СБОР И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ О БЕЗОТКАЗНОСТИ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ

6.1. О СИСТЕМНОМ ПОДХОДЕ К ЗАДАЧАМ СБОРА

И ОБРАБОТКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ

Любая система эксплуатации эффективно функционирует при условии, что имеется достаточная информация для принятия реше­ния о проведении работ по. восстановлению техники. Система экс­плуатации по состоянию не только не составляет исключения из этого правила, а, напротив, предъявляет особые требования к та­кой информации, к способам ее обобщения и анализа. Это обуслов­лено тем, что в системе эксплуатации по состоянию решение при­нимается на основе как определенных априорных данных об изме­нении технического состояния АС, так и результатов его оценки непосредственно перед принятием решения. Отсюда следует, что точность оценок технического состояния (как априорных, так и апо­стериорных) будет оказывать существенное воздействие на каче­ство принимаемых решений и, в конечном итоге, на эффективность функционирования такой системы эксплуатации.

Из формулировок задач линейного программирования следует, что исходными данными для их решения являются: затраты на

проведение предупредительных и ремонтных работ; зависимости этих затрат от достоверности контроля; требования к АС по без­отказности; условия, определяющие возможность принятия допу­стимых решений; статистические характеристики параметров, зада­ваемые матрицей вероятностей переходов (МВП).

І Інформация о затратах на восстановительные работы может ныть получена либо на основе данных из карточек учета неисправ­ностей, либо путем проведения хронометражей при опытной или текущей эксплуатации. Требования к АС по безотказности дикту­ются условиями применения и, следовательно, должны задаваться в зависимости от решаемых задач. Ограничения, определяющие возможность принятия тех пли иных допустимых решений, могут быть найдены при анализе качества восстановления АС, связанного с показателями условий проведения работ, подготовленности инже­нерно-технического состава, метрологическими характеристиками используемой контрольно-измерительной аппаратуры и т. п. Зависи­мость затрат от достоверности результатов контроля наиболее це­лесообразно определять в рамках управляемого эксперимента, при котором производится хронометраж времени восстановления при заданных объеме работ, уровне подготовки инженерно-техничееко — ю состава и вариации точности используемой контрольно-измери­тельной аппаратуры.

Наиболее сложно определить статистические характеристики в виде матриц вероятностей переходов. Это обусловлено тем, что су — шествующая система сбора и обработки информации о техниче­ском состоянии АС [68] не в полной мере соответствует требовани­ям, которые предъявляет эксплуатация по состоянию. Основная за­дача существующей системы сбора и обработки информации о тех­ническом состоянии заключается в фиксации моментов отказов в оценке функции распределения времени между отказами, которая и является основой для выбора объемов и сроков проведения вос­становительных работ. Такой подход позволяет. выделить только’ два состояния объектов АС — работоспособное и отказ. Никаких промежуточных состояний, что является принципиально важным для эксплуатации по состоянию, на основе этой информации выде­лить невозможно.

Исключение составляет информация о поведении параметров,, собираемая при выполнении регламентных работ и фиксируемая в журналах учета параметров. Однако эта информация практически не используется при выработке текущих решений по проведению1 восстановительных работ. Это объясняется тем, что все работы за­даются регламентом технической эксплуатации и их содержание и периодичность не зависят от результатов измерений при конкрет­ных регламентных работах. При этом отсутствует систематическая обработка результатов измерений, что делает невозможным их ис­пользование при эксплуатации по состоянию. Поэтому необходимо’ определить возможности в рамках существующей системы произ­водства, эксплуатации и ремонта получения необходимой информа­ции и таких способов ее обработки, которые в наибольшей мере по­зволят учесть все особенности изменения технического состояния к обеспечат при этом гибкость в решении возникающих задач.

Ввиду сложности и разветвленности структуры, обеспечиваю­щей процесс эксплуатации, многообразия входящих в нее компо­нентов наиболее целесообразно вопрос о возможности сбора и об­работки требуемой информации решать на основе системного ана­лиза. Подход с системных позиций предполагает прежде всего оп­ределение желаемых целей и анализ проблемы как единого целого..

Цель состоит в обеспечении системы эксплуатации по состоя­нию необходимой информацией об изменении технического состоя­ния АС в виде матриц вероятностей переходов и достижении в рамках сложившейся структуры эксплуатации и ремонта возможна большей точности при оценке характеристик, описывающих такое изменение. Последнее означает, что оценивать характеристики не­обходимо с учетом особенностей восстановления на местах приме­нения, ремонта, доработок и других организационно-технических мероприятий, направленных на обеспечение безотказности АС.

Изучение проблемы как единого целого предполагает включе­ние в анализ всех ее компонентов, в той или иной степени влияю­щих на качество оцениваемых характеристик. Следовательно, необ­ходимо исследовать АС в первую очередь на той части интервала ее существования, когда она представляет собой единое целое. Эта часть интервала состоит из различных комбинаций трех наиболее типовых этапов: изготовления на предприятии промышленности» >ксплуатации и ремонта на авиаремонтных предприятиях (АРП). При такой классификации задача по оценке характеристик техни­ческого состояния сводится к определению и последующему согла­сованию оценок элементов МВП, получаемых на каждом из ука­занных этапов. Очевидно, что для каждого этапа существует своя система сбора и анализа информации о техническом состоянии АС.

На предприятиях промышленности типовая схема накопления информации о поведении параметров АС сводится к ее сбору в про­цессе настройки объекта в целом, предъявления продукции ОТК и представителям заказчиков. Результаты измерений, проводимых через приблизительно равные промежутки времени, фиксируются н журналах приемо-сдаточных испытаний (ПСИ); там же (или в приложении к этим журналам) отмечаются наблюдаемые отка — 1Ы. Из приведенного описания видно, что йа предприятиях промыш­ленности имеется как минимум три массива данных, представля­ющих последовательность значений контролируемых параметров.

При эксплуатации информацию о поведении параметров АС можно получить путем совместной обработки карточек учета неис­правностей и журналов измерений параметров. Характерной осо­бенностью является существенное уменьшение объема измерений при эксплуатации по сравнению с этапом изготовления на пред­приятиях промышленности. Здесь более предпочтительной формой накопления информации является не последовательность измере­нии, а распределение (или гистограмма) результатов измерений по гостояниям, на которые делится поле допуска. Такая форма пред­ставления информации обусловлена возможностью при сглажива­нии гистограммы по методу вкладов [65] уменьшить ошибки, обу­словленные сокращением объема измерений.

Па ДРП в ходе восстановительных работ АС представлена как гчипое целое при комплексной настройке после ремонта; на после — рсмоптпой технологической приработке; при испытаниях на конт­рольно-испытательной станции. На всех этапах измеряются основ­ные параметры АС, т. е. здесь, как и на предприятиях промышлен­ное! и, имеются три массива результатов измерений.

Следовательно, до некоторого момента времени можно получать последовательности измерений, описывающие контролируемые па­раметры (изготовление на предприятиях промышленности), а за­їси информация поступает в виде эмпирических безусловных рас­пре течений результатов измерений по состояниям области работо­способности (эксплуатация). Далее через некоторый достаточно полініюй период времени (но сравнению с интервалом контроля) снопа появляется возможность наблюдать последовательности из­мерений (восстановление в АРП), а затем следует период, когда информация накапливается в виде распределений по состояниям ( жешлуатация), и так до тех пор, пока данная АС не будет снята с эксплуатации.

Таким образом по своей структуре алгоритм обработки инфор­мации о техническом состоянии АС должен состоять из двух прин­ципиально различных частей. Одна должна быть построена так, чтобы можно было оценить элементы МВП на основе обработки совокупности последовательностей измерений. Во второй части дол­жен реализовываться метод определения элементов МВ, П, основан­ный на анализе информации в виде распределений измерений по состояниям области работоспособности. Системность подхода тре­бует также объединения этих частей алгоритма так, чтобы оценки одного из них могли бы использоваться и для другого. Эта задача распадается на две самостоятельные. Одна из них связана с по­строением рекуррентной процедуры оценки значений МВП, позво­ляющей получить первоначальную оценку и проводить ее после­дующее уточнение. Вторая задача должна ответить на вопрос, ког­да возможна совместная обработка информации как в рамках од­ного этапа, так и между этапами. Последнее необходимо выяснить потому, что при изменении условий изготовления и эксплуатации характеристики безотказности могут существенно меняться.

В настоящее время существуют два способа оценки элементов МВП. Если известны реализации исследуемого процесса в виде последовательностей результатов измерений в дискретные моменты времени, то используется метод максимума правдоподобия [90J. Он позволяет получить наиболее эффективные оценки как для стацио­нарных, так и нестационарных цепей Маркова 1-го порядка при ус­ловии, что имеется достаточный объем исходных данных.

Если информация о поведении марковской цепи представляется в виде набора распределений по состояниям области работоспособ­ности или гистограммы, то для нахождения МВП формулируется задача математического программирования с линейной или квадра­тичной целевой функцией и линейными ограничениями [40]. Необ­ходимое условие ее решения следующее: количество независимых гистограмм должно быть не меньше числа состояний, на которые разделена область работоспособности. Это условие накладывает существенное ограничение на область применения такого метода. ВІапример, если для группы однотипных АС получена всего одна гистограмма, то в этом случае указанный метод неприменим. От­сюда вытекает, что в виде, изложенном в [40], этот метод не мо­жет эффективно использоваться для обеспечения системы эксплуа­тации по состоянию необходимой информацией. Следует также учесть, что этапу эксплуатации всегда предшествует либо этап из­готовления на предприятиях промышленности, либо восстановления в АРП, где значения элементов МВП будут определяться по мето­ду максимума правдоподобия. Поэтому требование ко второй ча­сти алгоритма состоит в том, чтобы на этом этапе не столько ре­шалась задача самостоятельной оценки значений элементов МВП, сколько задача их корректировки.

Помимо возможности использования меньшего объема инфор­мации, подобная постановка задачи позволяет также точнее отра­зить суть системы эксплуатации по состоянию — гибкость выбора моментов проведения восстановительных работ и их объема в зави­симости от состояния, соответствующего конкретным условиям эксплуатации. Пусть имеются две группы однотипных АС, эксплуа —

т-іция которых осуществляется в различных климатических зонах с различной интенсивностью применения. Допустим также, что ква­лификация инженерно-технического состава различна (например, одну группу обслуживают специалисты, имеющие опыт ее эксплуа­тации, а вторую группу — специалисты, только приступающие к ее освоению) и’ т. п. Иными словами, предположим, что в целом условия эксплуатации двух групп АС существенно отличаются^ причем так, что это приводит к отличиям в распределении резуль­татов измерения по области работоспособности. Тогда применение рассматриваемого алгоритма приведет к различным результатам оценки значений матриц вероятностей переходов после их коррек­тировки. Так как объем работ по восстановлению назначается в ілішсимости от текущего состояния, то в рассматриваемом случае он будет различным, что и соответствует сути эксплуатации по сос­тоянию.

Использование описанного алгоритма открывает большие воз­можности для анализа технического состояния, оценки его стабиль­ности во времени, изучения влияния различных факторов и т. д. Общий принцип анализа состоит в формировании основной и кон­курирующей гипотез относительно интересующего нас свойства и про­верки их истинности. Например, пусть гипотеза Я0 состоит в сле — ■тощем: техническое состояние АС после наработки т часов и ре­монта в АРП не отличается от состояния, соответствующего мо­менту выпуска с завода-изготовителя. Соответственно гипотеза Ні предполагает существенные отличия этих двух состояний. Если для рассматриваемых моментов времени определены матрицы вероят­ностей переходов, то задача сводится к построению меры расхож­дения по типу %-кзадрат и последующего ее сравнения с критиче — I ким значением (см. § 6.2). Далее на основе полученных выводов можно установить интервалы контроля, период эксплуатации до очередного ремонта и т. п. Сравнение матриц вероятностей пере­йшов для однотипных АС, эксплуатирующихся в различных кли- ммшчсских зонах, позволит оценить влияние характера и продол­жи гельности воздействия тех или иных климатических факторов на irvmmccKoe состояние, необходимость проведения доработок с це­лью снижения влияния дестабилизирующего воздействия, возмож­ное и, совместной обработки массивов информации и т. п. Сравне­ние матриц вероятностей переходов, полученных в различных экс­плуатирующих подразделениях (при прочих равных условиях), по­может количественно оценивать обученность специалистов инже­нерно-авиационной службы и разрабатывать требования по ее со­вершенствованию; на основе результатов сопоставления можно становить целесообразность проведения восстановления в авиа­ремонтном предприятии, задать требования к его необходимой глу­піше, качеству выполнения и т. п.

Таким образом, при сложившейся структуре изготовления, экс­плуатации и ремонта можно получить информацию, необходимую для эксплуатации АС по состоянию, причем это целесообразно сде­лать па основе ее комплексной обработки.