Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние теории и практики контроля технического состояния оборудования бортовых комплексов летательных аппаратов. Проблемы оценки состояния бортовых систем 14
1.1 Состояние теории и практики диагностики неисправностей 16
1.2 Состояние теории и практики построения программ контроля технического состояния систем бортового оборудования 25
1.3 Современное состояние диагностики неисправностей электротехнического оборудования летательных аппаратов 31
1.4 Цели и задачи работы 39
ГЛАВА 2 Разработка метода представления объектов контроля и диагностирования систем электроснабжения летательных аппаратов 42
2.1 Основы представлений структуры систем бортового оборудования летательных аппаратов 43
2.2 Математическая модель диагностики систем бортового электротехнического оборудования летательных аппаратов 55
2.3 Тензорный метод преобразования объектов контроля электротехнического оборудования 67
2.4 Тензорная методика анализа объекта контроля 71
2.5 Выводы 73
ГЛАВА 3 Теоретические и алгоритмические основы проектирования программ контроля и испытаний объектов электротехнического оборудования летательных аппаратов 74
3.1 Задача контроля и диагностирования объектов электротехнического оборудования летательных аппаратов в процессе производства. Основные понятия и определения 77
3.2 Обобщенный анализ объектов контроля и диагностирования 79
3.2.1 Принципы анализа объектов контроля 79
3.2.2. Синтез тестовой информации 93
3.3 Методика анализа и синтеза программ контроля и испытаний объектов электротехнического оборудования летательных аппаратов 117
3.4 Выводы 118
ГЛАВА 4 Разработка автоматизированной системы оценки состояния систем бортового комплекса оборудования 119
4.1 Общие вопросы синтеза функциональной структуры оценки состояния объектов контроля 122
4.2 Разработка автоматизированной системы контроля бортового комплекса оборудования 131
Заключение 143
Список использованных источников 144
- Состояние теории и практики построения программ контроля технического состояния систем бортового оборудования
- Математическая модель диагностики систем бортового электротехнического оборудования летательных аппаратов
- Методика анализа и синтеза программ контроля и испытаний объектов электротехнического оборудования летательных аппаратов
- Разработка автоматизированной системы контроля бортового комплекса оборудования
Введение к работе
Актуальность. Эксплуатация существующего парка летательных аппаратов (ЛА) с эксплуатационно-техническими характеристиками, сформированными в прошедшем столетии, а также дальнейшее развитие военной и гражданской авиации, связанное с созданием и оснащением всех видов потребителей авиационной техники новыми типами летательных аппаратов, которые по своим летно-техническим и эксплуатационным характеристикам должны обеспечивать более высокий, в сравнении с существующим, уровень безопасности и интенсивности полетов, снижение расходов на техническое обслуживание и ремонт (ТОиР), и в целом себестоимости авиаперевозок, выдвинули на первый план проблему создания высокоэффективных средств для их технического обслуживания (ТО), в частности, систем бортового электротехнического оборудования (ЭТО). В рамках решения этой проблемы и для реализации упреждающих технологий обслуживания наблюдается растущий интерес к системам диагностического управления состоянием систем ЭТО ЛА, включающим подсистему автоматического контроля для оценивания состояния этих систем, которые должны обладать широкими возможностями:
- большим объемом воспринимаемых системой параметров внешних воздействий и реакций на них, в общем случае связанных между собой;
- широким диапазоном изменения всех параметров, известных обслуживающему персоналу с малой точностью;
- способностью системы адаптироваться к широкой номенклатуре систем электроснабжения (СЭС) ЛА, которые поступают на ее вход при ТОиР.
В указанных направлениях исследований процессов технической эксплуатации ЛА следует отметить успешные работы отечественных ученых: И.М. Синдеева, Е.Ю. Барзиловича, СВ. Далецкого, П.И. Кузнецова, В.И. Перова, П.П. Пархоменко, О.Я. Деркача, Н.Н. Смирнова, А.Н. Коптева, а также зарубежных ученых, таких как Г. Чжена, Е. Мэннинга, Г. Метца, У. Фитча и др.
В результате этих исследований решены многие теоретические вопросы анализа и синтеза систем технической эксплуатации (СТЭ) для ЛА, гидромеханических, электротехнических систем и радиоэлектронного оборудования.
Однако опыт эксплуатации отечественных ЛА в новых экономических условиях потребовал системного рассмотрения вопросов управления их техническим состоянием на всех этапах их жизненного цикла в рамках последних научно-технических достижений и требований международных стандартов.
Вышеприведенное обсуждение предполагает, что проблема диагностического управления состоянием системы ЭТО или ее элементов при техническом обслуживании должна решаться посредством объективного контроля как отдельных систем и их элементов, так и ЭТО в целом, в рамках интегрированной автоматизированной системы принятия решений, способной оценивать готовность ЭТО ЛА выполнять свою функцию, по результатам текущего контроля их параметров и сравнения с предыдущими оценками состояний систем и ее компонент.
В связи с вышеизложенным тема диссертационной работы, посвященной разработке методов и средств контроля для обеспечения оценки технического состояния систем электроснабжения (СЭС) летательных аппаратов для внедрения упреждающего обслуживания, является актуальной.
Цель работы. Целью работы является повышение эффективности технического обслуживания систем электроснабжения за счет разработки прогрессивного метода и использовании современных средств контроля технического состояния и реализации упреждающих технологий. Задачи исследования.
1. Исследования методов и средств контроля состояния систем электроснабжения при техническом обслуживании летательных аппаратов; 2. Разработка методов и средств представления компонентов и систем электроснабжения для контроля их технического состояния при техническом обслуживании летательных аппаратов;
3. Разработка методов анализа систем электроснабжения как объектов контроля и диагностирования;
4. Синтез тестовой информации для контроля и диагностирования систем электроснабжения;
5. Разработка автоматической системы оценки состояния компонентов систем электроснабжения в рамках упреждающих технологий.
Методы исследования. В работе использованы теоретико-множественные представления, теория образов, тензорный анализ сетей, теория принятия решения, теория информации, математическое моделирование сложных многофункциональных систем.
Объектом исследования является система оценки технического состояния систем электроснабжения летательных аппаратов в процессе серийной эксплуатации.
Предметом исследования являются методы и средства оценки технического состояния систем летательных аппаратов для упреждающего обслуживания.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
- предложен метод представления образа СЭС и ее компонентов с целью анализа их внутренней организации через качественную и количественную определенность, образующих, связей, конфигураций и алгебры изображений для получения информации о них как объектов ТО в условиях реальной эксплуатации конкретного ЛА;
- разработан метод анализа сети СЭС и ее компонентов на основе тензорной модели в различных образующих и конфигураций из них с целью построения больших программно-информационных комплексов для контроля и диагностирования;
б
- предложена методика синтеза программ контроля испытаний, позволяющая перевести программирование из области опытной практики в область науки и базирующаяся на существовании группы несингулярных матриц преобразования, с помощью которых возможно выявление общих свойств на основе свойств, присущих каждому выделенному компоненту в отдельности.
Достоверность полученных результатов и правомерность применения математического аппарата подтверждается адекватностью полученных моделей и результатами экспериментальных исследований.
На защиту выносятся:
1. Метод представления СЭС и ее компонентов на основе заданной, для нее образующих и правил, ограничивающих способы их соединения между собой, для построения регулярных конфигураций, подлежащих контролю и испытаниям при ТО.
2. Тензорная модель СЭС и ее компонентов, включающая группу матриц преобразования, которые оставляют неизменной n-контурную сеть, но по-разному выбирают переменные из n-цепей для оценки их состояния при контроле и диагностике.
3. Метод обобщенного анализа СЭС как объектов контроля и диагностирования и синтеза тестовой информации для совместного исследования множества электрических цепей с различной структурой с одновременным учетом поведения и структуры цепи.
4. Методика синтеза тестовой информации для компонентов (модулей, блоков) для СЭС на основе технологий тензорной методологии, как последовательность этапов преобразований с использованием тензоров.
5. Метод, принципы, структура и алгоритмы системы контроля СЭС ЛА.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют: - реализовать технологию упреждающего обслуживания СЭС в «реальном» масштабе времени;
- обеспечить контроль состояния СЭС в процессе эксплуатации с целью предупреждения возможных отказов и неисправностей;
- автоматизировать процесс определения технического состояния СЭС на примере СЭС Ил-76 ТД при ТО ЛА;
- повысить эффективность ТО СЭС путем совершенствования технологического процесса на базе предложенных технических решений.
Реализация результатов работы. Результаты работы реализованы и внедрены:
- во внутренние стандарты авиакомпаний «Волга-Днепр», «Полет»;
- в учебных планах подготовки, переподготовки и повышения квалификации инженеров по эксплуатации ЛА отечественного и зарубежного производства;
- в учебных пособиях «Избранные главы по авиа- и ракетостроению» (глава 12 «Системы электрооборудования летательных аппаратов»).
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2006), Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2007), Второй Всероссийской научно-технической конференции (Каменск-Уральский, 2007), Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2008).
Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 13 работ, в т.ч. 2 статьи в периодических научных и научно-технических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 статьи в опубликованном международном журнале «Поиск» Министерства образования и науки Республики Казахстан, 7 статей в опубликованных сборниках материалов Международных симпозиумов и конференций, 2 статьи в опубликованном сборнике статей семинара по неразрушающим методам контроля. Во введении сформулирована проблема исследования, обоснована ее актуальность, определена цель работы и круг решаемых задач, отмечена ее практическая направленность и научная новизна.
В первой главе рассмотрено состояние теории и практики технической диагностики сложных комплексов оборудования, выполнен анализ проблемы технического обслуживания.
Современные требования к СЭС ЛА для обеспечения высокой надежности их работы, реализуются в основном многократным резервированием, которое приводит к снижению эксплуатационной надежности и росту затрат на техническое обслуживание. Поэтому возникает необходимость совершенствования систем технической эксплуатации СЭС ЛА, включающей различные виды ТОиР.
Анализ проблемы технического обслуживания на основе упреждающих технологий рассматривается как проблема обеспечения эффективной эксплуатации ЛА, для решения которой используются такие области знаний как управление, контроль, надежность.
Для технологических нужд используются программно-аппаратурные способы контроля, применяемые для проверки объектов и работающие по сменной программе. Аппаратурный способ может быть применен для контроля конкретных объектов. Лучшее решение задачи контроля сложных объектов состоит в правильном сочетании программного и аппаратурного способов контроля.
Следует иметь в виду, что качество средств контроля и качество программ контроля являются двумя основными факторами, определяющими эффективность процесса контроля технического состояния объектов.
Одно из важных достижений связано с созданием системы моделирования - Последовательного Анализатора, который представляет собой набор программ для сложной контролируемой системы (КС), способный генерировать данные моделирования неисправностей, а также автоматически генери ровать тесты для комбинационных и последовательностных схем цифроана-логовых бортовых комплексов оборудования.
Следует отметить, что резкий рост автоматизации систем СЭС приведет к еще большей автоматизации процесса диагностики неисправностей.
Во второй главе рассмотрены методы представления объектов контроля и диагностирования для моделирования оценки их параметров.
Для построения математической модели систем электроснабжения ЛА для целей контроля и диагностики исходными положениями являются следующие принципы.
Во-первых, для представления конкретных систем электроснабжения теория использует модули - непроизвольные объекты, называемые образующими, т.е. модели систем ЛА строят из множества образующих - стандартных блоков или модулей этой системы.
Для представления конкретных соединений, предусмотренной а или соответствующей матрицей инциденции, в работе предложен тензор преобразования С°. и сетевой подход к анализу СЭС ЛА, физическая интерпретация которого отличается от интерпретации всех других тензоров встречающихся при анализе физических систем. Тензор преобразования описывает операции изменение состояния системы, представляет собой 2-матрицы, которые образует отдельный класс, называемый «группой».
Понятие тензора преобразования позволяет специалисту разделить каждую из имеющегося большого числа подобных физических систем на две аналитические части, идентичные для всех систем и различные в каждой частной системе.
Установление матрицы С", для каждой частной системы практически является единственным этапом анализа, на котором требуется участие специалиста для установления уравнения поведения, а понятие группового свойства позволяет в свою очередь разделить аналитическую часть его работы, а именно разделить С", на несколько независимых шагов, каждый из которых имеет свои собственные методы анализа.
Разработанный подход позволяет проблему контроля сложной системы разделить в последовательность более простых проблем, объединяемых в виде программы контроля и испытаний систем.
Третья глава посвящена синтезу тестовой информации на базе, которой строится реальная программа контроля испытаний систем.
Введено понятие объекта контроля его наиболее простом и очевидном проявлении, т.е. любой объект, изучение свойств которого служит средством получения выводов относительно совпадения этих свойств со свойствами объекта-эталона представляемого в системе контроля в виде модели.
Основное содержание этого этапа — решение задач представлении объектов контроля, т.е. описание этих объектов которое привело бы к продвижению в понимании принципов функционирования комплекса «системы контроля объектов контроля». При этом исходим из того факта, что успех формального анализа сложных задач контроля «глава 2» в первую очередь зависит от того насколько удачно выбраны индикаторы. В качестве примера, является раскрытие сложной структуры объекта контроля стало возможным, потому что выбран эффективный индикатор - электрический ток.
Общий метод синтеза тестовой информации базируется на тензорной методологии главы 2, включающая последовательность этапов преобразований на основе теоретического и модельного обеспечения.
Для решения задачи синтеза тестовой информации в соответствии с разбиением модуля на электрические цепи и выделенными входами формируем вектор приложенного напряжения, Е имеющий столько компонентов сколько имеется входов.
Предложенная методика синтеза тестовой информации апробирована на реальных объектах СЭС ЛА.
В четвертой главе разработан метод контроля для оценки состояния бортовых систем ЛА, произведен синтез функциональной структуры системы контроля для оценки состояния объекта контроля и диагностики на базе теории распознавания образов, приведено описание его практической реализации на основе технологий National Instruments с применением программной среды Lab VIEW.
Контроль состояния объекта заключается в распознавании истинного состояния объекта путем проведения эксперимента. Однако из-за ошибок реальной системы контроля некоторая неопределенность состояния объекта останется. Система восстановления может перевести состояние объекта в любой класс из возможных в зависимости от состояния объекта перед контролем, результатов контроля и стратегии восстановления.
Процедура контроля состоит из трех операций: формирования информации о состоянии объекта; принятия решения о принадлежности состояния объекта к соответствующему классу; выдачи информации о состоянии объекта.
Реализация такого подхода на базе представлений и алгоритмов, полученных в результате проведенных исследований, связана с созданием базы данных «эталон», в которую входят все эталонные объекты (недеформиро-ванные объекты), т.е. контролируемые системы и их компоненты СЭС, характеризуемые номинальными значениями входных и выходных параметров.
Для контроля параметров реального объекта необходимо применение специализированных средств измерения с возможностью снятия цифровых аналогов этих параметров и одновременной обработки информации при помощи математических и логических функций. Эффективным решением этой задачи является применение технологий фирмы National Instruments и программно-вычислительного комплекса Lab VIEW, позволяющих автоматизировать измерение физических величин и логическую обработку результатов измерений. В качестве реализации алгоритма оценки технического состояния системы СЭС рассмотрена оценка блока защиты и управления системы электроснабжения самолетов Ил-76ТД, Ту-154Б, Як-40 и других.
В заключительной части работы представлены основные результаты и выводы, полученные в ходе диссертационного исследования.
Состояние теории и практики построения программ контроля технического состояния систем бортового оборудования
Современный этап развития бортовых комплексов оборудования (БКО) летательных аппаратов (ЛА) характеризуется ростом требований к его тактико-техническим и эксплуатационно-техническим характеристикам. Достигнутая путем многократного резервирования высокая общая надежность сопровождается снижением эксплуатационной надежности и, как следствие, ростом эксплуатационных затрат. Поэтому формирование и совершенствование систем технической эксплуатации (СТЭ) БКО ЛА, включающей различные виды технического обслуживания и ремонта (ТОиР) за весь период существования ЛА, и повышение на этой основе эффективности этих процессов, становится все более актуальной научной и практической проблемой.
В последние десятилетия теория эксплуатации сложных технических систем значительно развивалась, особенно в области авиации. Это достигнуто благодаря усилиям крупных ученых и коллективов: ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского (И.М.Синдеева, В.Д.Константинова, Е.Ю.Барзиловича, В.Ф.Воскобоева, В.С.Красовского), ГосНИИГА ( А.В.Майорова, С.Л. Бело-городского, Л.В. Рябинина, В.Я. Карасева), ГосНИИ ЭР AT ВВС (A.M. Во-лодко, М.В. Савенкова, В.И. Перова, Ю.И. Коровина, С.К. Савина), ЛИИ МАП (В.И. Бочарова, О.Я. Деркача), КИИГА (В.А. Игнатова, Ж.С. Черненко, B.C. Новикова), МИГА - МГУТГА (В.И. Кривенцева, Н.Н. Смирнова, А.А. Ицковича, А.И. Козлова), КуАИ - СГАУ (А.Н.Коптева, В.А. Прилепского) и др. Решены многие теоретические вопросы анализа и синтеза СТЭ для ЛА, гидромеханических, электротехнических систем и радиоэлектронного оборудования. Однако теоретические исследования и построение новых технологических процессов и СТЭ ЛА в современных условиях нуждаются в дальнейшем развитии. Особенно актуальным является направление исследований, связанное с разработкой математических моделей процессов технического обслуживания и СТЭ, обеспечивающих решение задач синтеза этих процессов, а также создание автоматизированных комплексов поддержки эксплуатации БКО по состоянию для ЛА, спроектированных и произведенных в СССР, и неподготовленных к таким формам обслуживания.
Анализ проблемы обеспечения технического обслуживания на основе упреждающих технологий в работе рассматривается как комплексная проблема обеспечения эффективной эксплуатации ЛА, интегрирующая для её решения такие области знаний как управление, контроль, надежность.
Управление в рамках рассматриваемой проблемы понимается как осуществление целенаправленных управляющих воздействий на управляемый объект. Контроль - как обязательная часть любого процесса управления — заключается в получении и обработке информации о состоянии управляемого объекта с целью обнаружения событий, определяющих управляющие воздействия [2, 10].
Конечной целью решения проблемы эффективной эксплуатации ЛА является создание системы технического обслуживания, обеспечивающей высокое качество его функционирования как транспортного средства при наименьших затратах.
Среди характеристик качества одно из главных мест занимает надежность, с уровнем которой связаны безотказность в работе и долговечность изделий БКО. Для достижения высокой надежности применяются многие средства: использование надежных компонентов; создание облегченных режимов работы; введение пространственной и временной избыточности и т.п. Однако обеспечить требуемый уровень надежности изделий сложных бортовых систем БКО невозможно без проверки и восстановления их технического состояния в условиях эксплуатации ЛА. Проверка и восстановление составляют суть управления техническим состоянием бортовых систем ЛА. Эффективная организация такого управления является главной целью техни ческой диагностики, которая, таким образом, выступает как одно из средств улучшение надежности.
Повышение надежности является основной областью применения технической диагностики.
Чтобы более четко увидеть область, охватываемую технической диагностикой, рассмотрим три типа задач по определению технического состояния объектов контроля, в частности систем БКО ЛА.
К первому типу относятся задачи по определению технического состояния, в котором находится объект контроля (ОК) в настоящий момент времени. Эти задачи, связанные с распознаванием текущего состояния, будем называть задачами диагноза.
Ко второму типу отнесем задачи по предсказанию технического состояния, в котором будет находиться ОК в некоторый момент времени в будущем. Это задачи прогноза, т.е. задачи, которые будем называть задачами прогнозирования будущего состояния.
К третьему типу отнесем задачи определения технического состояния, в котором находился объект проверки в некоторый момент времени в прошлом. По аналогии можно говорить, что это задачи генеза, т.е. возникновения настоящего состояния.
Задачи первого типа формально следует отнести к технической диагностике, а второго типа — к технической прогностике или к техническому прогнозированию. Тогда отрасль знания, которая должна заниматься решением задач третьего типа, естественно назвать технической генетикой (по-гречески термин «генетикос» означает относящийся к рождению, происхождению). На рисунке 1.1 условно показана рассмотренная классификация задач определения состояния ОК.
Задачи технической генетики возникают, например, в связи с расследованием аварий и их причин, когда настоящее (доступное проверке) техническое состояние объекта отличается от состояния, в которое он перешел в результате появления первопричины, вызвавшей аварию. Решаются эти задачи путем определения возможных вероятных предыстории, ведущих в настоящее техническое состояние ОК. К задачам технической прогностики относятся, например, задачи, связанные с определением срока службы ОК или с назначением периодичности его профилактических проверок и ремонтов. Решаются эти задачи путем определения возможных или вероятных эволюции ОК, начинающихся его настоящим техническим состоянием.
Таким образом, знание настоящего технического состояния ОК является обязательным как для генеза, так и для прогноза. Поэтому техническая диагностика представляет собой основу, как технической генетики, так и технической прогностики, и естественно, что последние развиваются в тесной связи с первой.
Математическая модель диагностики систем бортового электротехнического оборудования летательных аппаратов
Одно из фундаментальных достижений последнего времени связано с созданием современной системы моделирования - Последовательного Анализатора.
Последовательный Анализатор - это набор программ для сложной КС, который для заданной логической схемы, заданного класса неисправностей и заданной последовательности тестов может генерировать данные моделирования неисправностей. Он обладает также уникальной способностью автоматически генерировать тесты для комбинационных и последовательност-ных схем. При этом следует отметить, что цифровое моделирование при его реализации стало весьма важным инструментом. Совершенствование этого инструмента связано с методами ускорения процесса моделирования неисправностей. Реализация этого направления связана с методами сокращения числа неисправностей, выбора ветви, функционального моделирования при помощи активизации путей [96].
Основной подход состоит, во-первых, в выборе малого числа часто используемых функциональных модулей. Для этого разработан четкий и простой язык описания КС в терминах этих модулей. Затем пользователь вводит исходное описание на этом языке в компилятор функциональных описаний, который формирует коды моделирующей программы. Вслед за этим для получения моделирующей программы всей системы сборщик-загрузчик объединяет функциональную моделирующую программу для модулей М2, ..., Мп и программу, моделирующую модуль Мі на уровне цепей в нем. Все рассмотренные выше методы обладают следующими недостатками - это малый объем моделируемых систем и недостаточное определение типов неисправностей.
Задача увеличения размеров моделируемых схем упростилась с появлением большой виртуальной памяти в персональных компьютерах.
Если же обратиться к типам неисправностей, то здесь Чжен [96] предложил гибкий табличный подход. Он позволил пользователям моделирующих систем представить допустимые логические типы неисправностей устройств в виде небольших таблиц входных данных. Определение моделирующей системой обычных типов неисправностей является в этом случае результатом выбора последних из заданной совокупности неисправностей. Другие типы отказов, приводящие к нелогическим изменениям в моделируемых системах, пока еще не изучены достаточно хорошо. Классическим примером таковых является изменяющаяся во времени, перемежающаяся неисправность. В настоящее время отсутствует прогресс в разработке эвристических методов формирования тестов. Два этих последних предмета могут стать хорошими темами дальнейших исследований.
Идеальный для решения задач диагностирования случай: необходимо наличие ряда принципов или правил проектирования, которые в случае строгого следования им гарантировали бы возможность диагностирования неисправностей. К сожалению, предложенные принципы далеко не совершенны в этом смысле. Более того, они часто бывают ограничивающими (для асинхронных устройств, устройств последовательностного типа) или нечетко определенными (для устройств с хорошей модульностью).
Для того чтобы обладать более совершенными принципами, нужен метод измерения степени диагностируемости изделия (т.е. программы, моделирующие неисправности) и метод проектирования аппаратуры, позволяющий учитывать различные принципы проектирования. В настоящее время проектирование ведется вручную, что является неудовлетворительным. Автоматические средство проектирования, или иначе «компилятор аппаратуры», выполняло бы проекты дешевле и быстрее, и его можно было бы заставить следовать правилам проектирования куда более точно, чем это может делать инженер-проектировщик.
По аналогии с программными компиляторами такой компилятор воспринимал бы описание системы на некотором исходном языке, причем оно было бы независимо от элементов, на которых строятся системы, и выдавал бы проект системы на уровне цепей, удовлетворяющий любым требуемым предписаниям. Это позволило бы исследовать большое количество конструкций. Кроме этого, можно было бы предпринять поиск конструкции, близкой к оптимальной. Ряд проектов в этом направлении осуществлен Фридме-ном, Маккерди и Чжу, Горманом и Шринивазаном [57].
Одним из развивающихся направлений в диагностике неисправностей является реализация проверки функций КС. Однако, пока практически невозможна полная проверка сложных функций КС. Ясно, что если бы удалось найти простые функции КС, которые можно было бы полностью проверить, то эти возражения отпали бы. Более того, отпала бы нужда в моделировании неисправностей, так как поведение устройства при наличии неисправностей можно было бы предсказать, исходя непосредственно из знаний о его функциях и связях. В любом случае моделирование было бы функциональным, а не на уровне отдельных цепей.
Шаг вперед в этом направлении был сделан Мэннингом [96]. Он установил, что последовательность проверяющих тестов для некоторого асинхронного устройства управления можно было бы написать по результатам анализа, даже не зная аппаратуры, из которой это устройство состоит. Это было возможно потому, что управляющее устройство представляло собой совокупность функционально простых блоков, называемых управляющими точ ками. Последовательность тестов для управляющей точки была проста и очевидна, кроме того, управляющие точки имели однозначное соответствие с микроинструкциями, выполняемыми управляющим устройством.
Марлет [96] развил этот подход дальше и смог выразить неисправности управляющих точек в терминах их результирующего поведения. Это, в свою очередь, позволило ему предсказать поведение всего управляющего устройства при наличии в нем таких неисправностей. А это уже дало ему возможность сказать, что при наличии определенных неисправностей некоторые передачи сигналов и операции будут иметь место, а некоторые нет. Следовательно, специальная структура управления позволила ему создать для управляющего устройства некоторую диагностическую процедуру без проведения моделирования. Что касается будущего, то необходимо найти пути расширения этого подхода с тем, чтобы он охватил и неисправности вне управляющего устройства. Было бы также полезно найти более широкий класс устройств, которые позволяют использовать этот подход. Тем не менее, рассматриваемый подход кажется новым и многообещающим подходом к решению проблемы диагностики неисправностей.
Методика анализа и синтеза программ контроля и испытаний объектов электротехнического оборудования летательных аппаратов
Марлет [96] развил этот подход дальше и смог выразить неисправности управляющих точек в терминах их результирующего поведения. Это, в свою очередь, позволило ему предсказать поведение всего управляющего устройства при наличии в нем таких неисправностей. А это уже дало ему возможность сказать, что при наличии определенных неисправностей некоторые передачи сигналов и операции будут иметь место, а некоторые нет. Следовательно, специальная структура управления позволила ему создать для управляющего устройства некоторую диагностическую процедуру без проведения моделирования. Что касается будущего, то необходимо найти пути расширения этого подхода с тем, чтобы он охватил и неисправности вне управляющего устройства. Было бы также полезно найти более широкий класс устройств, которые позволяют использовать этот подход. Тем не менее, рассматриваемый подход кажется новым и многообещающим подходом к решению проблемы диагностики неисправностей.
В своей примечательной и интересной статье Ремемурти [96] рассматривает приложение теории графов к проблемам диагностики. Он начинает с проведения аналогии между вершинами направленного графа и компонентами КС (подсистемами и т.д.). Дуги графа соответствуют путям прохождения сигналов. Далее полученные результаты используются для того, чтобы разделить систему на комбинационную и последовательностную подсистемы (соответственно на линейные и сильносвязанные подграфы). Эту операцию часто проделывают для упрощения написания тестов. Результат Ремемурти позволяет делать это автоматически, а не вручную. Алгоритм, обрабатывающий матрицу связности графа, не требует умножения матриц или их разложения. Таким образом, возможно автоматически разбивать на подсистемы довольно большие системы. После этого рассматривается проблема расположения проверочных точек. Там же демонстрируется использование алгоритма Квайна-Маккласки для выбора минимального набора проверочных точек. Определив эффективную область пары из входной проверочной точки и выходной - как набор вершин, лежащих на ориентированных путях между входной и выходной точками, можно сказать кое-что о неразличимости. А именно вершины неразличимы, если они принадлежат одному и тому же другому набору областей пар. Конечно, этот результат преднамеренно игнорирует логическую и временную сторону процесса тестирования - исход испытаний.
Другая проблема заключается в определении или разрыве обратных связей. Выше было показано, что для частичного упорядочения цепей схемы это необходимо сделать перед компиляцией моделирующей программы. В этом случае предпочитаем, чтобы для сокращения времени выполнения анализа Хаффмена максимальное число обратных связей было разорвано и чтобы все цепи оставались доступными с первичных входов (это позволит проверить все цепи). При этих условиях Ремемурти дает простой и быстрый алгоритм для определения минимального набора обратных связей. Единственный недостаток его состоит в том, что алгоритм становится полусходящимся, если нарушается дополнительное условие, наложенное на граф.
В заключение рассмотрим работу [32] о «лучшем» порядке проверки системы. Статья производит сильное впечатление по двум причинам: во-первых, конечные результаты интересны и имеют практическую ценность; во-вторых, большая часть наших современных знаний в области диагностики неисправностей имеет качественный и неточный характер, поэтому столь одобряющим представляется прогресс в приложении математических методов к этим проблемам.
В этом же направлении развиваются работы, выполняемые А.Н.Коптевым и его сотрудниками [50-51, 77-81]. КС рассматриваются как пространства-структуры, поведение которых могут быть представлены тен зорами Г.Крона, допускающими их декомпозицию, позволяющую прийти к проверяющему тесту.
В заключение раздела следует отметить, что резкий рост числа систем БКО приведет к еще большей, чем это наблюдается сегодня, автоматизации процесса диагностики неисправностей; кроме того, переход от раздельного способа обработки информации к обработке информации в реальном масштабе времени и с разделением времени вызовет дополнительный интерес к автоматической диагностике неисправностей. Для обеспечения выживания новых систем в случае их неисправности предстоит серьезная работа по сочетанию методов диагностики и методов введения избыточности. Пионерская работа Авизиениса [8], вероятно, укажет путь многим подобным разработкам.
Следует также отметить, что за работами Ремемурти, А.Н.Коптева и др. последуют исследования по применению теории графов, тензорного анализа к проблемам диагностики неисправностей, которые позволят понять и решить проблемы диагностики неисправностей, и на их основе создать средства автоматической диагностики и прогнозирования состояния систем БКО ВС.
Актуальность темы исследований. Дальнейшее развитие военной и гражданской авиации связано с созданием и оснащением всех видов потребителей авиационной техники новыми типами летательных аппаратов, которые по своим летно-техническим и эксплуатационным характеристикам должны обеспечивать более высокий, в сравнении с существующим, уровень безопасности и интенсивности полетов, снижение расходов на техническое обслуживание и ремонт (ТОиР), и в целом себестоимости их эксплуатации, а также, длительные сроки эксплуатации существующих ЛА выдвинули на первый план проблему создания высокоэффективных средств для их технического обслуживания, включающего технические мероприятия, направлен ные на поддержание летной годности и надежности ЛА, в частности их электротехнического оборудования (ЭТО), определяющих готовность ЛА выполнить поставленную задачу. В рамках решения этой проблемы наблюдается растущий интерес к системам диагностического управления состоянием ЭТО ЛА в процессе их технической эксплуатации, включающей систему автоматического контроля для оценивания состояния этих систем на основе полученной при контроле и обработанной информации.
Разработка автоматизированной системы контроля бортового комплекса оборудования
Широкое внедрение авиационной техники в различные отрасли мировой экономики требует очень внимательного отношения к вопросам обеспечения эффективности и надежности ее эксплуатации. Повсеместно распространенные авиационные технологии по перевозкам пассажиров и грузов позволяют связывать или объединять корпоративные и производственные коммуникации, что дает возможность авиакомпаниям и службам ТОиР устранить брешь между корпоративными и критически важными промышленными системами, производителями уникального оборудования и другой продукции для авиационной техники. Эффективность использования авиационной техники в этих условиях повышения надежности ее функционирования является основной областью применения технической диагностики. Теория, методы и средства повышения надежности ЛА как основного элемента транспортной системы используются при разработке и технической реализации диагностических устройств обеспечения ТОиР и создании на их основе диагностических систем управления техническим состоянием ЛА.
Таким образом, техническую диагностику (теория, методы и средства) как основу повышения надежности и эффективности эксплуатации ЛА, можно определить как совокупность идей, связанных с организацией оптимальных процедур контроля, диагностирования и оценки технического состояния систем ЛА и включающих постановку проблем и задач, методов и средств их, а также методы и средства технической реализации контроля и диагностирования для оценки текущего состояния и трендов параметров этой оценки.
Основным предметом исследований технической диагностики, как указывалось выше, являются системы проверки технического состояния и диагностические системы управления.
Исследование систем ЛА как объектов контроля и диагностики охватывает изучение свойств и характеристик реальных физических объектов и методы построения их математических моделей, которые составляют основу формальных методов построения программ контроля технического состояния объектов для оценки их состояния.
В данной работе для построения математической модели систем ЛА исходными положениями являются следующие четыре принципа. Во-первых, для представления конкретных систем теория использует модули - исходные высказывания (высказывания, не разложимые в рамках рассматриваемой с определенных позиций системы на другие более простые высказывания), т.е. модели систем ЛА строят из множества стандартных блоков - модулей этой системы.
В зависимости от типа и детализации модели могут быть использованы модули - высказывания или абстрактные символы А,В,С, ..., переменными значениями которых являются истинность или ложность, из которых с помощью операции соединения, на основе введенных определенных правил строятся более сложные высказывания или функции. Все модули делятся на абстрактные или конкретные. В целом множество всех модулей А состоит из непересекающихся классов модулей Аа, Аа с А, где а - общий индекс, индекс класса модулей A = U Аа, Аа - непересекающиеся классы. (2.1)
Интерпретация этого разбиения состоит в том, что модули, сходные качественно, будут относиться к одному классу, а их свойства выражаются через признаки и связи. В первом случае модулю ставится в соответствие признак т — т(а), причем в качестве значений признака могут выступать целые, действительные числа, векторы и т.д. Одной из составляющих признака служит индекс класса модуля а и другие составляющие, представляющие более специфическую информацию.
Второй тип свойств охватывает связи. Определенному модулю а соответствует число связей і (а), которое в конкретном случае является неотрицательным числом, равным числу соединений, представляющих сумму входных и выходных связей.
При решении большинства прикладных задач технической диагностики, как правило, будут использоваться отображения множества модулей А в себя, которые не будут существенно влиять на информацию, содержащуюся в модулях. При этом множество К отображений k : А — А образует множество преобразований подобия.
Одновременно, считая модули неделимыми объектами, предполагается их разбиение на более мелкие единицы. В данной работе модули, как правило, определяются в некоторой среде — носителе информации. В этом случае модуль имеет конкретную интерпретацию. Иногда, для простейшего случая, задание модуля может быть осуществлено в абстрактном виде без учета среды, т.е. модуль обозначается таким символом. В качестве общего многомерного аналога модуля вводим универсальные операторы, где всякий модуль есть оператор с v (переменными) входами х\, х2, ..., ху и р. (переменными) выходами у\, уг, ..., у . Область значений всякого хх есть некоторое пространство Xh область значений всякого yi - некоторое пространство Yt. В частности, существует оператор назначения, не имеющий входов. Преобразования подобия воздействуют только на операторы назначения, оставляя все остальные модули без изменения.
Разработанная теория для моделирования систем ЛА предусматривает структурное объединение блоков этих систем - модулей в модели конкретных систем ЛА.
