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.