ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

ТЕОРИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В современных сложных авиационных системах наиболее быст­ро внедряются результаты технического прогресса и последние до­стижения научной мысли.

В обозримом прошлом вопросам логики эксплуатации (техни­ческого обслуживания) систем не уделялось достаточного внима­ния, однако с ростом сложности систем и значимости фактора вре­мени при подготовке их к применению эти вопросы стали выдви­гаться на передний план. Логика обслуживания включает в себя последовательность выполнения различных операций по контролю,, профилактических и восстановительных работ с учетом имеющихся, сил и средств и паркового состава техники, планирование вопросов обучения обслуживающего персонала и другие мероприятия. Логи­ка обслуживания должна учитывать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость техники, ее характеристики, а также подготовленность (обученность) обслуживающего пер­сонала.

На практике стремятся выбрать такую логику обслуживания системы, чтобы минимизировать средние затраты на ее техническое обслуживание и обеспечить при этом эффективность применения системы не ниже заданной. Здесь, в принципе, возможна и двой­ственная задача: логика обслуживания выбирается из условия: максимального уровня эффективности применения системы при фиксированных затратах (например, выделенных ассигнованиях,, количестве обслуживающего персонала и т. п.).

Решение таких задач зависит от многих факторов и, как пра­вило, в общей постановке пока не существует. Вместе с тем приб­лиженные оценки в ряде случаев удается получить. Это связано с тем, что указанные задачи оказывается возможным представить в. виде ряда менее сложных задач, каждая из которых уже может быть решена. Следует заметить, что такая декомпозиция возмож­на не всегда, кроме того, при отмеченном подходе существуют зна­чительные трудности в согласовании общего и частных критериев; оптимизации.

И настоящее время для решения задач по эксплуатации слож­ных технических систем с успехом используются методы теории вероятностей и математической статистики, теории восстановления и управляемых случайных процессов, методы решения стохасти­ческих дифференциальных уравнений, теории массового обслужи­вания, методы математического программирования, вариационно­го исчисления и др.

Важное место в развитии современной аналитической теории ікснлуатации сложных систем занимают управляемые марковские и волумарковские случайные процессы. В более общем случае приходится прибегать к моделированию тех или иных реальных < птуаций с привлечением реальной техники и обслуживающего персонала. В этих случаях, как правило, не удается подобрать оп­тимальный вариант обслуживания системы и приходится останав­ливаться на экономически приемлемом варианте при условии обе­спечения всех заданных характеристик ее технического обслужи­вания и эффективности (надежности). В последнее время особен­но за рубежом большое внимание уделяется вопросу применения жспертных оценок при решении задач эксплуатации сложных тех­нических систем. Однако при этом отсутствуют объективные кри­терии проверки правильности принятых решений.

По обоснованию логики обслуживания одиночных систем сей­час решен довольно большой круг разнообразных задач. Однако часто математические методы исследования вопросов, связанных с логикой обслуживания групп систем (в случаях, когда не учи­тывается деятельность обслуживающего персонала), оказываются неэффективными и приходится прибегать к методам статистиче­ского моделирования с использованием вычислительных машин. При этом возникают три проблемы: большой объем вычислений; сложность решения оптимизационных задач; трудность в получе­нии информации и оценок выданных решений.

Тенденция развития современной техники, обусловленная на­учно-технической революцией, такова, что сложные системы со временем все в большей степени будут обслуживаться автомати­чески с минимальным участием обслуживающего персонала. По — > тому науку об эксплуатации сложных технических систем можно было бы назвать наукой об управлении их техническим состояни­ем е целью получения заданных показателей работы систем npw минимальных средних затратах на эксплуатацию.

Ііидимо, наука об эксплуатации сложных систем и наука об уп­равлении крупными промышленными предприятиями с помощью Д( ‘.У будут иметь общие методологические истоки и базироваться мл единой основе фундаментальных теоретических исследований.

Особый круг задач, связанных с эксплуатацией сложных сис­тем, возникает при учете деятельности обслуживающего персона — л, і. Оценка эксплуатационных показателей таких комплексных систем, получивших название «Человек — техника», и показателей их функционирования по существу отсутствует. Попытки ряда ис­следователей механически перенести некоторые подходы, связан­ные с эксплуатационным анализом систем без учета человека, на такие комплексные системы пока положительных результа­тов не дают. Очевидно, успеха здесь следует ожидать при объединенном усилии инженеров, медиков, психологов и мате­матиков.

Усложнение авиационных комплексов, стоящих перед ними за­дач, способов их обслуживания и повышение требований к челове­ку, взаимодействующему с комплексом, привели к необходимости разработки системного подхода к оценке эффективности авиацион­ного комплекса. Теория эффективности, разработанная в настоя­щее время, связана в основном с оценкой эффективности комп­лексов.

В последнее время для решения задач оценки эффективности — технических систем (к ним относятся и авиационные комплексы) применяется метод статистического моделирования, порой допол­няемый аналитическими методами и натурными экспериментами. Правда, в методологическом плане здесь еще остается неясным: вопрос оценки точности получаемых результатов, но существует методологически и еще большая трудность в оценке эффективно­сти сложных систем. Дело в том, что эффективность таких систем — пока не является достаточной характеристикой комплекса в це­лом, позволяющей учесть и конструктивные особенности комплек­са и схему (логику) организации его обслуживания. Возникает вопрос о том, как учесть многообразие факторов (таких, каю стоимость комплекса, его ремонтопригодность, характеристики обслуживания и др.), влияющих в конечном итоге на эффектив­ность комплекса, но не учитываемых в моделях оценки эффектив­ности в настоящее время.

Видимо, ответ должен быть вполне определенным — необходи­мо характеризовать работу авиационного комплекса не только era. эффективностью, но и другими обобщенными характеристиками [73]. Поэтому наряду с эффективностью комплекса введем в рас­смотрение и такие его обобщенные характеристики, как экономи­ческая эффективность, параметры общего логического обеспече­ния обслуживания комплекса, тренировок обслуживающего и экс­плуатирующего комплекс персонала и систему оценок степени.-, приспособленности комплекса для работы с обслуживающим и эксплуатирующим персоналом.

Эффективность комплекса обычно определяют как свойство, ха­рактеризующее приспособленность к выполнению стоящих перед ним задач. Количественной оценкой эффективности комплекса: принято считать вероятность успешного выполнения поставленных перед комплексом типовых задач в течение заданного времени. Для многих технических комплексов их эффективность является функцией готовности к применению, надежности, технических ха­рактеристик (точность работы систем комплекса, дальность их. действия, разрешающая способность, помехоустойчивость и т. д.) и состояния, способности и обученности операторов, взаимодейст­вующих с комплексом.

В проблеме эффективности современных технических комплек­ции различают два аспекта: обеспечение заданной эффективности м оценка эффективности.

Обеспечение заданной эффективности комплекса—это прежде того организованный контроль за ходом разработки комплекса па всех стадиях его производства. Для оценки эффективности комплекса необходимо иметь в виду следующее. Известно, что чепствительная эффективность комплекса не может быть опреде­лена до тех пор, пока комплекс не будет многократно использован п реальных условиях. Поэтому для оценки его эффективности на стадии проектирования и разработки широко применяют матема­тические методы, например, аналитические и методы моделирова­ния. Однако на этих этапах для достижения минимальной общей что и мости производства и эксплуатации комплекса необходимы корректирующие действия на всех стадиях его проектирования и жсплуатации.

Известно, что стоимость эксплуатации комплекса, в процессе которой поддерживается заложенная при его создании эффектив­ность, часто во много раз больше стоимости производства комп­лекса. Поэтому относительно комплекса имеет смысл говорить о с гс пени выполнения поставленных перед ним задач при миниму­ме стоимости. Назовем такую эффективность комплекса экономи­ческой.

Определим экономическую эффективность как отношение эф­фективности комплекса к суммарной стоимости, состоящей из пер­воначальной стоимости производства и стоимости эксплуатации комплекса.

Общее логическое обеспечение обслуживания и тренировок эк — I плуатирующего комплекс персонала включает в себя совокуп­ность алгоритмов, предназначенных для поддержания заданной і отовности комплекса к применению и реализуемых операторами с помощью определенных технических средств (контрольно-изме­рительных приборов, автоматов контроля и вычислителей, пуль­тов управления и т. п.).

Общее логическое обеспечение обслуживания комплексов и і ренировок операторов включает в себя алгоритмы такого управ­ления техническим состоянием комплекса в процессе эксплуатации (и испытаний), при реализации которых достигается заданная дефективность его работы при минимальных средних затратах (времени, стоимости) на обслуживание в процессе эксплуатации.

Под системой оценок степени приспособленности комплекса для работы с обслуживающим и эксплуатирующим персоналом будем понимать набор критериев, определяющих правильность расположения органов отображения и выдачи информации опера — юрам, пропускную способность операторов по восприятию и пере­работке информации в условиях взаимодействия с комплексом.

Таким образом, введенные обобщенные характеристики авиа­ционного комплекса тесно связаны между собой и не могут рас­сматриваться обособленно друг от друга.

Введение обобщенных характеристик комплекса позволяет в; методическом плане говорить о построении единой теории слож­ных систем. Единство этой теории заключается в том, что в не» совместно рассматриваются задачи синтеза сложных систем, их испытания и эксплуатации на основе общих критериев — эффек­тивности, обслуживания комплекса и взаимодействия системы «Человек — машина».

В настоящее время исследования в области технической экс­плуатации самолетов и их оборудования проводятся по двум на­правлениям: совершенствование существующей системы эксплуа­тации и изыскание путей перехода к более прогрессивным спосо­бам эксплуатации по состоянию.

Слишком большое число измеряемых в процессе эксплуатации параметров авиационного оборудования, низкая степень автомати­зации этих измерений и большой объем контрольно-поверочной аппаратуры являются тормозом на пути внедрения прогрессивных: методов эксплуатации, например, эксплуатации по состоянию, тех­нической базой которого являются автоматизированные системы контроля и средства вычислительной техники.

Оперативное управление состоянием авиационной техники по текущей информации, получаемой при измерении параметров с помощью штатной контрольно-поверочной аппаратуры и средств; автоматизированного контроля с целью обеспечения высокой ее готовности и надежности в процессе эксплуатации, включает в се­бя решение многих научных проблем. К числу таких проблем, в первую очередь, относятся:

математическое обеспечение обслуживания авиационной техни­ки (создание алгоритмов обработки исходных статистических дан­ных, определение оптимальных объемов и сроков профилактиче­ских работ на различных этапах эксплуатации, разработка алго­ритмов определения моментов регулировок параметров, выбор за­пасных элементов и др.);

создание технических средств, реализующих современное мате­матическое обеспечение обслуживания авиационной техники;

проблема взаимодействия инженерно-технического и летного состава со сложной современной авиационной техникой.

Особенности системы эксплуатации по состоянию следующие:

избыточность — параметрическая и в схемах соединения сис­тем комплекса по надежности;

оперативный (желательно бортовой) комплексный контроль минимально необходимого числа параметров авиационного комп­лекса (на земле, а в ряде случаев и в воздухе);

высокая степень автоматизации количественного контроля и процедуры поиска неисправностей (в основном с помощью борто­вых средств контроля).

Предварительные расчеты показывают, что при эксплуатации по состоянию может быть существенно повышена эффективность комплекса при одновременном увеличении его готовности.