Содержание к диссертации
Введение
1 Результаты работ, повлекшие необходимость данных исследований 23
Выводы по разделу 1 37
2 Стандартные образцы для средств трибодиагностики AT 41
2.1 Технологии изготовления и метрологической аттестации стандартных образцов для рентгеноспектрального анализа 41
2.1.1 Исследования стандартных образцов 41
2.1.2 Организация работ 48
2.2 Методика изготовления и метрологической аттестации стандартных образцов для магнитного анализа 50
Выводы по разделу 2 58
3 Специальные средства (методы) измерений, диагностики и контроля 60
3.1 Вопросы обеспечения единства измерений при межведомственных испытаниях рентгеновских спектрометров для трибодиагностики ГТД 60
3.2 Методика оценки погрешности тензометров при измерении усилий натяжения тросов в проводках систем управления ВС 72
3.3 Ведомственные испытания дефектоскопов типа МД-М для магнитопо-рошкового неразрушающего контроля 82
3.4 Методология метрологического обеспечения и результаты эксплуатационных испытаний наземной автоматизированной системы контроля на примере НАСКД-200 93
3.5 Исследование метрологических характеристик измерителей коэффициента сцепления на примере тележки аэродромной тормозной типа АТТ-2М 102
3.6 Средства (методы) измерения ровности поверхности искусственных покрытий ВПП 116
Выводы по разделу 3 123
4 Испытательное оборудование (специальные средства и методы испытаний) 129
4.1 Разработка принципов аттестации испытательного оборудования узлов и агрегатов авиационной техники 129
4.1.1 Метрологические требования к программному обеспечению испытательного оборудования 131
4.1.2 Некоторые результаты работ по аттестации испытательного оборудования 134
4.2 Практика аттестации стендового оборудования для технического обслуживания и ремонта вертолетного парка отечественного производства 142
4.3 Критерии достоверности значений коэффициентов аэродинамического подобия боксов испытательных стендов мотороиспытательных станций авиационных ГТД 161
4.4 Измерительные каналы температуры 168
4.5 Измерительные каналы расхода топлива и масла 182
4.6 Измерительные каналы параметров вибрации 190
Выводы по разделу 4 197
5 Формирование системы мониторинга массы и центровки воздушных судов в процессе эксплуатации 200
5.1 Технологии взвешивания ВС 200
5.2 Инструкция по контролю массы ВС 202
5.3 Практическое применение разработанных технологий 204
Выводы по разделу 5 208
6 Исследования и разработка других вопросов метрологического обеспечения авиационной деятельности на воздушном транспорте 209
6.1 Критерии, методология и результаты проведения метрологической экспертизы технической документации на AT 209
6.1.1 Критерии и методология выбора средств измерений 209
6.1.2 Вероятностный подход к оценке метрологических рисков при контроле параметров технологических процессов авиационной деятельности 211
6.1.3 Примеры несоответствий в проектах технологических карт Руководства по ремонту планера самолета Ан-158 214
6.1.4 Примеры несоответствий в проектах технологических карт Регламента обслуживания вертолета Ми-26Т 216
6.1.5 Примеры несоответствий в проектах технологических карт Регламента обслуживания самолета Ту-204 и его модификаций 218
6.1.6 Анализ и классификация несоответствий по результатам проведенных метрологических экспертиз 219
6.1.7 Особенности метрологической экспертизы эксплуатационной документации на испытательное оборудование 221
6.1.8 Требования к квалификации персонала ВТ, проводящего метрологическую экспертизу 2 6.2 Постановка задачи разработки методов управления метрологическими рисками негативных ситуаций в авиационной деятельности 226
6.3 Сертификация программного обеспечения средств измерений и измерительных систем, применяемых в ГА 232
Выводы по разделу 6 238
Заключение 241
Список сокращений и условных обозначений 245
Список терминов 248
Список литературы 256
- Исследования стандартных образцов
- Методология метрологического обеспечения и результаты эксплуатационных испытаний наземной автоматизированной системы контроля на примере НАСКД-200
- Критерии достоверности значений коэффициентов аэродинамического подобия боксов испытательных стендов мотороиспытательных станций авиационных ГТД
- Сертификация программного обеспечения средств измерений и измерительных систем, применяемых в ГА
Исследования стандартных образцов
Для проведения работ по диагностированию авиационных газотурбинных двигателей по продуктам изнашивания в работающих маслах обязательным является метрологическое обслуживание - калибровка - средств диагностирования (в частности, рентгеноспектральных анализаторов), которую невозможно провести без наличия комплекта стандартных образцов. Основные положения, определяющие требования к стандартным образцам как одному из видов средств измерений изложены в межгосударственном стандарте ГОСТ Р 8.315 [84].
В развитие ГОСТ Р 8.315 [84] в соответствии с планом НИР Росавиации на 2002 г. под руководством и при участии автора был разработан стандарт отрасли ОСТ 54-3-155.83-2002 [21]. Помимо этого в национальном стандарте ГОСТ Р 55255-2012 "Организация работ по диагностике" [15] - ответственным исполнителем разработки которого являлся автор, введен раздел "Метрологическое обеспечение", который содержит основные требования к техническим, так и метрологическим характеристикам стандартных образцов, в том числе связанных с измерением концентрации продуктов изнашивания в работающих авиамаслах.
До разработки ГОСТ Р 55255-2012 [15] в РФ отсутствовал нормативный документ, регламентирующий процедуры организации работ по диагностике технического состояния авиационной техники гражданской авиации в эксплуатации, а также обеспечению единства измерений (метрологического обеспечения) при диагностике. Автором проведены исследования и разработка технологий метрологической аттестации и изготовления стандартных образцов (СО). В процессе проведения метрологической аттестации исследованы точностные характеристики СО для градуировки рентгеноспектральных анализаторов на примере прибора типа БАРС-3, изготовленных по двум технологиям. По первой из них комплект СО с различной концентрацией химических элементов получают последовательным разбавлением исходной суспензии с максимальными концентрациями элементов. Применительно к задачам отрасли они составляют 10 г/т по железу и 5 г/т по меди, хрому и никелю. Для получения малых концентраций разбавление проводят трижды - четырежды, что вносит дополнительную погрешность, которая не может быть оценена в связи с отсутствием методов и средств ее определения. Эта технология широко применяется как в практике эмиссионного спектрального, так и рентгеноспектрального методов анализа. Однако в случае необходимости измерения основных компонентов образцов с высокой точностью, серии образцов не должны готовиться последовательным разбавлением [52-54].
Вторая технология, предложенная в ходе проведения данной работы [52-54, 85, 86] так же включает предварительное изготовление исходной суспензии с максимальной концентрацией анализируемых элементов, но с последующей дозировкой ее объема (массы) в заданное количество раз меньше объема (массы) реальных проб масел, подвергаемых анализу.
Исходная суспензия изготавливалась в соответствии с отраслевыми Методическими указаниями по приготовлению и метрологической аттестации СО предприятий для градуировки установок МФС-3, МФС-5 в ЛНТД АТБ ГА [61] и технологией по приготовлению СО для градуировки анализатора БАРС-3 [87].
Для получения СО с разной концентрацией бюреткой с погрешностью ±0,05 мл отбираются объемы исходной суспензии, рассчитываемые по формуле 2.1
Полученные объемы суспензии фильтруются через мембраны "Владипор", которые с осевшими на них частицами имитаторов продуктов изнашивания и представляют собой СО. Значения концентраций и отбираемые для их получения объемы суспензии приведены в таблице 2.1.
Суммарная погрешность СО рассчитывается с учетом взаимонезависимости входящих в нее составляющих.
Как показал анализ источников погрешностей СО-суспензий, учету должна подлежать погрешность взвешивания навески окисла при изготовлении суспензии (другие составляющие несопоставимо малы по сравнению с ней). Для взвешивания используются весы ВЛР-20г с диапазоном до 20 г и погрешностью ±0,05 мг. Значения погрешностей взвешивания по каждому из химических элементов -имитаторов продуктов изнашивания, приведены в таблице 2.2.
ПОМИМО комплекта СО, содержащего Fe, Си, Cr, Ni для проведения исследования точностных характеристик по элементам Ті, Pb, Со, Zn, Mn, Са по второй технологии изготовлены СО с концентрацией 5 г/т, погрешность которых также определена расчетным путем.
Предложенная технология так называемого отбора для рентгеноспектраль-ных анализаторов значительно уменьшает трудоемкость изготовления комплекта СО. При этом, общая погрешность любого из полученных таким способом СО также существенно уменьшается. Так, для сравнения со стандартными образцами для установок эмиссионного анализа типа МФС-5: погрешность содержания железа, никеля и меди в них составляет от 8,8 до 10 % [53, 66, 67].
По сравнению с образцами, полученными разбавлением, расчетные числовые значения погрешности также меньше. Однако, в случае метода разбавления значение аттестуемой характеристики содержит целый ряд неисключенных систематических погрешностей (многократное взвешивание колб и масла, налипание масел вместе с частицами окислов на стенки). Можно предположить, что наиболее сильное влияние при этом будет сказываться на СО с минимальной концентрацией.
Проведено исследование однородности (идентичности показаний) четырех экземпляров СО для анализатора БАРС-3, изготовленных из одной исходной суспензии с концентрациями железа, меди, хрома и никеля по 0,75 г/т. Обработка результатов велась следующим образом.
Первоначально проверялась нормальность закона распределения погрешности измерений анализатора при анализе элементов, но которым осуществляется диагностирование авиадвигателей в ГА: железо, медь, хром, никель. Для этого были построены гистограммы по каждому из элементов. Их анализ [85, 86] и расчет статистики t по критерию согласия % 2 [88-97], показал, что погрешности измерений рентгеноспектрального анализатора БАРС-3 распределены по законам близким к нормальному.
Далее рассчитывались средние арифметические значения и дисперсии результатов измерений по каждому из СО. После этого проверка доступности рассеяния оценок дисперсий групп результатов по критерию Кохрена [98-102], (т.к. число параллельных испытаний в группах равно). Установлено [85, 86], что расчетные значения критерия меньше табличного, т.е. дисперсии однородны. После этого для каждого из элементов были рассчитаны значения межгрупповых и внутригрупповых дисперсий и критерия Фишера, характеризующего допустимость разброса средних арифметических значений серий измерений. Результаты обработки данных сравнивались с табличными значениями и не превысили их.
На основании этого был сделан вывод, что использование серии СО, изготовленных из одной исходной суспензии не влечет за собой возникновение дополнительной погрешности.
Для иследования влияния неоднородности распределения частиц по поверхности стандартных образцов были изготовлены следующим образом три СО. Для изготовления первого СО мембрану "Владипор" разрезали на две равные половины. Одну из них помещали на сетку устройства для фильтрации, на нее - целую мембрану. В устройство заливали 25 мл суспензии с концентрацией 6 г/т элементов железо, медь, хром, никель. Дальнейшие операции изготовления - в соответствии с разработанной методикой. При изготовлении второго образца в центре другой мембраны вырезали отверстие определенного радиуса. Затем ее также помещали на сетку устройства для фильтрации, накладывали сверху целую мембрану и заливали 25 мл той же суспензии. Третий образец изготавливали обычным образом. Каждый из трех образцов анализировали по 10 раз. Обработка результатов (таблица 2.3) показала, что средние арифметические значения сигналов с СО при равномерном распределении частиц по поверхности фильтроэле-мента превышают сигналы с СО с искусственно созданной неравномерностью. Причем, чем меньше площадь их распределения (при одной и той же массе частиц), тем меньше сигнал с СО.
Методология метрологического обеспечения и результаты эксплуатационных испытаний наземной автоматизированной системы контроля на примере НАСКД-200
Наземная автоматизированная система контроля НАСКД-200 (рис. 3.10) отечественного производства предназначена для оценки технического состояния демонтированного бортового авиационного оборудования вертолетов Ми-8, Ми-8МТ, Ми-17, Ми-8МТВ-1, Ми-172, Ми-8АМТ путем проведения измерительного контроля параметров, и относится - при применении на ВТ - к категории специальных средств измерений (ССИ). Измерения параметров производятся на контактах демонтированных объектов контроля.
Эксплуатационные испытания системы проводились на основании Решения № 21.9-307 от 2009 г. в соответствии с Программой № 01-11 НАСКД-200-8/17, в два этапа [137-139]. На первом этапе специалистами отдела метрологии ГосНИИ ГА под руководством и при участии автора проведена оценка прослеживаемости измерений согласно положений ГОСТ ИСО/МЭК 17025 [140] и в соответствии с представленной на рис. 3.11 блок-схемой. Она состоит из двух взаимосвязанных направлений: I - традиционная схема метрологического обслуживания, содержащая элементы 1-3 и 5; II - схема метрологического обслуживания с использованием HACK, содержащая элементы 1, 4 и 5.
Ключевым для блок-схемы прослеживаемости измерений (как для традиционной, так и с применением HACK) является элемент 1 - государственная поверочная схема (ГПС), во главе которой находится государственный первичный эталон соответствующего вида измерений. Оба направления выходят непосредственно на элемент 5 - бортовые средства контроля и бортовое авиационное оборудование (БСК), что и является основой прослеживаемости результатов измерений, начиная от государственных первичных эталонов соответствующих видов измерений.
В состав НАСКД-200 входит 17 подсистем, состоящих из измерительных каналов и способных: а) измерять величины электрические (напряжение и сила постоянного и переменного тока, сопротивление постоянному току) и радиотехнические (частота, емкость, индуктивность, добротность и фаза; параметры импульсных сигналов, в том числе мощность; мощность высокочастотных сигналов; параметры модуляции); б) генерировать ВЧ сигналы; сигналы произвольной формы 1-го и 2-го типа; стимулирующие (питающие) напряжения 1-5 типов, а также программируемые сопротивления; в) воспроизводить и измерять единицы абсолютного и избыточного давления; г) задавать и измерять углы положения. При этом все подсистемы работают под управлением компьютера.
В рамках первого этапа проведен сравнительный анализ метрологических характеристик ССИ (КПА), назначенных в качестве наземных средств контроля в РТО бортового авиационного оборудования (включая БСК), и НАСКД-200. Установлено, что по диапазонам и погрешностям измерений НАСКД-200 в полном объеме перекрывает метрологические характеристики ССИ (КПА). Одновременно проведено сравнение метрологических характеристик НАСКД-200 и контролируемых параметров бортового авиационного оборудования (включая БСК), проверку которого предложено осуществлять при ее использовании. При этом оценивалось обеспечение необходимого запаса по точности, регламентированного государственными поверочными схемами соответствующих видов измерений, а также прослеживаемость измерений согласно положений ГОСТ ИСО/МЭК 17025 [140].
Помимо этого на первом этапе эксплуатационных испытаний проведены метрологическая экспертиза эксплуатационной документации системы на соответствие РМГ 63-2003 [70] и ОСТ 54-3-156.66-94 [71], а также оценка возможности выполнения работ по обеспечению единства измерений НАСКД-200 метрологическими службами организаций ВТ и иными метрологическими органами. Метрологическое обслуживание может осуществляться в соответствии с методикой, входящей в комплект эксплуатационной документации НАСКД-200 с применением более 25 типов средств поверки (калибровки) - в основном, отечественного производства, среди которых:
1) широко применяемые метрологическими службами - частотомеры электронно-счетные; генераторы сигналов низкочастотные; меры электрического сопротивления однозначные и измерительные; магазины сопротивлений; меры и магазин емкости; ваттметры поглощаемой мощности; калибраторы мощности; измерители коэффициента стоячей волны панорамные; измерители модуляции; анализаторы спектра;
2) малораспространенные в оснащении метрологических служб - стандарты частоты и времени; вольтметры-калибраторы; установка измерительная К2-76 с диапазоном от 10 мВ до 2,5 В при частотах от 50 Гц до 18 ГГц; аппаратура для поверки измерителя коэффициента амплитудной модуляции; калибраторы фазы; меры добротности; рабочий эталон абсолютного давления с диапазоном 0,3-250 кПа и средним квадратическим отклонением 1,3-2,5 Па; манометры абсолютного и избыточного давлений I разряда.
По результатам первого этапа испытаний подтверждена прослеживае-мость измерений при применении НАСКД-200 с первичными национальными эталонами единиц физических величин международной системы СИ согласно ГОСТ ИСО/МЭК 17025 [140]. При этом по всем видам измерений коэффициенты точности НАСКД-200 соответствуют требованиям государственных поверочных схем.
Периодическое метрологическое обслуживание НАСКД-200 может осуществляться в виде калибровки в метрологических службах предприятий ВТ, подтвердивших свою техническую компетентность согласно [17, 125, 140] с учетом рекомендаций и опыта автора, изложенных в публикациях [103, 141] в рамках системы сертификации объектов ГА - СДС ОГА, либо в виде поверки - аккредитованными метрологическими службами в рамках национальной системы аккредитации.
На втором этапе проведены экспериментальные исследования НАСКД-200 на базе Улан-Удэнского авиационного завода с участием специалистов метрологической службы ГосНИИ ГА, в том числе, автора; представителей МВЗ им. М.Л. Миля, экспертов по авиационному оборудованию из ГосНИИ АН, а также разработчиков НАСКД-200 из ЗАО "БЕТА ИР". Блок-схема метрологической части экспериментальных исследований при эксплуатационных испытаниях представлена на рис. 3.12. В процессе исследований выполнено сравнение возможностей представленного на испытания экземпляра НАСКД-200-8/17 со специальными средствами измерений (КПА) при лабораторных проверках на них 38 типов бортового авиационного оборудования (включая БСК). При проведении экспериментальных исследований проводилась проверка технических характеристик одного и того же экземпляра БСК по номенклатуре и величинам параметров, заданных технологическими картами регламентов технического обслуживания (РО), в первую очередь с применением ССИ (КПА). Результаты измерений параметров вручную фиксировались в протоколах испытаний. После чего этот же экземпляр конкретного типа БСК проверялся с применением НАСКД-200. Полученные результаты в автоматическом режиме записывались в компьютер системы. Далее проводилось сравнение и анализ полученных результатов по критериям, в качестве которых приняты допускаемые значения параметров и погрешности их измерений (абсолютные, относительные или приведенные), нормированные в технологических картах РО вертолетов. При совпадении результатов измерений параметров, полученных при помощи ССИ (КПА) и автоматизированной системы, принималось положительное решение о возможности применения НАСКД-200 для лабораторных проверок конкретного типа БСК.
При несовпадении результатов измерений производились корректирующие действия согласно блок-схеме рис. 3.12, заключающиеся в повторной проверке БСК с применением ССИ (КПА) и HACK путем итерации операций РТО.
Критерии достоверности значений коэффициентов аэродинамического подобия боксов испытательных стендов мотороиспытательных станций авиационных ГТД
Совместным приказом Департамента воздушного транспорта Минтранса России и Росаэронавигации от 27.11.95 № ДВ-126/113 [188] ГосНИИ ГА назначен Головной организацией метрологической службы гражданской авиации. Работы института в этой области направлены на совершенствование процедур поддержания летной годности ВС и заданного уровня безопасности полетов, снижение метрологических рисков негативных ситуаций в авиационной деятельности. Важность работ по метрологическому обеспечению обусловлена помимо прочего Законом РФ от 27.12.02 № 184-ФЗ "О техническом регулировании" [2], в котором в первоначально принятой редакции единство измерений отнесено к одному из видов безопасности. Среди направлений деятельности института - и автора, как главного метролога ГосНИИ ГА - в области обеспечения единства измерений являются исследования и метрологическая аттестация методов косвенных измерений [189-195]. К таким методам, применяемым в технологических процессах ремонта авиационных ГТД [196-198], относится оценка коэффициентов аэродинамического подобия боксов испытательных стендов мотороиспытательных станций (рис. 4.12), далее по тексту - поправочные коэффициенты.
Согласно ОТУ-2012 [199] определение влияния аэродинамических характеристик стенда на тягу двигателя при первичной аттестации, после реконструкции, модернизации или капитального ремонта может проводиться двумя методами, один из которых (т.н. эталонирование стендов) - с помощью "контрольного" ГТД с заранее известными выходными параметрами. В качестве "контрольного" может быть использован любой двигатель данного типа, прошедший приемо-сдаточные испытания (ПСИ). Выходные параметры этого ГТД должны быть определены на открытом стенде или на ранее аттестованном стенде, принятом за "эталон". В качестве такового может быть использован стенд разработчика, на котором проводились государственные стендовые или стендовые контрольные испытания.
Помимо тяги (в том числе, обратной) поправочные коэффициенты могут вводиться на расход топлива и некоторые другие параметры.
Периодический контроль стабильности аэродинамических характеристик стенда проводится один раз в два года с помощью "контрольного" ГТД или на основе статистического анализа параметров, полученных при снятии дроссельных характеристик в процессе приемосдаточных испытаний на этом стенде, однотипных ГТД в количестве не менее 20-ти экземпляров. Обработку статистической информации необходимо производить по индивидуальной методике. В обоснованных случаях, при неизменности геометрических характеристик стенда и положительных результатах контроля стабильности аэродинамических характеристик межаттестационные периоды могут быть увеличены
В соответствии с ОТУ-2012 [199] и ОСТ 1 01021 [3] введение поправочных коэффициентов предназначено для исключения влияния аэродинамики испытательного стенда, а их оценка проводится при метрологической аттестации стенда в соответствии с действующей технологической документацией, с периодичностью один раз в два года. При этом точность измерения параметров ГТД на установившихся режимах стендовыми измерительными системами и средствами измерения должна соответствовать требованиям ОСТ 1 01021 [3].
Основополагающим документом, определяющим основные принципы выполнения косвенных измерений и оценивания их погрешностей, является МИ 2083 [200] и отраслевые Методические указания [201]. При этом искомое значение величины находят на основании результатов измерений аргументов связанных с искомой величиной уравнением. Результаты измерений аргументов и оценки их погрешностей применительно к оценке поправочных коэффициентов могут быть получены из прямых измерений.
Определение поправочных коэффициентов производится отдельно для каждого режима испытаний путем расчета значения отношения величин параметра на сравниваемом и контрольном стендах по формуле 4.4
Формула 4.5 действительна при следующих допущениях: погрешности аАсри О"АКОНГ ЯВЛЯЮТСЯ взаимно независимыми случайными составляющими, распределенными по нормальному закону. При этом в соответствии с ОСТ 101021 [3] погрешность измерения, например тяги и расхода топлива как на контрольном, так и сравниваемом стенде не должна превышать ±0,5 % от измеряемой величины с доверительной вероятностью 0,95. С учетом произведенных расчетов числовое значение погрешности оценки поправочных коэффициентов для параметров тяга, расход топлива, и мощность двигателя (для ТВД), которая составляет не более ±0,71 %. Таким образом значения реальных поправочных коэффициентов (таблица 4.8) по расходу топлива и тяге (на режиме 0,9 Ne.) меньше погрешности их оценки. При этом из той же таблицы 4.8 видно, что значения поправочных коэффициентов для тяги на режимах 1,0 Ne и Взлет сопоставимы с погрешностью их определения. Данное обстоятельство ставит под сомнение целесообразность учета поправочных коэффициентов с представленными в таблице 4.8 значениями при проведении испытаний ГТД. При этом погрешность определения аэродинамической стабильности стенда по истечении двух лет с предыдущей аттестации достигает ±1,00 %.
Для достоверного определения характеристик погрешности средств измерений (в данном случае - измерительных каналов стендов МИС) и допусков на контролируемые (измеряемые) величины, должен соблюдаться не менее чем 2,5-3 кратный, а по отдельным видам измерений - 10 кратный запас по точности (исходя из требований, установленных к коэффициентам точности, регламентированных государственными поверочными схемами). Таким образом, контролируемая (оцениваемая) величина должна определяться с погрешностью в соответствующее число крат меньшее. В соответствии с требованиями отраслевых документов величина указанного соотношения должна выбираться из ряда значений 2,5; 3,0; 3,5; 4,5; 5,0. С учетом этого значение поправочного коэффициента можно считать достоверным и учитывать при обработке результатов испытаний лишь в том случае, если значение указанного коэффициента не менее чем в 2,5 раза превышает погрешность его определения.
Рекомендуется:
а) при плановой переработке ОТУ-2012 [199] с учетом истечения в декабре 2016 г. срока его действии считаем необходимым:
- рассмотреть вопрос о корректировке ОТУ-2012 [199] и ОСТ 101021 [200] требований по проведению сравнительных испытаний стендов и определению поправочных коэффициентов:
- регламентировать предельно допускаемые величины поправочных коэффициентов - как минимальные, так и максимальные (ниже и выше единицы соответственно);
- установить при определении стабильности аэродинамических характеристик каждого конкретного стенда, правила сравнения вновь полученных значений поправочных коэффициентов и имевшихся ранее.
б) учесть тот факт, что первоначальную проверку стендов (вновь изготовленных или перестроенных) следует проводить путем сравнения со стендом разработчика, на котором проводились государственные стендовые испытания. При этом перестройка боксов стендов МИС за весь период жизненного цикла, как правило, не производится (за редким исключением).
Сертификация программного обеспечения средств измерений и измерительных систем, применяемых в ГА
В настоящее время на предприятиях воздушного транспорта (ВТ) происходит массовое перевооружение технологических процессов ТОиР AT современными средствами измерений (СИ) и информационно-измерительными системами (ИИС), функционирование которых невозможно без применения встроенного, либо автономного программного обеспечения (ПО).
К сожалению, разработчиками ПО для этой цели не всегда учитывается необходимость исключения случаев преднамеренного или непреднамеренного искажения заложенных алгоритмов, а так же ряд других присущих ПО специфических факторов. Данное обстоятельство может привести к снижению достоверности результатов измерений, негативно сказаться на качестве ТОиР AT и обеспечении поддержания заданного уровня безопасности полетов.
С целью выполнения на воздушном транспорте положений Федерального закона от 18.06.2008 г. № 102-ФЗ [1], а также нормативных документов государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) - ГОСТ Р 8.596 [264] и ГОСТ Р 8.654 [119], на базе отдела метрологии ГосНИИ ГА в 2008 г. была создана испытательная лаборатория ПО СИИИС, руководителем которой является автор.
Основной задачей деятельности лаборатории [139, 177, 265] является сертификация ПО, используемого для нужд ГА.
Испытательная лаборатория прошла аттестацию в Системе добровольной сертификации (СДС) ПО СИИИС, сформированной на базе Всероссийского НИИ метрологической службы (ВНИИМС).
При этом, область испытательной лаборатории ГосНИИ ГА включает в себя программное обеспечение (автономное и встроенное), алгоритмы программного обеспечения средств измерений, измерительных и информационно-измерительных систем, применяемых на ВТ и в авиационной промышленности.
Отдельно в область испытаний включено программное обеспечение:
- специальных средств измерений, средств неразрушающего контроля и диагностики, наземных измерительных комплексов, испытательного и технологического оборудования;
- автоматизированных систем контроля технологическими процессами производства, испытаний эксплуатации и ремонта AT, функционирующих с применением СИИИС или элементов измерительных систем;
- для работ по метрологическому обслуживанию СИИИС (метрологическая аттестация, калибровка, поверка) и межлабораторным сличительным испытаниям;
- для сбора, обработки, хранения, передачи, защиты, обеспечения доступа и использования измерительной информации;
- авиационных тренажеров и иных имитационных систем;
- для математического или иного моделирования.
Одной из работ испытательной лаборатории явилась сертификация ПО МОРЕНА [139, 177, 265], используемого для расчета метрологических характеристик и построения градуировочных зависимостей бездифракционных рентге-носпектральных анализаторов БАРС-3, при их использовании для измерения концентрации продуктов изнашивания в маслах в процессе диагностировании авиационных ГТД.
Блок-схема алгоритма функционирования ПО МОРЕНА приведена на рис.6.4. Разработка ПО МОРЕНА по техническому заданию ГосНИИ ГА, составленному под руководством автора, была выполнена ООО "Фирма МЕТА" (г. Ростов-на-Дону). Для проведения работ по сертификации, тестированию и метрологической аттестации ПО МОРЕНА специалистами испытательной лаборатории ГосНИИ ГА под руководством автора, разработана Методика [139, 177, 265], в которой отражены следующие вопросы:
- установления жесткости испытаний ПО;
- проверки документации;
- проверки структуры ПО;
- проверки соответствия (идентификация);
- оценки погрешности ПО;
- проверки защиты программного обеспечения.
Внешний вид главного окна ПО МОРЕНА на экране компьютера с открытой страницей "ВВОД ДАННЫХ" приведен на рис. 6.5.
В процессе сертификации программы МОРЕНА был проведён ряд экспериментальных исследований. За эталонное ПО было принято ПО MFS-BARS, разработанное ГосНИИ ГА при участии автора еще в 1994 г., которое широко используется в настоящее время на предприятиях ВТ при проведении метрологического обслуживания анализаторов БАРС-3, и положительно зарекомендовало себя за прошедший период. Однако, ПО MFS-BARS функционирует в системной оболочке MS-DOS, которая морально и физически устарела.
В процессе тестирования ПО МОРЕНА было установлено, что разработчиком не была обеспечена возможность обработки результатов метрологического обслуживания анализаторов БАРС-3 во всём рабочем диапазоне измеряемых концентраций продуктов изнашивания.
Кроме того, разработчиком ПО МОРЕНА не была введена форма протокола метрологического обслуживания для обеспечения удобства оператора, осуществляющего обработку результатов метрологического обслуживания, и сокращения трудоёмкости проводимых работ.
Особое внимание было уделено экспертизе Руководства пользователя ПО МОРЕНА. Апробация Руководства пользователя показала, что названный документ не в полном объёме содержал описание порядка работы со всеми сервисными функциями, заложенными в ПО МОРЕНА, что затрудняло работу с ПО. Названные несоответствия были выявлены, предъявлены разработчику для доработки ПО, и как установлено при последующих этапах сертификационных испытаний, устранены.
Результаты сертификационных испытаний показали, что структура ПО МОРЕНА и документация, его сопровождающая, соответствует требованиям к документации программного обеспечения средств измерений по ГОСТ Р 8.654 [119]. Все метрологически контролируемые функции и параметры ПО охвачены защищенным интерфейсом. Файлы и библиотеки ПО хранятся в бинарном виде, что делает невозможным несанкционированное изменение файлов и библиотек ПО без посторонних программных (технических) средств.
Действительная погрешность вычислительных алгоритмов ПО МОРЕНА, обусловленная рядом объективных и субъективных причин, не превышает ±0,01 %, что не выходит за установленные Техническим заданием пределы и не вносит значимой дополнительной погрешности в суммарную погрешность измерений анализаторов БАРС-3.
ПО "МОРЕНА" работает в программной оболочке WINDOWS-XP.
Внешний вид окна ПО МОРЕНА на экране компьютера с открытой страницей "МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ" и градуировочной характеристикой анализатора БАРС-3 (графическая и параметрическая формы) приведен на рис. 6.6.