений потоков команд и данных

Интерфейсная часть модуля определения причин систематических отказов и оценки результативности корректирующих действий представлена на рис. 8.

Рис. 8. Интерфейсная часть модуля определения причин систематических отказов и оценки результативности корректирующих действий

В четвертой главе представлено исследование методики и системы автоматизированного анализа жизненного цикла БРЭО с целью повышения эффективности процесса обеспечения надежности.

Исследования проведены на примере систем СЭИ-85, КИСС-1 и СПКР-85, установленных на воздушных судах: Ту-204, Ту-214, Ил-96-300, Ил-96-400.

Адекватность модели подтверждается сравнением результатов анализа причин отказов указанного БРЭО без применения и с применением системы анализа процессов жизненного цикла.

Эффективность методики показана на примере расчета трудоемкости действий по определению причин систематических отказов и оценки результативности корректирующих действий для индикатора многофункционального (ИМ-8) из состава систем КИСС-1 и СЭИ-85 (рис. 9) и блока преобразования сигналов БПС-8 из состава системы КИСС-1.

Для процедуры определения причин систематических отказов показано уменьшение трудоемкости в 3 раза, для процедуры разработки корректирующих действий и определения объема коррекции - в 10 раз, для оценки результативности корректирующих действий - в 2 раза, что приводит к сокращению срока повышения надежности до требуемого уровня на 30-50%.

Рис. 9. Трудоемкость анализа причин систематических дефектов и оценки результативности корректирующих действий с использованием и без использования методики анализа ЖЦ БРЭО

Кроме того, показано уменьшение трудоемкости оценки надежности элементов БРЭО для использования в новых проектах, что сокращает время проектирования и технологической подготовки производства. Сведения о проектах, оценка надежности которых выполнена с применением методики, представлены в таблице 4.

Таблица 4 Сведения о проектах БРЭО, оценка надежности которых выполнена с учетом методики

Наименование	Кол-во на ВС	Объект применения
КСЭИС-204Е	1	Ту-204СМ
СПАДИ-204	1
СУОСО-204	1
EIU-100	2	Sukhoi SuperJet 100
КСЭИС-148	1	Ан-148

Показана эффективность предложенных моделей и методов на примере динамики уровня надежности систем КИСС и СЭИ (рис. 10).

Рис. 10. Динамика уровня надежности систем КИСС и СЭИ в процессе эксплуатации

В заключении приведены основные результаты и научная новизна диссертационной работы, сведения об апробации и публикациях, внедрении результатов работы.

В приложении содержится акт об использовании результатов диссертационной работы.

Основные результаты работы

Итогом работы является разработка моделей, методов и инструментальных средств повышения эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования в процессе его жизненного цикла.

К основным результатам относятся:

1. Разработанная комплексная функциональная модель процесса обеспечения надежности БРЭО, определяющая виды работ и обратных связей, формализация которых позволяет повышать эффективность обеспечения надежности БРЭО за счет автоматизации определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

2. Разработанная модель БРЭО, учитывающая все стадии его жизненного цикла (проектирование-производство-эксплуатация), все уровни разукрупнения (элементы, узлы, блоки) и позволяющая решать задачи определения причин систематических отказов, оценки эффективности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

3. Предложенная методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО, позволяющая повысить эффективность процесса обеспечения его надежности.

4. Разработанная интегрированная в информационное пространство предприятия система анализа процессов ЖЦ, позволяющая повысить эффективность обеспечения его надежности за счет автоматизации процедур определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

Список публикаций

В изданиях, входящих в список ВАК:

1. Романов Ю.В., Шишкин В.В. Повышение эффективности процесса обеспечения безотказности бортового радиоэлектронного оборудования с использованием информационных технологий // Известия Самарского научного центра Российской академии наук», Том 11 №3(2) (29) - Самара: Самарский научный центр РАН, 2009. с. 520-525.

2. Романов Ю.В., Шишкин В.В. Использование CALS - технологий для повышения эффективности процесса обеспечения безотказности бортового радиоэлектронного оборудования // «Надежность», №4 - Москва, 2009. с. 36-44

3. Шишкин В.В., Романов Ю.В., Мишин В.А. Повышение эффективности обеспечения безотказной работы бортового радиоэлектронного оборудования // Датчики и системы. М.:2010 №4. с. 25-28

В других изданиях:

1. Романов Ю.В. О регулировании качества продукции через статистический анализ информации об отказах изделий авиационной техники // Научно-технический калейдоскоп №2, 2004. - Ульяновск: УлГТУ, 2004. с. 59-61

2. Романов Ю.В. Проблемы надежности авиационной техники в условиях единичного производства // Сборник статей Международной заочной научно-технической конференции «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук» - Ульяновск, 2004. - с. 195-198

3. Романов Ю.В. Управление качеством продукции на основе статистического анализа информации об отказах авиационной техники // Материалы научно-технической конференции «Улучшение качества проектов и процессов» - Ульяновск, 2004. с. 28-30

4. Романов Ю.В. Применение метода правдоподобия гипотез для управления процессом обеспечения надежности изделий авиационной техники // Материалы научно-технической конференции «Опыт применения статистических методов управления качеством на производстве» - Ульяновск, 2005. с. 56-58

5. Романов Ю.В., Пахомов И.В. Применение информационных технологий для обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования воздушных судов // Материалы III Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта» - Ульяновск, 2005. с. 11-12

6. Шишкин В.В., Романов Ю.В. Информационное обеспечение надежности бортового радиоэлектронного оборудования на стадии эксплуатации // Информатика и системы искусственного интеллекта: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке и технике - КЛИН-2006». -Ульяновск: УлГТУ, 2006. Том 2. с. 141-142

7. Романов Ю.В. Повышение надежности бортового радиоэлектронного оборудования за счет применения CALS - технологий на стадии эксплуатации // XXXII Гагаринские чтения, Том 3 - Москва, 2006. с. 18-20

8. Романов Ю.В. Применение интегрированной системы сопровождения эксплуатации изделий в задачах обеспечения конкурентоспособности авиационной техники // Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации» - Ульяновск, 2008. с. 98-100

9. Шишкин В.В., Романов Ю.В., Стенюшкин Д.И. Повышение безотказности авиационных бортовых систем с применением экспортных систем // Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» Сборник научных трудов. Т.1 - Ульяновск, 2009. с. 206-209

10. Шишкин В.В., Романов Ю.В. Повышение эффективности процесса обеспечения безотказности современных бортовых радиоэлектронных систем с применением информационных технологий // Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» Сборник научных трудов. Т.1 - Ульяновск, 2009. с. 200-206

11. Стенюшкин Д.И., Романов Ю.В., Кондратьев С.А. Методология построения экспертной системы для анализа безотказности бортовых модулей // Сборник докладов студентов и аспирантов «Информационные системы и измерительно-вычислительные комплексы» - Ульяновск. 2010. с. 98-99

12. Романов Ю.В., Стенюшкин Д.И., Бикулов А.Ю. Экспертная система для анализа отказов бортового радиоэлектронного оборудования // Сборник научных трудов Российской конференции аспирантов, студентов и молодых ученых ИВТ-2010 «Информатика и вычислительная техника» - Ульяновск, 2010. с. 603-608

13. Стенюшкин Д.И., Романов Ю.В., Бикулов А.Ю., Кондратьев С.А. Разработка модели знаний экспертной системы для анализа отказов бортовых систем // Сборник научных трудов Российской конференции аспирантов, студентов и молодых ученых ИВТ-2010 «Информатика и вычислительная техника» - Ульяновск, 2010. с. 488-493

14. Романов Ю.В., Гладкова Е.В. Информационная поддержка процесса обеспечения безотказности авиационной техники на различных этапах жизненного цикла // Материалы научно-практической конференции «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники» - Ульяновск, 2011. с. 101-105

15. Романов Ю.В., Гладкова Е.В. Информационная поддержка процесса обеспечения безотказности бортового радиоэлектронного оборудования на различных этапах жизненного цикла // Международный симпозиум. Надежность и качество. Том 1 - Пенза, 2011. с. 259-260

16. Шишкин В.В., Романов Ю.В. Повышение эффективности обеспечения безотказности устройств измерения, сбора и обработка сигналов в информационно-управляющих комплексах в концепции CALS-технологий // Материалы 1-й Всероссийской научно-практической конференции «Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах» - Ульяновск, 2011. с. 116-119

17. Шишкин В.В., Стенюшкин Д.И., Романов Ю.В. Повышение эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования на основе информационной поддержки процессов жизненного цикла // Сборник тезисов всероссийской конференции «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» - Москва, 2011. с. 23-25



Подписано в печать . .2011. Формат 60х84 1/16.

Усл. печ. л. 1,63.

Тираж 100 экз. Заказ №

Типография УлГТУ. 432027, Ульяновск, ул. Северный Венец, 32.

Размещено на Allbest.ru

...