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.