Автоматизация работ по оценке надежности проектируемых и выпускаемых изделий авионики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизация работ по оценке надежности проектируемых и выпускаемых изделий авионики

надежность автоматизация проектирование

надежность автоматизация проектирование авионика

Кузнецова Ольга Александровна

начальник, отдел надежности,

Акционерное общество

«Опытно-конструкторское бюро

«Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова» 

Гатчин Юрий Арменакович

доктор технических наук 

профессор кафедры проектирования и

безопасности компьютерных систем,

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет 

Аннотация

Для предприятий, занимающихся проектированием и производством широкого класса изделий авионики (от конструктивно съемных функциональных модулей до навигационных комплексов), работы по обеспечению надежности и качества изделий в целом являются неотъемлемой частью жизнедеятельности. Не смотря на широкий перечень предлагаемых программных продуктов, отдельные вопросы автоматизации работ по обеспечению надежности остаются нерешенными. Одним из компонентов предлагаемых к автоматизации процессов является информационная поддержка принятия решений о разработке мероприятий по повышению надежности, основу которой должны составлять результаты анализа повышения надежности за счет эффективно разработанных ранее мероприятий, что позволит определять направление вновь разрабатываемых мер по устранению причин отказов. Для решения поставленной задачи был выполнен анализ информационно-аналитической деятельности подразделений, участвующих в проектировании, изготовлении и дальнем гарантийном и послегарантийном сопровождении изделий авионики. Разработанная модель информационного обеспечения представляет собой базу данных, необходимых и достаточных для своевременного исполнения работ по надежности в надлежащем виде с соблюдением требований стандартов. Реализация предложенной автоматизированной информационной системы поддержки надежностно-ориентированного проектирования изделий авионики, и оценки статистических данных по результатам эксплуатации позволит сократить сроки выполнения работ по надежности и повысить качество проектируемых и выпускаемых изделий.

Ключевые слова: информационная система, автоматизация, база данных, качество, надежность, безотказность, проектирование, испытания, обработка статистических данных, производство

Abstract

For companies involved in the design and manufacture of a wide class of avionics products (from removable functional modules to navigation systems) ensuring the reliability and quality of products in general are an integral part of the working process. Despite the wide range of software solutions offered, some questions of automation of work to ensure the reliability remain unsolved. One of the components proposed for Automation is the information support of decision-making on the development of measures to improve the reliability. The system is based on the results of analysis enhance reliability by efficiently developed earlier actions, that will determine the direction of the newly developed measures to address the causes of failures. To solve the problem the authors carried out an analysis of the information and analytical activities of the units involved in the design, manufacture and far warranty and post-warranty maintenance of avionics products. The developed model of information support is a database of necessary and sufficient for the timely execution of work on the reliability in the proper form in compliance with the requirements of standards. The implementation of the proposed automated information system of support based on the reliability of the avionics product design, and evaluation of statistical data on the results of the operation will reduce the turnaround time for the reliability and improve the quality of the designed and manufactured products. 

Keywords: production, processing statistical data, test, design, infallibility, reliability, quality, database, automation, Information system 

Введение

Авионика, являющаяся наукоемкой продукцией, представляет собой отдельный класс радиоэлектронных изделий по причине значимости последствий ее отказов на выполнение полетных заданий и жизнедеятельность человека в целом. Надежность одно из свойств качества изделия авионики, требующее длительных наблюдений. Невозможно оценить надежность простым измерением, достаточным для проверки иных показателей качества изделия. Чем изделие надежнее, тем оценка и контроль показателей его безотказности требует более длительных испытаний, однако, если вопросам надежности уделять должное внимание на начальных стадиях проектирования, то для обеспечения заданных требований можно избежать жертв со стороны стоимости, массы и габаритов изделия. Для соблюдения всех требований технических заданий на разработку, а так же для экономии времени и средств по оценкам показателей безотказности, с учетом имеющихся на сегодня программных продуктов [1-3], предлагается разработать автоматизированную информационную систему поддержки надежностно-ориентированного проектирования изделий авионики, и оценки статистических данных по результатам эксплуатации изделий (АИС-Н).

Функциональное назначение АИС-Н

Основным назначением разрабатываемой информационно-вычислительной системы является автоматизация информационно-аналитической деятельности подразделений, участвующих в проектировании, изготовлении и дальнем гарантийном и послегарантийном сопровождении изделий авионики.

Проектирование структурно избыточных комплексов авионики является сложной многовариантной задачей [4-5]. Разработчику изделия приходится выполнять множество сравнительных анализов вариантов возможного построения и принимать компромиссные решения, отвечающие требованиям задания на разработку. Методы и методики выполняемых оценок и контроля показателей надежности на этапах жизненного цикла изделий имеют существенные отличия и определяются: текущим этапом изделия, функциональной структурой (т.е. наличием резервирования) и достаточностью исходных данных. В общем случае при проектировании комплексов авионики работы в части надежности выполняются в следующей последовательности [6-11]:

1. Анализ требований технического задания. Выбор метода эксплуатации. Формирование (корректировка) требований технического задания в части надежности;

2. Генерация плана работ по обеспечению надежности с расстановкой сроков их выполнения;

3. Начальная генерация структуры, с применением оптимизации на основе прогнозных приближенных оценок показателей безотказности.

4. Контроль выпуска перечней элементов, карт рабочих режимов, расчетов тепловых режимов;

5. Уточненный расчет показателей надежности с нижних уровней разукрупнения (использование АРСН, АСОНИКА-Б, учитывающих электрические, механические и тепловые нагрузки на изделия);

6. Расчет показателей контроля работоспособного состояния входящих устройств;

7. Расчет и анализ показателей отказобезопасности (отказоустойчивости) с учетом приоритетности использования устройств в группах резервирования и вероятности удачного перехода на резерв;

8. Разработка методик и проведение испытаний на надежность;

9. Выпуск Акта о завершении разработки и выполнении ПОНр изделия;

10. Периодический контроль уровня надежности серийно выпускаемого изделия. Анализ приближения предельного состояния при технической эксплуатации по состоянию - ТЭС;

11. Разработка и учет возможных мероприятий по повышению уровня надежности изделия.

Выполнение периодического контроля достигнутых уровней надежности разработанных изделий и учет возможных мер по повышению их надежности позволят в дальнейшем при оценках безотказности вновь разрабатываемых изделий использовать полученные результаты статистических оценок. Разрабатываемое информационное обеспечение АИС-Н должно учитывать все требования к перечисленным работам по обеспечению надежности при проектировании комплексов авионики.

Структурная модель информационного обеспечения АИС-Н

Информационное обеспечение должно объединять статическую и динамическую информацию, используемую и вносимую при проектировании. Информационные потоки между участниками процесса проектирования, изготовления и эксплуатации комплекса авионики должны обеспечивать необходимый для надежностно-ориентированного проектирования обмен данными. Вся вносимая в базу данных и хранимая в ней информация должна строго идентифицироваться по принадлежности к конкретному изделию. Исходя из приведенного выше перечня работ, информационное обеспечение должно содержать следующие информационные группы (рисунок 1):

Рисунок 1. Модель информационного обеспечения АИС-Н

? типовой перечень работ по обеспечению надежности изделий авионики;

? план работ по надежности изделия и их выполнение во времени на протяжении жизненного цикла, информация о ходе разработки и разработанных в части надежности документах каждого устройства и комплекса в целом;

? структурный состав проектируемого (выпускаемого) изделия авионики со всеми уровнями разукрупнения;

? номера выпущенных изделий с учетом уровня разукрупнения:

? наработки изделий в эксплуатации и при всех видах испытаний с привязкой к номеру выпущенного изделия;

? данные по отказам изделий при изготовлении и эксплуатации, содержащие первичную информацию и сведения об установленных причинах отказа;

? сведения о разработанных мероприятиях по повышению надежности, степени их внедрения во все изготовленные и выпущенные изделия (для принятия решения об учитываемости отказа в оценках надежности)

? типовые шаблоны выполняемых работ;

? международные, государственные и отраслевые стандарты, используемые при выполнении работ, методические указания и руководства;

? данные о жесткости условий эксплуатации и усредненные коэффициенты перехода по группам и тепловым режимам;

? результаты априорных расчетов показателей надежности;

? результаты обработки статистических данных о надежности;

? результаты расчетов показателей контролепригодности изделий;

? контактная информация о разработчиках изделий.

В зависимости от вида информации данные могут группироваться по типам и видам. Структура и вложенность информации должна подчиняться структуре самого изделия авионики со всеми уровнями разукрупнения. При редактировании или генерации состава вновь разрабатываемого изделия на каждом из уровней разукрупнения необходимо указывать принадлежность к типам и видам. Например: тип - индикатор; вид - ЖК / отражающий на лобовое стекло. Принадлежность к типам и видам позволит в автоматизированном диалоговом режиме генерировать структуру новых изделий на начальных этапах проектирования.

Значения показателей надежности, полученные по результатам обработки статистических данных или априорных расчетов, должны указываться с привязкой к жесткости условий эксплуатации (ЖУЭ), для которых указанные значения получены. Привязка к ЖУЭ позволит делать приближенные оценки показателей надежности изделий-аналогов, с иной предполагаемой группой ЖУЭ. Для соблюдения норм при надежностно-ориентированном проектировании комплексов авионики информационное обеспечение АИС-Н должно содержать стандарты, описывающие методы, методики и правила выполнения работ по обеспечению надежности авионики. Помимо обязательной информации, необходимой для выполнения работ по надежности, информационное обеспечение может обобщать данные о ведущих специалистах, занимающихся отдельными тематиками с привязкой к изделиям, что позволит сокращать сроки обмена информацией по запросам.

Реализация АИС-Н

В соответствии с видами структурного построения проектируемых комплексов авионики (структура комплекса может быть либо федеративным - иерархическим, либо с применением принципов ИМА) в информационном обеспечении АИС-Н предусмотрены иерархичность уровней данных в следующем виде:

? самым нижним уровнем структурного построения приняты функциональные модули изделия, так как отличие модулей в вариантах структур состоит лишь исполнением корпусов и программным наполнением, не влияющим на показатели надежности ЭРИ. Уровень с наполнением ЭРИ целесообразно предусмотреть в описаниях отказов;

? второй уровень разукрупнения в структурах ИМА составляют платформы, в федеративных структурах блоки и устройства;

? третий уровень для структур ИМА и федеративных структур типа система является вершинным, а для федеративных структур типа комплекс это уровень предвершинный уровень;

? четвертый уровень, уровень комплексов.

Организованные условно-подчиненные связи в информационных группах позволяют получать данные о составе проектируемого и выпускаемого изделия, со всеми вхождения изделий более низкого уровня разукрупнения.

Данные о структурном составе изделия формируют каркас для внесения промежуточных и результирующих данных в процессе проектирования. Именно с введения первичного состава изделия формируется структура, наполняемая данными в процессе жизненного цикла изделия. На этапах изготовления база данных наполняется номерами выпущенных изделий.

Рисунок 2. Форма, отображающая состав изделия и номера комплектующих

Информация о составе изделия с конкретным заводским номером, необходима для учета выполненных доработок по повышению надежности в случае статистических оценок безотказности. Данные о номерах входящих изделий (рисунок 2) с уровнями разукрупнения формируются при составлении паспортов, затем по результатам видов испытаний и эксплуатации, в случае возникновения отказов, состав может быть скорректирован.

Неотъемлемой частью оценки показателей надежности выпускаемых изделий являются сведения об отказах. Сведения об отказах изделий проходят несколько шагов уточнения от первоначальной информации о месте возникновения отказа с описанием его проявления до установления отказа комплектующего и выявления причины его отказа (рисунок 3).

Рисунок 3. Форма АИС-Н в части обработки статистических данных.

Выводы

В результате применения предложенной автоматизированной системы информационной поддержки надежностно-ориентированного проектирования, согласно полученным результатам, трудоемкость выполнения работ по оценке статистических данных снизилась на порядок (рисунок 4)

Рисунок 4. Оценка эффективности применения автоматизированной системы информационной поддержки надежностно-ориентированного проектирования.

Библиография

1. Гатчин Ю.А., Коробейников А.Г., Немолочнов О.Ф., Падун Б.С. Информационные технологии в САПР. СПб., Университет ИТМО, 2004. С. 113.

2. Коробейников А.Г., Кузнецова О.В., Романова Е.Б. Сравнительный анализ P-CAD 2006 И Altium Designer 2012. NB // Кибернетика и программирование. 2013. № 6. с. 55.

3. Шалумов А. С., Малютин Н. В., Кофанов Ю. Н., Способ Д. А., Жаднов В. В., Носков В. Н., Ваченко А. С. Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадежных радиоэлектронных средств на принципах CALS-технологий / Под общ. ред.: Ю. Н. Кофанов, Н. В. Малютин, А. С. Шалумов. Т. 1. М., Энергоатомиздат, 2007. С. 366.

4. Кузнецова О. А. Надежностно - ориентированное проектирование авионики. Постановка задачи // Информатика и вычислительная техника: сборник научных трудов / Под ред. Н. Н. Войта. Ульяновск, 2011. С. 325.

5. Коробейников А. Г., Ткалич В. Л., Лабковская Р. Я., Пирожникова О. И., Симоненко З. Г., Монахов Ю. С. Патентоведение и защита интеллектуальной собственности. СПб.,Университет ИТМО, 2015. С. 171.

6. Половко А. М. Основы теории надежности. М.: Наука, 1964. С. 87.

7. Козлов Б. А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратурырадиоэлектроники. М., Советское радио, 1975. С. 98.

8. Кузнецова О. А., Гатчин Ю. А., Лобов В. В. Информационное сопровождение эксплуатации по техническому состоянию изделий авионики // Сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием. Йошкар-Ола, Марийский гос. техн. ун-т, 2009. Ч. 2. С. 143.

9. Кузнецова О. А., Гатчин Ю. А., Лобов В. В. Оценка надежности структурно избыточных изделий при проектировании сложных технических систем // Научно-технический Вестник СПбГУ ИТМО, 2009. № 1. С. 44.

10. Жаднов В. В., Сарафанов А. В. Управление качеством при проектировании теплонагруженных радиоэлектронных средств. М.: Солон-Пресс, 2012. С. 464.

11. Юрков Н. К., Затылкин А. В., Полесский С. Н., Иванов И. А., Лысенко А. В. Основы теории надежности электронных средств. Пенза, Издательство ПГУ, 2012. С 32.

Размещено на Allbest.ru