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-
Рис. 2-1- Схема анализа технического состояния |
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.