ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ

2.1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Внедрение эксплуатации по состоянию существенным образом зависит от решения задач диагностирования, так как именно при выполнении связанных с ними операций собирается и накаплива-

ется необходимая информация о техническом состоянии АС. Тра­диционный и наиболее распространенный подход к определению технического состояния состоит в том, что выбирается некоторая: совокупность параметров, проводятся измерения, результаты ко­торых сравниваются с заданными границами области работоспо­собности. При выполнении условий принадлежности каждого из — параметров заданной для него области принимается решение о работоспособности объекта. Если хотя бы для одного из парамет­ров это условие не соблюдается, объект признается неработоспо­собным.

При внешней простоте такого подхода его реализация наталки­вается на ряд существенных трудностей. Прежде всего это отно­сится к выбору совокупности параметров. Как правило, такими параметрами являются выходные параметры отдельных функцио­нальных элементов (ФЭ), а совокупность параметров выбирается в зависимости от предъявляемых требований ^минимум затрат на проверку, гмаксимум достоверности контроля при ограничениях на: продолжительность контроля и т. п.). Очевидно, что в зависимости от выбранной целевой функции совокупность параметров будет различной, а следовательно, и качество оценки технического со­стояния будет меняться. Кроме того, весьма жестким является тре­бование о/взаимной независимости выбранных параметров ФЭ. Это требование вытекает из правила определения работоспособ­ного состояния объекта в целом.

Следующая проблема состоит в определении областей работо­способности для каждого из выбранных параметров, причем та­ких, чтобы их границы согласовывались с критерием работоспо­собности АС. Ее сложность объясняется тем, что такая согласо­ванность приводит к существенному отличию границ области ра­ботоспособности для отдельного параметра от отрезков прямых.

Вместе с тем при контроле осуществляется сравнение измеренных I значений параметров с некоторыми константами, т. е. результиру — 1 ющая область работоспособности представляет собой гиперпарал — ; лелепипед. Если такой гиперпараллелепипед вписан в реальную! область работоспособности, то часть работоспособных объектов будет признаваться негодной (ошибка первого рода). Если облас­ти работоспособности на каждый параметр выбрать из. условия, чтобы гиперпараллелепипед был описан около реальной области работоспособности всего объекта, то при контроле будет пропуще­но значительное число имеющихся отказов (ошибка второго рода). Кроме того, анализ параметров отдельных ФЭ проводится незави­симо друг от друга, что исключает из рассмотрения связи, суще­ствующие между отдельными частями АС. С ростом сложности АС этот фактор приобретает все большее значение и, в свою оче­редь, усложняет задачу выбора и согласования частных и общих условий работоспособности.

Значительные трудности возникают и при аппаратурной реа­лизации этого метода. Они обусловлены тем, что возникает необ­ходимость в большом числе разнородных первичных преобразова-

телей и коммутаторов, а это сопровождается увеличением массы и габаритов систем диагностирования.

Выход из создавшегося положения состоит в переходе к комп­лексному контролю, осуществляемому на основе анализа обобщен­ного параметра (ОП).

Под обобщенным параметром будем понимать реально суще­ствующий или искусственный синтезируемый сигнал, опреде­ляемый техническим состоянием функциональных элементов АС, связями между ними и структурой стимулирующего сигнала. В за­висимости от типа объекта (активный или пассивный) стимули­рующий сигнал может либо отсутствовать, либо присутствовать. Однако для полноты описания он должен быть введен в определе­ние ОП. В случае активного объекта вектор, описывающий ОП, может содержать нулевые составляющие, соответствующие сти­мулирующему сигналу.

Очевидно, что в общем случае в зависимости от структуры ■объекта анализа число ОП может быть больше единицы. Такими структурами обладают, например, объекты, у которых имеется несколько независимых выходных ветвей прохождения сигналов и какая-то общая часть совместной предварительной их обработки.

Переход к анализу обобщенного параметра требует использо­вания таких способов обработки информации, которые позволяли бы анализировать его как целиком, так и по частям. Кроме того, следует ожидать, что в большинстве практических случаев обоб­щенный параметр будет иметь сложную форму. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют методы технической ки­бернетики и, в частности, теории распознавания образов. Поэтому ниже мы сформулируем задачу диагностирования технического •состояния (включающую и задачу поиска неисправностей) как за­дачу распознавания образов.

Построение систем диагностирования технического состояния (СДТС) АС на основе анализа ОП позволит исключить (по край­ней мере частично) недостатки, связанные с согласованием гра­ниц частных и общей областей работоспособности, необходимостью учета ограничений на независимость параметров ФЭ, учесть влия­ние связей между ФЭ и сократить число блоков сопряжения и со­гласования. Все это должно способствовать повышению достовер­ности метода диагностирования и сокращению масс и габаритов СДТС АС.

В настоящее время оценка технического состояния АС прово­дится на земле и в воздухе, для чего используются системы встро­енного контроля, бортовые регистраторы, контрольно-поверочная аппаратура, а также комплексные и автоматизированные системы контроля. Существенное значение, с точки зрения управления тех­ническим состоянием, имеет ее диагностирование на земле и, в частности, при оперативном контроле, проводимом при подготовке авиационной техники к полетам.

Основные требования, выполнение которых должен обеспечить оперативный контроль технического состояния следующие: 1) сиг­нализация о наличии отказа; 2) сигнализация о работоспособном состоянии; 3) сигнализация о необходимости проведения преду­предительных работ для обеспечения экстремума выбранного кри­терия качества; 4) краткосрочное прогнозирование работоспособ­ности на заданный интервал времени в случае сигнализации о не­обходимости проведения предупредительных работ; 5) поиск съем­ного функционального элемента, подлежащего замене для обеспе­чения экстремума критерия качества или из-за отказа; 6) оценка технического состояния объектов в интересах сбора информации об их поведении.

В соответствии с этими требованиями СДТС должна решать, шесть основных задач.

Сигнализация о наличии отказа или о работоспособном состоя­нии является результатом проверки, при которой текущее (изме­ренное) значение параметра сравнивается с границей области ра­ботоспособности. Такой вид проверки достаточно широко распро­странен и дополнительного пояснения не требует.

Похожая ситуация возникает при рассмотрении вопроса о сиг­нализации проведения предупредительных работ. Такой сигнал появляется как результат решения о возможности или невозмож­ности продолжать эксплуатацию. Решение принимается на основе сравнения некоторых функций потерь, зависящих при прочих рав­ных условиях от текущих результатов контроля. Выбор функций; потерь может производиться различным образом и в основном: диктуется смыслом решаемой задачи. В гл. III рассмотрена поста­новка задачи, в которой функцией потерь является значение сред­них удельных затрат. Такой выбор удобен при решении задан эксплуатации авиационной техники, так как минимизация указан­ного критерия эквивалентна (см. гл. VII) достижению максимума: коэффициента технического использования (исправности}.. Резуль­татом решения задачи по минимизации средних удельных затрат является определение некоторого значения параметра (упрежда­ющего допуска) i*, И. использование которого позволяет

реализовать сигнализацию о необходимости предупредительных: работ. Если текущее значение обобщенного параметра то эксплуатацию следует продолжать; при F>y(t)^i* необходи­мо проводить предупредительные работы. Следовательно, решение — задач о сигнализации отказа, работоспособного состояния или не­обходимости предупредительных работ сводится к задачам сравне­ния измеренного значения обобщенного параметра с некоторой ве­личиной, описывающей или границу работоспособности или уп­реждающий допуск, и индикации выделенной ситуации.

Вместе с тем в ряде случаев при сигнализации о необходимос­ти проведения предупредительных работ последние по различным; причинам технического или организационного характера в тече­ние некоторого интервала времени выполняться не могут. В этом случае лицу, принимающему решение, необходимо оценить риск, связанный с отказом от таких работ. В качестве риска, например, могут быть выбраны характеристики типа вероятности выполне — ікия задания, безопасности полетов и т. п. Именно этим и опреде­ляется требование к оперативному контролю по обеспечению за­дачи краткосрочного прогнозирования работоспособности в ситуа­ции, когда необходимо проведение предупредительных работ. Вы­числение на основе такого прогноза текущего риска и сравнение его с допустимым значением /?дсш позволяет уточнить решение о необходимости проведения предупредительных работ.

Если требование, обусловленное риском, может быть введено в качестве ограничивающего условия при определении упреждаю­щего допуска и решающего правила, то в явном виде задачу про­гнозирования решать нет необходимости. Такой подход будет ис­пользован в гл. III, где требование обеспечения заданного уровня безотказности вводится как дополнительное ограничение в усло­вия задачи математического программирования. В этой задаче прогнозирование производится неявно, но его результат влияет на формирование решающего правила.

Задача поиска съемного функционального элемента является следствием появления сигнализации об отказе или необходимости проведения предупредительных работ. При решении такой задачи предполагается, что выход обобщенного параметра за уровень F или і* обусловлен отказом (изменением) одного или нескольких его компонентов, причем требования независимости таких компо­нентов или ординарности потока появления изменений не накла­дывают. Последнее объясняется тем, что после отыскания функ­ционального элемента, подлежащего замене, производится конт­роль с использованием упреждающего допуска. Если замена не обеспечила нужного качества восстановления обобщенного пара­метра (условие y(t)<i* не выполняется), то процесс поиска и за­мены необходимо продолжать до тех пор, пока это условие не бу­дет удовлетворено.

Подобная постановка задачи открывает широкие возможности для построения систем поиска съемных функциональных элемен­тов и не накладывает’жестких ограничений на глубину поиска. В частности, всегда можно найти разумный компромисс между глубиной и точностью поиска (что эквивалентно сложности, весу, табаритам и стоимости системы поиска заменяемых функциональ­ных элементов) и временем поиска с учетом особенностей эксплуа­тации авиационных систем.

Наконец, задача оценки состояния обобщенного параметра возникает в связи с необходимостью сбора информации о его по­ведении. При решении задач сигнализации определялась принад­лежность текущего значения параметра либо ко всей области ра­ботоспособности, либо к ее части, ограниченной упреждающим допуском, что не позволяло с нужной подробностью оценивать по­казатели, нужные для вычисления уровня і*, решения задач прог­нозирования. Поэтому необходима процедура (режим работы СДТС), которая бы обеспечила более точную его оценку. Такая процедура может быть выполнена на основе принципа, применен­ного при решении задач сигнализации с той разницей, что коли-

чество уровней, с которыми будет осуществляться сравнение, воз­растает. Таким образом, все задачи сводятся к сравнению изме­ренных значений обобщенного параметра с некоторыми граница­ми. Это открывает возможности унификации схем построения ап­паратуры диагностирования технического состояния (АДТС).

Логическая последовательность задач 1—6 приведена на рис.

2.1.

При диагностировании технического состояния АС в полете в зависимости от структуры комплекса АС и его показателей безот­казности могут решаться не все задачи. Так, по-прежнему потре­буется решение задач 1, 2, 4. Задачи 3 и 5 целесообразно решать только в случае, если в структуре комплекса АС имеется избыточ­ность и заложены возможности по ее перестройке при возможнос­ти отказа одной из АС или необходимости проведения предупре­дительных работ.

Решение задачи 6 будет обусловлено прежде всего возможно­стью накопления информации о техническом состоянии АС на бор­ту воздушного судна.