Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ достоверности наземного контроля и состояние теории и практики создания автоматизированных систем контроля бортовых систем и комплексов воздушного судна 14
1.1.. Анализ отказов бортовых систем и воздушного судна в целом 14
1.2. Методы повышения достоверности контроля 21
1.3. Обзор существующих автоматизированных систем контроля 26
1.4. Выводы 30
ГЛАВА 2. Оценка влияния достоверности и автоматизации контроля на уровень безопасности полетов 32
2.1. Влияние на безопасность полетов достоверности контроля 32
2.2. Оценка уровня безопасности полетов, обусловленного достоверностью контроля 38
2.3. Выводы 43
ГЛАВА 3. Разработка методов повышения достоверности наземного контроля бортовых систем и комплексов воздушного судна 44
3.1. Анализ контролируемых параметров и дефекта на значения допусков на бортовые системы и ком плексы воздушного судна 45
3.1.1. Математическая модель системы контролируемых параметров бортовых систем и комплексов воздушного судна 45
3.1.2. Достоверность допускового контроля 49
3.1.3. Анализ вероятностей рисков заказчика и изготовителя, порожденных дефектом назначения допусков, и разработка математической модели 56
3.1.3.1. Анализ величины дефекта назначения допусков и его зависимость от числа контролируемых параметров для случая равной плотности вероятности 56
3.1.3.2. Анализ величины дефекта назначения допусков и его зависимость от числа контролируемых параметров при их распределении по нормальному закону 62
3.1.3.3. Вывод формулы вероятности риска изготовителя 71
3.1.4. Вывод формул вероятностей рисков заказчика и изготовителя в области их одновременного существования 72
3.1.5. Исследование функций вероятностей рисков изготовителя и заказчика в зависимости от числа контролируемых параметров 78
3.1.6. Достоверность допускового контроля с уче
том дефекта назначения допусков 84
3.2. Разработка критериев качества бортовых систем и
воздушного судна в целом, реализуемых средства
ми автоматизированного контроля 86
3.2.1. Анализ структуры решения системы дифференциальных уравнений воздушного судна для диагностики и контроля. Диаграмма * «Воздушное судно - среда» в «-мерном пространстве контролируемых и управляющих параметров 87
3.2.2. Разработка критерия качества бортовых систем и воздушного судна в целом, основанного на нахождении выходного сигнала канала управления в пределах допуска в статическом режиме. Возможность автоматизированного проведения регулировочных работ 100
3.2.3. Разработка критерия качества бортовой системы, реализующей минимальное отклонение переходного процесса реальной системы от расчетного переходного процесса 104
3.2.4. Исследование гиперповерхности качества 111
3.2.5. Ошибки контроля, возникающие за счет представления функции показателя качества в виде ряда Тейлора 120
3.2.6. Свойства «-мерного пространства контроли руемых и управляющих параметров 123
3.2.6.1. Влияние «-мерности пространства контролируемых параметров на ком-
плексирование бортовых комплексов воздушного судна 123
3.2.6.2. Получение оптимального по минимуму времени тренда в «-мерном пространстве управляющих и контролируемых параметров для предотвращения авиационного происшествия 125
3.2.6.3. Диаграмма «Воздушное судно - среда» в «-мерном пространстве контролируемых и управляющих параметров 127
3.3. Разработка метода бездефектного допускового контроля 128
3.3.1. Метод бездефектного допускового контроля с использованием уравнения гиперповерхности качества 128
3.3.2. Метод бездефектного допускового контроля 130
3.3.2.1. Постановка задачи и нахождение отображающих функций 136
3.3.2.2. Преобразование гиперповерхности качества, имеющий вид произвольной функции, представленной разложени ем в ряд Тейлора 145
3.3.2.3. Метод бездефектного допускового контроля 147
3.4. Выводы 149
ГЛАВА 4. Методология внедрения и эксплуатации автоматизированных систем контроля и испытаний 152
4.1. Этап предпроектных работ и выбор соисполнителей
4.2. Направление работ по автоматизации окончательных стадий производства самолетостроительного предприятия 154
4.3. Курирование работ по проектированию и изготовлению. Приемка техдокументации 170
4.4. Вопросы отраслевого внедрения 172
4.5. Этап внедрения автоматизированных систем контроля, САПР и программных комплексов и испытательных задач в цехах окончательного производства 172
4.5.1. Средства автоматизации входного контроля 174
4.5.2. Средства автоматизации изготовления и контроля электротехнического оборудования 185
4.5.3. Средства автоматизации испытаний бортовых систем в цехе окончательной сборки и на контрольно-испытательной станции 205
4.5.4. Направления, работ по автоматизации летно-испытательрюй станции 215
4.5.5. Средства автоматизации испытаний универ
сального назначения 219
4.5.6. Автоматизированная система проведения испы
таний 221
4.6. Выводы 224
ГЛАВА 5. Результаты внедрения автоматизированных систем контроля. технические требования к новому поколению автоматизированных систем контроля бортовых систем и комплексов воздушного судна 226
5.1. Экономический эффект от внедрения автоматизированных систем контроля 226
5.2. Расчет ожидаемого предотвращенного ущерба за счет повышения уровня безопасности полетов 236
5.3. Определение срока опытной эксплуатации для различных типов автоматизированных систем 238
5.4. Взаимосвязи технико-экономических показателей результатов внедрения автоматизированных систем контроля, САПР и программных комплексов 242
5.5. Определение зависимости коэффициента автоматизации от капитальных затрат на создание автоматизированных систем контроля 243
5.6. Определение оптимального коэффициента автоматизации контрольно-испытательных работ 246
5.7. Тенденции развития массогабаритных, энергоемкостных характеристик и коммутационной емкости наземных автоматизированных систем контроля 250
5.8. Достоверность, объективность и субъективность контроля 255
5.9. Доработка автоматизированных систем контроля и программных комплексов в процессе эксплуатации 262
5.10. Конструктивные и технологические особенности воз душного судна, сдерживающие внедрение автоматизированного контроля 263
5.11. Повышение производительности ИСАК-ЭЖ при недостаточных объемах коммутационного поля 265
5.12. Использование автоматизированных систем контроля в процессе обучения : 270
5.13. Роль и место этапа разработки технических требований к автоматизированным системам контроля 271
5.14. Технические требования к автоматизированным системам контроля 272
5.15. Методы проектирования автоматизированных систем контроля 277
5.16. Технические требования к бортовым системам и комплексам воздушного судна 278
5.17. Организационно-технические мероприятия 279
5.18. Перечень перспективных работ по разработке и внедрению автоматизированных систем контроля 280
5.19. Выводы 281
Заключение 283
Библиографический список
- Обзор существующих автоматизированных систем контроля
- Оценка уровня безопасности полетов, обусловленного достоверностью контроля
- Математическая модель системы контролируемых параметров бортовых систем и комплексов воздушного судна
- Направление работ по автоматизации окончательных стадий производства самолетостроительного предприятия
Введение к работе
Безопасность полетов - актуальная проблема современной авиации, решение которой требует системного подхода. На безопасность функционирования авиационно-транспортной системы влияет огромное количество факторов. Поэтому большое значение имеет исследование любых причин, влияющих на безопасность полетов.
Учет неблагоприятных факторов, исследование причинно-следственных связей и разработка мероприятий по снижению роли неблагоприятных факторов позволят повысить показатель безопасности полетов.
В результате анализа отказов бортовых систем и воздушного судна (ВС) в целом было выявлено влияние нового неблагоприятного фактора, получившего название дефекта допусков и субъективных ошибок операторов при проведении контроля, испытаний и отработки ВС, заключающихся в» снижении достоверности наземного контроля. Исследования" показали, что оба эти фактора могут быть парированы, внедрением автоматизированного контроля.
Известно, что повышение достоверности обнаружения отказов и неисправностей при испытаниях воздушного судна и его бортовых систем представляет собой один из основных путей обеспечения- качества и предотвращения проникновения отказов,и дефектов производства в эксплуатацию; что напрямую связано с безопасностью полетов.
Решению этих проблем посвящены работы многих авторов: Е.Ю. Бар-зиловича, Ю.К. Беляева, В.Г. Воробьева, Б.В. Зубкова, Л.Г. Евланова, Ю.В. Кожевникова, Е.И. Кринецкого, А.Н. Коптева, А.В. Мозгалевского, П.П. Пархоменко, Р.В. Сакач, И.Ю. Юсупова и других.
В разработанной Государственным комитетом Российской Федерации по оборонным отраслям промышленности Программе развития авиационной техники России на 2001-2010 гг. и на период до 2015 г., одобренной Правительством Российской Федерации [184], предусмотрен серийный выпуск современных комфортабельных самолетов и вертолетов, не уступающих лучшим мировым разработкам. Такую авиационную технику невозможно создать без развитой испытательной базы, совершенной технологии испытаний и объективного испытательного оборудования. Одним из основных направлений является создание автоматизированных систем контроля. Эти системы увеличивают производительность труда, достоверность и объективность контроля, исключают субъективный фактор. Все это повышает качество изделий авиационной техники и является производственной компонентой безопасности полетов.
Диссертационная работа основывается на материалах теоретических экспериментальных исследований, выполненных автором в НПО Прикладной механики им. М.Ф. Решетнева г. Красноярска-26, на Ульяновском авиационном промышленном комплексе (УАПК) и в Ульяновском высшем авиационном училище гражданской авиации (УВАУ ГА) в период с 1975 по 2007 гг. Автор принял участие в проведении работ по разработке и внедрению автоматизированных систем контроля (АСК), систем- автоматизированного проектирования (САПР), программ контроля и программных комплексов (ПК) испытательных задач.
Большая часть работ по созданию АСК завершилась их успешным внедрением в промышленную эксплуатацию. Тем не менее опыт внедрения и эксплуатации показал необходимость уточнения теории контроля и испытаний бортовых систем, расширения области применения автоматизированных систем контроля от серийного производства до этапа эксплуатации. Возникает необходимость применения бортовых АСК при наземных испытаниях. В-функции бортовых АСК следует ввести режим «подсказки» экипажу или авиадиспетчерам при возникновении усложненных ситуаций. Такие системы получили название систем интеллектуальной поддержки.
Объект исследования
Обеспечение безопасности полетов.
Предмет исследования
Методы повышения достоверности и автоматизации наземного контроля бортовых систем и комплексов ВС.
Цель работы
Разработка методов повышения достоверности и автоматизации наземного контроля бортовых систем и комплексов воздушного судна для обеспечения безопасности полетов.
Задачи работы
1. Анализ отказов бортовых систем и воздушного судна (ВС), достаточности уровня достоверности контроля и методы его повышения.
2. Оценка влияния повышения достоверности и автоматизации контроля на уровень безопасности полетов.
3. Создание математической модели контролируемых параметров при многоуровневой организации допускового контроля.
4. Разработка математической модели достоверности допускового контроля при наличии дефекта допусков, порождающего вероятности рисков изготовителя и заказчика и исследование дефекта допусков.
5. Создание математической модели, описывающей комбинации контролируемых параметров, параметры внешней среды и рекомендации для экипажа на всех этапах полета.
6. Разработка критериев качества, обеспечивающих требования к отклонению выходного сигнала бортовой системы или ВС в целом, исключающих дефект допусков. Исследование гиперповерхности качества.
7. Разработка метода бездефектного допускового контроля.
8. Анализ методологии создания, внедрения и эксплуатации автоматизированных систем контроля для окончательного производства самолетостроительного предприятия.
9. Обобщение результатов внедрения автоматизированных систем контроля и САПР программ контроля.
10. Разработка технических требований к автоматизированным системам контроля, требований к бортовым системам и комплексам ВС. Проработка технических характеристик АСК для применения на ремонтных заводах.
Методы исследования
Для решения поставленных задач в работе используются математический анализ, аналитическая геометрия, элементы тензорного анализа, теория вероятностей и математическая статистика, теория автоматического управления, теория контроля и испытаний, теория проектирования автоматизированных систем управления техническими процессами (АСУ ТП), автоматизированных систем контроля (АСК), САПР.
Научная новизна
1. Проведен анализ отказов ВС, порожденных дефектом допусков. В рамках модели Л.Г. Евланова получены аналитические зависимости вероятностей риска изготовителя и риска заказчика путем интегрирования в «-мерном пространстве при распределении контролируемых параметров по закону равной плотности и по нормальному закону. Получены аналитические выражения условных вероятностей признания годного изделия годным, негодного негодным, негодного годным и годного негодным и общей достоверности контроля при наличии дефекта допусков. Исследованы зависимости вероятностей рисков заказчика и изготовителя, условных вероятностей от числа контролируемых параметров и взаимного расположения зон контрольных допусков и гиперповерхности качества.
2. Разработана математическая модель контролируемых параметров для многоуровневой организации допускового контроля, которая позволяет
• I представить функцию критерия качества как функцию критерия качества от контролируемых параметров, представленной в виде разложения в степенной ряд.
3. Выполнена оценка влияния дефекта допусков и субъективного фактора при наземном контроле на уровень безопасности полетов. Технико-экономический эффект, полученный за счет повышения достоверности контроля, позволяет сделать вывод о целесообразности дальнейшей автоматизации испытательных работ.
4. Из качественного анализа структуры решения системы линейных дифференциальных уравнений для различных этапов полета получена трехмерная диагностическая матрица, описывающая ситуации отказов (по комбинациям контролируемых параметров) и параметров внешней среды для этапов полета.
5. Разработаны критерии качества, обеспечивающие отклонения выходного сигнала от заданного уровня или от расчетного переходного процесса бортовой системы или ВЄ в целом. Исследована гиперповерхность качества и получено ее более точное представление в виде гиперламеоида вместо принятого ранее в теории гиперэллипсоида.
Гиперовалоид качества применен к техническим вопросам: комплекси-рования бортовых систем и комплексов ВС, представления диаграммы «ВС — внешняя среда» в «-мерном пространстве.
6. Разработан метод бездефектного допускового контроля, который позволяет исключить влияние вероятностей рисков изготовителя и заказчика с точностью, определяемой количеством членов ряда Тейлора.
7. Проанализирован опыт внедрения автоматизированных систем контроля, САПР программ контроля и программных комплексов для испытаний; разработаны технические требования к новому поколению АСК и требования к бортовым системам ВС.
Практическая значимость работы
1. В промышленную эксплуатацию в цехах окончательного производства самолетостроительного предприятия внедрено: автоматизированных систем контроля на базе ЭВМ - 9, САПР программ контроля - 5, программных комплексов для решения испытательных задач - 12 - с общим экономическим эффектом в 1 531 313 рублей в ценах 1985 г. Проведенные работы позволили повысить достоверность и объективность контроля, снизить влияние субъективного фактора, снизить трудоемкость контроля.
2. Разработаны методы повышения достоверности наземного контроля путем разработки АСК для обеспечения безопасности полетов. Оценено влияние повышения достоверности и автоматизации контроля на уровень безопасности полетов. Повышение уровня безопасности полетов составит от 4,91 до 7,85 %, экономическая прибыль от повышения достоверности и автоматизации наземного контроля за счет исключения ущерба от дефекта допусков и субъективных ошибок оператора составит от 5,6 до 9,1 млрд рублей.
3. Разработаны комплекты конструкторской, технологической и эксплуатационной документации для развертывания отраслевого внедрения. Документация сдана в архив Министерства авиационной промышленности.
4. Разработана математическая модель контролируемых параметров для многоуровневой организации допускового контроля.
5. Разработана математическая модель достоверности допускового контроля при наличии дефекта допусков. Исследован дефект допусков, получены формулы вероятностей рисков изготовителя и заказчика в зависимости от числа контролируемых параметров.
6. Разработаны критерии качества, которые можно применить для-реальных бортовых систем. Исследована гиперповерхность качества и установлено, что она является гиперламеоидом, ранее принимаемая гиперэллипсоидом.
7. Разработан метод бездефектного допускового контроля.
8. Проанализированы методология проектирования-, внедрения- и эксплуатации, а также обобщенные результаты внедрения АСК и САПР программ контроля.
9. Разработаны технические требования к АСК, требования к бортовым системам и комплексам, которые можно использовать при составлении тактико-технических требований (ТТТ), общих технических требований (ОТТ), тактико-технических заданий (ТТЗ).
10. Обобщенные результаты внедрения могут быть применены при составлении ТЗ на новые образцы указанных систем.
Достоверность результатов исследования обеспечивается: верификацией полученных формул путем проверки их логического непротиворечия, проверкой теоретических положений на экспериментальных данных, практической эксплуатацией автоматизированных систем контроля и САПР программ контроля в окончательном производстве УАПК в течение нескольких лет.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Математическая модель контролируемых параметров при многоуровневой организации допускового контроля, позволяющая выразить критерии качества как функции контролируемых параметров, при представлении критерия качества в виде ряда Тейлора. 2. Оценка влияния повышения достоверности контроля за счет исключения дефекта допусков и субъективных ошибок оператора при наземном контроле на уровень безопасности полетов.
3. Математическая модель дефекта допусков и метод расчета по полученным аналитическим зависимостям величины вероятности признания годного изделия негодным и наоборот. Результаты исследования зависимости вероятностей рисков изготовителя и заказчика от числа контролируемых параметров и от взаимного расположения гиперпараллелепипеда допусков и гиперповерхности качества.
4. Метод бездефектного допускового контроля, применение которого позволяет исключить влияние рисков изготовителя и заказчика на результаты контроля.
5. Критерии качества, обеспечивающие отклонения выходного сигнала бортовых систем от заданного уровня или от расчетного переходного процесса. Представление критерия качества в виде гиперповерхности качества, имеющей форму гиперовалоида, вместо принятого ранее в теории контроля и испытаний гиперэллипсоида. Применение гиперовалоида качества к следующим техническим вопросам: комплексирование бортовых систем и комплексов ВС, представление диаграммы «ВС - внешняя среда» в л-мерном пространстве.
6. Диагностическая трехмерная матрица как модель представления состояния ВС, описывающая ситуации отказов (по комбинациям контролируемых параметров) и параметров внешней среды для этапов полета.
7. Технические требования к проектированию нового поколения АСК и САПР программ контроля.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 18 научно-технических конференциях и семинарах: на отраслевом семинаре «Состояние и перспективы развития автоматизированного технологического оборудования в области контроля и испытаний бортовых систем» (г. Москва, НИАТ) в 1984 г.; на республиканской конференции «Практика и проблемы создания гибких автоматизированных производств на предприятиях республики» (г. Казань) в 1984 г.; на отраслевом совещании «Состояние и перспективы развития производства автоматизированного технологического оборудования для контроля и испытаний бортовых систем» (г. Москва, НИАТ, ДСП) в 1987 г.; на отраслевой конференции «Проблемы комплексной автоматизации функциональных испытаний изделий в машиностроении» (г. Москва, НИАТ, ДСП) в 1988 г.; на НТС предприятия п/я А-1046 в 1988 г.; на научно-методической конференции Казанского авиационного института в 1990 г.; на межотраслевом семинаре «Автоматизация отработки и испытаний систем автоматики с цифровым обменом информации» (Москва - Куйбышев, НИАТ) в 1990 г.; на международной конференции «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации» (г. Москва, МГТУ) в 1996 г.; на научно-практической конференции «Проблемы совершенствования, подготовки авиационных специалистов» (г. Ульяновск, УВАУ ГА) в 1997 и 1999 гг.; на международной конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта России» (г. Ульяновск, УВАУ ГА) в 1999 и 2000 гг.; на международной конференции The Problem of Human-Computer Interaction (г. Ульяновск) в 1999 г.; на научно-практической конференции «Подготовка специалистов гражданской авиации» (г. Ульяновск, УВАУ ГА) в 2001 г.; на международной конференции «Гражданская авиация на рубеже веков» (г. Москва, МГТУ ГА) в 2001 г.; на международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию гражданской авиации России, «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (г. Москва, МГТУ ГА) в 2003 г.; на пятой международной научно-технической конференции «Чкаловские чтения» (г. Егорьевск, ЕАТК ГА им. В.П. Чкалова) в 2004 г.; на международной научно-технической конференции «Гражданская авиация на современном этапе развития науки техники и общества» (Москва, МГТУ ГА) в 2006 г.
Публикации
Основные результаты исследований изложены в 62 печатных работах, из них 11 статей опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов работы, библиографического списка (207 наименований) и содержит 303 страниц основного текста, 68 рисунков, 12 таблиц.
Примечание. При проведении анализа использовалась документация ряда предприятий отрасли, в которой терминологическая база соответствовала стандартам прошлых лет. Поэтому в ряде случаев в тексте работы сохранена терминология исходных документов.
Обзор существующих автоматизированных систем контроля
Безопасность полета — комплексная характеристика воздушного транспорта и авиационных работ, определяющая способность выполнять полеты без угрозы-дляжизни и здоровья людей [13].
Требования по безопасности полетов закладываются- при конструировании ВС и реализуются в технологии изготовления и испытаний. Заложенный уровень безопасности поддерживается» в эксплуатации. Исторически сложилось так; что- изучение безопасности полетов;основывалось наїрасследовании авиационных происшествий (АП).- В; настоящее-время: ставится задача разработки методов комплексной оценки безопасности полетов на протяжении всего жизненного цикла ВС. Это сложная комплекснаяізадача., решить-которую можно методами системного- подхода- путем анализа: всех:факторов для предотвращения их влияния на безопасность полетов: Таким; образом, необходимо своевременно выявлять и устранять; факторы,, которые ведут к; АП.
В разработке и производстве ВС существует этап работ, называемый испытаниями, которые служат для проверки правильности принятых решений и выявления любых несоответствий. Задачей заводских испытаний является выявление конструктивных и производственных отказов и дефектов для обеспечения требуемого качества ВС. Эти работы в конечном итоге направлены на обеспечение безопасности полетов. Эти испытания являются контрольными испытаниями, после которых, если это необходимо, следует отработка, заключающаяся в доработке (устранении отказов и дефектов), и повторное проведение испытаний. Определены следующие виды испытаний: - автономные испытания; - испытания комплексирования; - комплексные испытания; - натурные испытания..
В работах [82, 187, 188]: определены последовательность и распределение задач по видам испытаний, исходя из оптимальности по критерию трудоемкости, минимуму объема доработок и максимуму выявления отказов. Наи
большие экономические затраты имеют место при устранении отказов в эксплуатации. Каждый этап испытаний имеет свое подобие с функционированием AT в эксплуатации. Существует термин - гомеоморфизм испытаний. Подобие возрастает от этапа к этапу. Один из вариантов расчета коэффициента подобия (гомеоморфизма) разработан автором (по размерности матрицы преобразования координат) в работе [95]. Полное подобие называется изоморфизмом испытаний. Существует теорема, которая доказывает, что изоморфизм достигается только при летных (натурных) испытаниях. С точки зрения обеспечения безопасности полетов, можно говорить, что полный изоморфизм достигается только на этапе эксплуатации (государственные испытания в эксплуатирующих организациях). Только в эксплуатации проверяется экс-плутационная технологичность.
Кроме того, в ОКБ, на самолетостроительном заводе проводится анализ функциональных отказов. При проведении этих работ делается допущение о возникновении конкретного отказа и рассматриваются дополнительные ситуации или отказы разной степени опасности. В результате этой работы отбираются комбинации неблагоприятных факторов, сочетание которых может привести к катастрофе или аварии. На этом этапе применимы экспертные методы анализа.
Из проведенного выше анализа отказов и неисправностей бортовых систем и ВС в целом следует, что далеко не все отказы выявляются на испытаниях. Как было показано выше, необходимо работать над методами повышения достоверности контроля, которые можно реализовать в полном объеме только путем автоматизации контроля и разработки САПР программ контроля, реализованных в составе интегрированных систем автоматизированного контроля. В настоящее время ведутся работы по созданию наземных систем автоматизированного контроля (HACK) для эксплуатации, которые позволяют контролировать изделие в целом и его бортовые комплексы и системы.
В то же время автоматизированные системы появляются в составе бортового оборудования ВС. В Нормах летной годности есть требования о наличии в составе оборудования встроенного контроля (ВСК) или возможности подключения к внешним устройствам контроля работоспособности. Кроме того, должны быть предусмотрены устройства контроля отказного состояния и обеспечения выдачи сигнала для индикации экипажу или обеспечения блокировки для невозможности включения отказавшей системы. Встроенный контроль не может обеспечить необходимого уровня достоверности. Например, к самолету Ту-204 предъявлялось требование обеспечения достоверности ВСК, равной 0,74 (по эксизному проекту), в реальности была обеспечена достоверность, равной 0,7. В новых ВС на борту появляются бортовые автоматизированные системы контроля (БАСК). Вариант их использования был проработан с разработчиком БАСК для использования её в наземных испытаниях.
.
Оценка уровня безопасности полетов, обусловленного достоверностью контроля
Существующие математические описания выходных параметров и критериев качества ориентированы на представление их как функций от аргументов, которыми являются- номинальные значения элементов бортовых систем. Практический интерес представляют собой те же функции, но зависящие от контролируемых параметров. В связи с этим встает задача разработки математической модели перехода к новым аргументам, т.е. контролируемым параметрам.
Кроме известных инструментальных ошибок первого и второп рода [12, 55, 80, 145, 146], существует малоисследованное явление дефекта допусков. Возникает важная задача разработки математической модели дефекта допусков, вероятностей рисков заказчика и изготовителя, обусловленных этим явлением. Эта математическая модель-должна обеспечить аналитическое и количественное определение величины дефекта допусков,, зависимость дефекта допусков от числа контролируемых параметров и достоверность допускового контроля.
В данной главе проведен качественный анализ решения системы-дифференциальных уравнений, описывающих ВС. Решение рассматривается, как-функция аргументов, которыми являются контролируемые параметры. В результате получена трехмерная диагностическая матрица, которая позволяет описать диагностические процедуры на различных этапах полета.
В настоящей главе рассмотрены два критерия качества. В первом случае это статический режим комплексных испытаний воздушного судна. Рассмотрена возможность выполнения регулировки при комплексных испытаниях и показана возможность применения методов оптимального управления этими работами.
Проведено исследование ошибок контроля, возникающих за счет представления критерия качества в виде ряда Тейлора.
В качестве другого критерия принят критерий минимума отклонения выходного сигнала системы или изделия в целом от выходного сигнала расчетного переходного процесса.
Рассмотрено влияние свойств и-мерного пространства контролируемых параметров на следующие проблемы: комплексирование бортовых систем
ВС, получение оптимального по минимуму времени тренда управляющих и контролируемых параметров для предотвращения авиационного происшествия, представления диаграммы «воздушное судно - среда».
Одной из целей разработки методики бездефектного лопускового контроля является создание такой процедуры допускового контроля, которая позволит исключить наличие дефекта допусков. При этом точность методики бездефектного контроля определяется только точностью представления гиперповерхности качества.
Пусть имеется система, состоящая из п конструктивных элементов, характеризуемых величинами ri}i = l,...,n (например, сопротивление, емкость, конструктивные размеры детали и т.п.). Система функционирует, получая какие-то входные воздействия UBX и выдавая выходное воздействие /ВЬ1Х-, которое в общем случае можно представить как функцию: вых = вых VI Г2 т— гп вх )
Кроме того, система имеет т контролируемых параметров х , j -1,2,..., т, являющихся функциями от определенного множества конструктивных элементов: Х\ =Х1\Г\ Г2 —УГП1 ) х2 = х2\гп1+\ гщ+2 T-- rn2h (1) Xj =XJ K"j " Г«7+1 / xm xm \nm 5---5 rn )
При проектировании системы обеспечивается контролепригодность системы, которая заключается в том, что система исправна, если все контролируемые параметры лежат в пределах установленного допуска, т.е. Jmm J Углах где х- верхнее допустимое значение контролируемого параметра; Xj . - нижнее допустимое значение контролируемого параметра.
Необходимо отметить, что допущение о достаточности контролируемых параметров для определения неисправности эквивалентно тому, что любой из элементов системы является аргументом только одного из контролируемых параметров. То, что элемент входит только в функцию одного из контролируемых параметров, следует из допущения о некоррелированности контролируемых параметров между собой. Если обозначить подмножества элементов системы следующим образом: то можно записать следующие условия:
Функции контролируемых параметров можно линеаризовать, разложив их в ряд Тейлора в окрестности номинальной точки r( ,i-\,n с точностью до первых членов разложения, считая функции контролируемых параметров непрерывными и дифференцируемыми функциями.
Математическая модель системы контролируемых параметров бортовых систем и комплексов воздушного судна
Современное ВС является сложным техническим объектом, имеющим в своем составе 100-150 бортовых систем. Каждая из бортовых систем описывается системой дифференциальных уравнений, имеющей в общем случае конкретный вид для каждого этапа полета. Совместное решение такого количества систем является проблематичной задачей. Тем не менее задачи эксплуатации требуют уточнения структуры диагностической матрицы. Для решения этой задачи нет необходимости точного решения. В данной главе приведен качественный анализ решения системы линейных нормальных дифференциальных уравнений и определены требования к диагностической матрице и объему необходимой информации.
Качество воздушного судна и его бортовых систем обеспечивается на всех этапах жизненного цикла и, в первую очередь, на этапах проектирования, отработки и серийного производства. Качество не создается на этапе испытаний, но системы контроля и испытаний должны обеспечивать эффективное выявление всех дефектов, неисправностей и отказов. Достижение эффективности испытаний требует учета этого при проектировании бортовых систем и воздушного судна в целом в части обеспечения испытательной технологичности, контролепригодности и достоверности контроля. Разработка методов и средств контроля до настоящего времени продолжает оставаться актуальной проблемой [138], тем более, что борт недостаточно приспособлен под автоматизированный контроль. Обычно критерий качества бортовых систем реализуется как нахождение всех контролируемых параметров в пределах установленных допусков. Это есть внешнее проявление исправности. В действительности состояние качества бортовых систем определяется установленными значениями допусков и конкретными значениями контролируемых параметров внутри этих допусков.
В теории контроля и испытаний введение Л.Г. Евлановым [55] геометрического критерия качества в общем виде позволило значительно шире взглянуть на эту проблему. Но критерий качества Л.Г. Евлановым задан в самом общем виде, и сложность его применения заключается в установлении функциональной связи между критерием качества W и совокупностью контролируемых параметров. Следует еще раз отметить, что даже в таком абстрактном виде критерий Евланова Л.Г. сыграл огромную роль в развитии контроля испытаний. Это один из самых сложных моментов исследования. В на стоящей работе предположен способ выражения выходного сигнала в виде функции от контролируемых параметров. Решение этого вопроса позволяет более рационально решить эту задачу.
Критериев может быть предложено много, и их надо исследовать и разрабатывать, как средство постоянного увеличения качества и эффективности испытаний. Наибольший интерес представляют собой критерии, учитывающие функциональное назначение бортовых систем и воздушного судна в целом.
В настоящей работе рассмотрены два критерия качества. В первом случае это статический режим комплексных испытаний воздушного судна. Рассмотрена возможность выполнения регулировки при комплексных испытаниях и показана возможность применения методов оптимального управления этими работами.
Проведено исследование ошибок контроля, возникающих за счет представления критерия качествам виде ряда Тейлора.
В»качестве другого критерия принят критерий минимума отклонения, выходного сигнала системы или изделия в целом от выходного сигнала расчетного переходного процесса.
Процесс развития изделий авиационной техники коснулся не только непосредственно борта, но и средств производства, технологии, отработки и контроля. Наличие наземных систем автоматизированного контроля позволяет перейти от чисто допускового контроля к реализации критериев качества, основанных на контролируемых параметрах бортовых систем.
Анализ структуры решения системы дифференциальных уравнений воздушного судна для диагностики и контроля. Диаграмма «воздушное судно - среда» в и-мерном пространстве контролируемых и управляющих параметров
Современное ВС является сложным объектом управления. Общее количество бортовых систем, входящих в состав современных самолетов четвертого и пятого поколений, составляет от 100 до 150. Функционирование каждой бортовой системы описывается системой дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами. Усложняющим фактором является-то, что на различных этапах полета выполняется реконфигурация бортовых систем и, следовательно, система дифференциальных уравнений может су 88 щественно изменяться. Например, на этапах посадки и набора высоты механизация крыла выпущена, а на других этапах она убрана. То же самое можно сказать о работе автопилота в крейсерском режиме полета и на этапах десантирования и сброса груза. В то же время некоторые системы не подвержены изменениям в процессе полета на всех его этапах. Таким образом, в общем случае функционирование системы описывается на каждом этапе полета своей системой дифференциальных уравнений. Как правило, принято выделять шесть этапов полета воздушного судна. Следовательно, наибольшее количество систем дифференциальных уравнений, описывающих воздушное судно, составит порядка 900. Совместное решение такого количество систем дифференциальных уравнений, описывающих системы с переменной структурой, представляет собой сложнейшую научную задачу.
Решение этих систем дифференциальных уравнений, описывающих бортовые системы ВС с огромным количеством конструктивных элементов, едва ли может быть решено в аналитическом виде. Однако задачи практической эксплуатации ВС требуют их решения; тем более, что можно обойтись качественным анализом общих и частных решений. Описание технического состояния и управления ВС в нештатных ситуациях выполняется диагностическими матрицами или графами (дендритами) типа «дерево отказов». Многие важные заключения можно получить из анализа структуры общего решения, если функциональные зависимости выражены как функции контролируемых параметров. Ниже приведен анализ структуры общего решения системы для ВС в целом.
Направление работ по автоматизации окончательных стадий производства самолетостроительного предприятия
Выбор направлений работ по автоматизации окончательных стадий производства выполнялся отделом 356 УАПК совместно с отраслевым технологическим институтом авиационных технологий с привлечением всех заинтересованных организаций и предприятий. Первоначально была проанализирована существующая, литература, в частности, [8, 17, 18, 131, 150, 178,. 179, 183, 187, 188] и исследовано-состояние этого вопроса на всех родственных предприятиях отрасли. На основании этого анализа были выбраны основные направления работ (рис. 39). Выбор направлений не был разовой работой. Он подвергался изменениям и уточнениям и проводился постоянно во время всего проведения работ по автоматизации. Постепенно этот процесс начал управляться требованиями производства, повышением достоверности контроля и снижением трудоемкости испытаний.
Повышение летно-технических и эксплутационных характеристик современных самолетов приводит к оснащению их большим количеством сложной и разнообразной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). В то же время известно, что уровень развития современной радиоэлектроники не обеспечивает возможности создания бортовой РЭА, обладающей абсолютной надежностью. Увеличение количества и повышение сложности современной-бортовой РЭА, таким образом, неизбежно приводят к снижению надежности всего самолета, рассматриваемого как единая система.
Количество контролируемых параметров, определяющих работоспособность РЭА на современных самолетах, достигает в общей сложности не скольких тысяч. Их контроль, как правило, производится специальным обслуживающим персоналом (инженеры-испытатели) с помощью ручной контрольно-проверочной аппаратуры (КПА), имеющей в своем составе лабораторные измерительные приборы и другое распространенное оборудование.
Эти устройства- достаточно надежны, но при их использовании возникает много различных- трудностей, касающихся главным образом подготовки, специалистов, значительной трудоемкости испытательных работ, исключения субъективных ошибок, вносимых оператором, полноты и точности контроля. Требование полноты контроля сталкивается с проблемой обмена информацией между объектом контроля (бортовой РЭА), испытательными средствами и испытателем. При ручном контроле человеческие возможности исчерпываются даже при получении сравнительно небольшого объема данных при проверках.
В АСК, имеющих в своем составе управляющую ЭВМ с большим объемом памяти, большим быстродействием, средствами отображения, хранения и регистрации информации, можно обеспечить большую достоверность контроля [6, 64]. Поэтому необходимость применения АСК бортовой РЭА в технологии самолетостроения выявлена достаточно давно. Долгое время широкое применение АСК сдерживалось недостаточным развитием технических средств, отсутствием необходимой вычислительной техники. В настоящее время, в связи с быстрым развитием и массовым выпуском таких средств (мини- и микроЭВМ, микросхем средней и большой степени интеграции и т.д.) создались предпосылки для создания и внедрения АСК на самолето строительных заводах.
В результате анализа, проведенного отделом 356, были сформулированы технические требования на разработку и изготовление автоматизированной системы контроля радиосистемы ближней навигации (АСК РСБН) и автоматизированной системы контроля и изделия 620. Эти системы, как типовые образцы, были разработаны в Казанском научно-исследовательском институте подразделением под руководством В.Ф; Диденко.
Все покупные комплектующие изделия (ПКИ) поступают на предприятие через цех входного контроля. Целесообразно именно в этом цехе создать барьер для прохождения ПКИ с отказами, дефектами и несоответствием требованиям технических условий (ТУ), чтобы исключить наличие ПКИ на этапе сборки и испытаний изделия. Эффективность входного контроля оценивается отношением количества отказов, выявленных в цехе входного контроля, к общему числу отказов. Только в процессе входного контроля могут быть выявлены отказы, которые обусловлены комплексным взаимовлиянием данного изделия с другими элементами системы на ВС [47]. В этих работах можно, в свою очередь, выделить внутрицеховые направления работ по автоматизации для обеспечения качества, достоверности и объективности результатов испытаний. Прежде всего, это автоматизированный контроль бортового радиоэлектронного оборудования (рис. 40). Предусматривалась реализация автоматизированных систем контроля: АСК-РСБН (АСК-312), АСК-620, АСК КСЦПНО-204, АСК-ТИП-1Б, АСК КИСС-1М, АСК СЭИ. Следующее направление работ - это создание стендов комплексной отработки и комплексирования бортовых комплексов. Теоретические вопросы этих работ рассмотрены в третьей главе. Создание стендов проводилось отделом мон-тажно-испытательных работ, т.к. автоматизация работ реализовалась на уровне имеющихся стандартных КПА. Как основные были определены следующие комплексные испытательные стенды: стенд комплекса А-820, стенд комплекса А-825, стенд комплекса КИСС-1М, стенд комплекса СЭИ. На этих стендах реализовывался этап комплексирования.
