СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ

7.1. МОДЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АС

И ИХ ПОКАЗАТЕЛИ

Системы летательного аппарата в большей или меньшей степе­ни взаимодействуют в зависимости от выполняемой задачи. Будем лля краткости называть эту совокупность систем комплексом. Если чо і я бы одна из этих систем неисправна, самолет в воздух не вы­пускается, пока не будет устранен дефект. Эго соответствует моде — ми системы с элементами, соединенными по надежности (безотказ­ности) последовательно. Хотя такая модель описывает процесс функционирования современных АС приближенно, она применима тин сравнения эффективности моделей эксплуатации по двум при­чинам: модель объекта неизменна, и поэтому не будет вносить иска­жений при сравнении эксплуатационных показателей; полученные показатели будут нижними оценками истинных значений, если комплекс имеет функциональную избыточность.

Рассмотрим объект эксплуатации подробнее и допустим, что комплекс состоит из L систем и считается работоспособным, если работоспособны все входящие в него АС. Каждая система характе­ри іуотся одним обобщенным параметром, поведение которого пол­ін істіао определяет ее техническое Состояние. В свою очередь, каж — •П. ІЙ обобщенный параметр представляет собой многомерный век — I< >1», составляющие которого связаны с поведением отдельных функ — пмпиальных элементов системы. Измеряемой величиной является S результат интегрального преобразования вида (2.1). При из — МПІГІНШ технического состояния функциональных элементов поло — іи’ііпс вектора непрерывно изменяется, следовательно, изменяется иг. іпчипа S и ее положения относительно границ области работо-

I носіібности. Если значение S находится в пределах области рабо-

II м інк-сібности, то система считается исправной, при достижения

ір. іішц этой области фиксируется отказ системы. Предполагается, •іііі пікнз может произойти в результате как постепенного, так и і к ічкпобразного изменения состояния отдельных функциональных нлгмептов. .’ ‘ :: ‘ •

В зависимости от положения вектора относительно границ об­ласти работоспособности проводятся восстановительные работы —- предупредительные или ремонтные. Предупредительные работы (ПР) выполняются на исправной системе, ремонтные — на отка­завшей по мере обнаружения, неисправностей. Значение 5 после восстановления системы может быть равным номинальному (пол­ное восстановление), но чаще всего восстановление неполное, т. е. измеренное значение может быть любым в пределах области рабо­тоспособности.

Будем считать, что каждый обобщенный параметр аппроксими­рован марковской цепью 1-го порядка со стационарными вероятно­стями переходов (см. § 3.1), а мгновенная индикация отказа отсут­ствует. В этом случае отказ можно обнаружить только после прове­дения контроля.

Остановимся на двух типовых режимах использования самоле­тов, а следовательно, и комплекса АС:

подготовка летательного аппарата — ожидание задания на по­лет — выполнение полетного задания;

подготовка летательного аппарата — выполнение полетного за­дания. Очевидно, что наиболее напряженным режимом работы для специалистов инженерно-авиационной службы будет второй режим, так как необходимо обеспечивать полеты практически непрерывно. Везде далее будем предполагать, что самолеты после подготовок не простаивают. Для выбранного режима время эксплуатации ком­плекса можно представить суммой чередующихся отрезков време­ни, соответствующих подготовкам и полетам.

Рассмотрим следующие модели эксплуатации, построенные с учетом различных принципов назначения предупредительных ра­бот:

I — ПР отсутствуют;

II — ПР выполняются на всем комплексе через заранее выбран­ные фиксированные интервалы времени независимо от сос­тояния АС внутри интервала;

III — ПР проводится на отдельных системах в зависимости от ре­зультатов количественного контроля их обобщенных пара­метров.

Модель I характеризуется следующей совокупностью операций. Перед каждым полетом проверяется работоспособность всего обо­рудования. При исправном комплексе самолет выпускается в полет, при неисправном — АС восстанавливается с последующим контро­лем. В полете возможен отказ любой из систем, поэтому после поле­та снова проверяется работоспособность комплекса, а обнаружен­ные отказы устраняются. Если АС после полета работоспособны, то самолет выпускается в очередной полет. Далее цикл повторяется.

Модель II отличается от модели I тем, что вводится дополни­тельная операция проведения ПР при условии, что налет самолета равен Ёц+АЕ. Все остальные операции и их последовательность сохраняются.

В модели III так же, как и в I, перед каждым полетом опреде­ляется состояние комплекса и при его исправности самолет допус­кается к полету. При обнаружении неисправности АС восстанавли­вается С последующим контролем. Отличие СОСТОИТ В ТОМ, ЧТО ПОС­ЛІ’ возвращения самолета перед следующим полетом возможно про­ведение предупредительных работ. Для принятия решения о необ­ходимости таких работ сравнивают результаты измерения обобщен­ных параметров S со значением упреждающего допуска і*. Если S^i*, то ПР необходимы. Здесь описан случай, когда период конт­рили и возможного проведения ПР выбран равным одному полету.

І Іостановка задачи принципиально не изменится, если этот период, выбираемый с учетом характеристик безотказности АС, будет включать k полетов.

В рамках существующей в настоящее время терминологии {54] мидель I описывает основные элементы эксплуатации по уровню на­дежности. Модель II отражает наиболее характерные черты плано — пп-предупредительной системы эксплуатации. Модель III позволяет оценивать показатели системы эксплуатации по состоянию.

Качественное сопоставление этих моделей позволяет сделать вы­вод, что показатели модели I являются в определенном смысле пре­дельными значениями как для показателей модели II, так и моде­ли III. Пусть период проведения планово-предупредительных работ в модели III Ти —>-оо_ Тогда работы по подготовке АС к полетам в моделях II и I оказываются одинаковыми и, следовательно, будут жвпвалентны и эксплуатационные показатели. Отсюда видно, что показатели модели II сходятся к показателям модели I при Тп—>-оо.

В модели — III ПР проводятся, если измеренное значение обоб­щенного параметра S^i*. Если выбрать i*=F, то ПР превратят­ся в работы по восстановлению отказавших АС, и показатели такой < петсмы эксплуатации будут описывать частный случай модели III, когда выполняется только ремонт.

Значения эксплуатационных показателей, соответствующие мо­дели I, целесообразно использовать в качестве меры эффективности ПР, проводимых по любому принципу. Эта целесообразность обус­ловлена прежде всего возможностью обоснованно сравнивать ха­рактеристики различных систем эксплуатации между собой. Кро­ме того, отмеченное свойство показателей модели I позволяет про­верять эквивалентность начальных условий (идентичность объекта ікеплуатации, сопоставимость затрат на проведение восстанови­тельных работ и т. п.), что крайне важно для подтверждения дос — півсрпости получающихся при сравнении выводов.

Рассмотрим теперь показатели, которыми будем характеризо­ван. эффективность выбранных систем эксплуатации.

С позиций системного анализа показатели эффективности систе­мы жеплуатации должны быть связаны с конечной целью всей ор — I шнзации, в которую эта система эксплуатации входит как состав­ная часть. Для АС, устанавливаемых на ЛА, такой конечной целью является обеспечение безаварийных полетов. Учитывая возрастаю­щие требования к интенсивности полетов и их регулярности, целесо­
образно эффективность системы эксплуатации характеризовать» числом самолетовылетов за достаточно продолжительный интервал1 времени при заданном уровне безотказности в полете. Время экс­плуатации АС складывается из чередующихся отрезков времени, соответствующих подготовкам к полетам (включающим в том чис­ле и восстановительные работы) и полетам. Поэтому естественно считать, что эффективность системы эксплуатации тем выше, чемі большее время АС работоспособны.

Обозначим через |0(А) суммарное время пребывания АС в ра-

Л /т

ботоспособном состоянии за период (О, Т); тогда /С,.и= Нш —^—

Т-+СО Т

где То — наработка на отказ; Гпр — средняя продолжительность предупредитель­ных работ; Гр — средняя продолжительность ремонта;

Все входящие в формулу величины зависят от типа системы эксплуатации, а точнее, от принимаемых решений D по поддержа­нию и восстановлению работоспособности и исправности. Поэтому (7.1) можно записать как функцию от D:

Kn(D)=[l+(Tnv(D) + Тр (£))) То 1 (D)]-i = (1 +£)-!, (7.2)

где ^ = (Гпр(П) + Гр(П))7’о1(П).

Величина g представляет собой средние затраты времени в сис­теме эксплуатации, приходящиеся на час безотказной работы АС. Из (7.2) следует, что минимизация этой величины выбором соот­ветствующих решений приведет к максимизации коэффициента* А т. и, а следовательно, к максимизации количества самолетовыле­тов. Именно по этим соображениям в качестве основного критерия оптимизации в гл. III выбраны средние удельные затраты.

Однако при таком выборе решений безотказность может не — достигнуть своего максимально возможного значения. Попытка вы­бора решений из условий максимизации безотказности приведет к увеличению значения g и, следовательно, к снижению возможно­стей использовать АС, т. е. к снижению ее готовности (См. пример § 3.3). Иными словами, выбор решений, обеспечивающий одновре­менную максимизацию как готовности, так и вероятности безотказ­ной работы на интервале т, как правило, невозможен. Поэтому тре­бование обеспечения заданного уровня безотказности в воздухе це­лесообразно вводить не в критерий оптимизации, а задать в виде-
условия, которое бы ограничивало выбор решений. Подобный под­ход был использован в гл. III, когда требования по безотказности вводились в формулировку задачи линейного программирования в им цс дополнительного ограничения (3.29).

Следует указать, что такие показатели как коэффициент опера­тивной ГОТОВНОСТИ Ко-Г и коэффициент готовности Кг являются ме­нее предпочтительными, чем коэффициент Ктм, либо по соображе­ниям трудности их аналитического определения, либо из-за непол­ного описания влияния характеристик систем эксплуатации на об­щин показатель эффективности.

В самом деле, при вычислении коэффициента готовности на ин­тервале (О, Т) необходимо исключить из рассмотрения отрезки вре­мени плановых ремонтов [23]. Несомненно, абсолютная величина К,, при этом возрастает, но не увеличивается общее число самоле — II жилетов, так как часть потенциально возможного полетного вре­мени на интервале (О, Т) будет потеряна.

Для большей наглядности и полноты сравнения систем эксплуа — І.-ЩНН введем такие вспомогательные показатели, как средняя на­работка комплекса АС на отказ

І ідіть То; — средняя наработка на отказ г-й системы); средняя продолжительность восстановления

TB=T0g; ‘ (7.4)

с уммарные затраты на эксплуатацию в течение интервала (О, Т)

* = (7-5)

КП /=і

(ідесь Bij — затраты на j-e восстановление г-й системы, j(T) — число восстановлений на интервале (О, Т); К — количество отка­ти) .

Отметим, что абсолютные значения количества отказов не явля — ЮІСЯ критерием эффективности системы эксплуатации. Однако от­ношения этих величин, полученные при сравнении результатов моде­лирования, помогут оценить возможности систе"мы эксплуатации по предупреждению отказов.