Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики




НазваниеВероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики
Дата публикации29.11.2013
Размер96.5 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Информатика > Документы
УДК 621.192 (043.2)

В.М. Грибов, канд. техн. наук, проф.,
(Национальный авиационный университет, Украина, г. Киев)
В.П. Стрельников, д-р техн. наук, проф.
(Национальная Академия Наук, Украина, г. Киев)


ВЕРОЯТНОСТНО-ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДЁЖНОСТИ
ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ КОМПОНЕНТОВ АВИОНИКИ


Представлены компьютерные алгоритмы и результаты прогнозирования надёжности, применение которых в планировании технического обслуживания эксплуатируемых компонентов авионики обеспечивает повышение эффективности функционирования авиакомпании.

Вступление. Вероятностно-физическая методология исследования надежности разработана коллективом учёных Национальной Академии Наук Украины в период 1985-1993 г.г. и развивается в отделе надежности института проблем математических машин и систем (ИПММС) НАНУ в течение последних десятилетий. Вероятностно-физический подход основан на использовании законов распределения отказов (моделей надежности), вытекающих из анализа физических процессов деградации в элементах технических систем и приводящих к их отказу. При этом физические процессы деградации рассматриваются в виде случайных процессов. Такой подход к исследованию надежности назван вероятностно-физическим, поскольку он непосредственно устанавливает связь вероятности достижения предельного уровня физическим определяющим параметром, т.е. связывает значения вероятности отказа и физического параметра, вызывающего отказ. Вследствие этого параметры получаемого вероятностного распределения отказов имеют конкретный физический смысл. В частности, в рассматриваемых двухпараметрических вероятностно-физических моделях отказов параметр масштаба совпадает со значением средней скорости изменения определяющего параметра, а параметр формы – с коэффициентом вариации этой скорости [3].

Возможности вероятностно-физического прогнозирования надёжности эксплуатируемых компонентов бортового оборудования (БО) целесообразно использовать в интересах интегрированной поддержки технического обслуживания и ремонта (ТОиР) воздушных судов (ВС). Разработка и внедрение в структуру и деятельность аэропортов информационной системы позволит обеспечить эффективную эксплуатацию сложных наукоемких изделий, каковыми несомненно являются системы БО и ВС в целом и эксплуатация которых, как известно, зачастую обходится владельцу гораздо дороже, чем приобретение. По данным международных статистик в области применения информационных технологий использование последних при создании и эксплуатации сложных наукоемких систем является гарантом непрерывного повышения производительности и качества без изменения затрат времени [4].

Возможности вероятностно-физического прогнозировани надёжности. Ма-тематический аппарат решения задач надежности на основе диффузионных распределений приводит не только к более точным прогнозным оценкам по сравнению с традиционным, основанным на экспоненциальной модели, но и к решению существенно большего числа типовых задач надежности. Если на основе диффузионного немонотонного (DN) распределения решается 25 типовых задач надежности, то на основе экспоненциального распределения только 13 из упомянутых 25 [3]. Высокая универсальность двухпараметрических диффузионных распределений позволяет решить необходимую задачу унификации методов измерений надежности элементной базы и систем БО ВС (как электронных, так и механических).

Оказалось, что вероятностно-физические методы оценки показателей надежности весьма эффективны в условиях наблюдения (при эксплуатации) высоконадежных объектов, в частности, авионики в составе БО ВС, когда имеется малая статистика отказов. В такой ситуации, благодаря использованию дополнительной априорной информации о физических процессах деградации наблюдаемых объектов, представляется возможным получить прогнозные оценки показателей надежности.

Вероятностно-физическая технология исследования надёжности даёт возможность дополнить электронные системы информационного обеспечения ТОиР [4] ВС компьютерными алгоритмами, реализованными, в частности, в пакете Mathcad и обеспечивающими прогнозирование: средней наработки до отказа компонентов БО в процессе лётной эксплуатации при наличии единичных отказов; средней наработки до отказа компонентов БО при отсутствии отказов в процессе лётной эксплуатации; остаточных ресурсов после безотказного функционирования системы БО в течение фиксируемого времени ; среднего срока службы (и календарной продолжительности эксплуатации) компонентов БО при заданном критерии предельного состояния; гамма-процентного срока службы компонентов БО при заданном значении вероятности недостижения предельного состояния ; распределения числа отказов компонентов и систем на этапе длительной эксплуатации БО (в течение всего срока службы); распределения вероятностей проявления ровно m отказов, m  1…М , в процессе длительной эксплуатации БО; количественной оценки запасных компонентов в составе обменного фонда авиакомпании при заданном значении показателя достаточности.

Указанные возможности вероятностно-физического прогнозирования надёжности являются весьма существенным дополнением к информационному обеспечению ТОиР ВС, которое включает взаимодействие эксплуатанта с предприятиями разработчика, поставщика и государственных органов управления и контроля за безопасностью полетов в части обеспечения и поддержания летной годности ВС.

В подтверждение изложенного приведём некоторые из указанных реализаций вероятностно-физического прогноза количественных оценок показателей надёжности. Исходными данными для реализации возможностей прогноза являются среднее значение То и коэффициент вариации  наработки до отказа исследуемых компонентов авионики. В ряде случаев эти характеристики известны эксплуатанту. Если априорные оценки безотказности отсутствуют, то они могут быть получены после начала эксплуатации при появлении первых отказов. Рассмотрим алгоритмы прогнозирования надёжности компонентов авионики, в том числе и для случая, когда исходные данные по безотказности эксплуатанту неизвестны. Прогнозирование средней наработки до отказа при наличии единичных отказов. Пусть в составе бортового оборудования ВС эксплуатируется N = 50 однотипных вычислительных блоков. В течение 3000 лётных часов после начала их эксплуатации потеря полётных функций ( работоспособности ) была зафиксирована встроенными средствами контроля и подтверждена при наземных проверках у трёх блоков ( K = 3 ). Наработки блоков до отказа составили 2010, 2780 и 3000 часов.

Среднюю наработку до отказа (MTTF) найдём методом квантилей, полагая, что распределение наработки до отказа эксплуатируемых блоков описывается DN-моделью надёжности. Тогда выражение для вероятности j-го отказа определится как

(1)

где (arg) – функция нормированного нормального распределения;

 = 0,80 – коэффициент вариации наработки электронного блока до отказа.

Уравнение (1) запишем в виде

(2)

где Х = tj / То – приведенная наработка эксплуатируемых блоков до отказа.

Точечная оценка средней наработки до отказа вычисляется по зависимости [3]



в котором приведенная наработка Х ( j/N, ) определяется по значениям эксплуатационной вероятности отказа Fj = j / N и коэффициента вариации наработки до отказа  путём решения трансцендентного уравнения (2). Решение задачи в Mathcad приведено на листинге 1, где искомые значения Хj вычисляются с помощью блока Given / Find при последовательном изменении индекса j в исходных данных от 1 до K .

Листинг 1. Вычисление MTTF методом квантилей при единичных отказах


Прогнозирование средней наработки до отказа при отсутствии отказов. Пусть в составе бортового оборудования ВС авиакомпании эксплуатируется N = 50 однотипных комплектов спутниковой навигационной системы (СНС), которые в течение  = 5000 часов после начала их лётной эксплуатации функционировали безотказно. Найти оценку MTTF эксплуатируемых СНС.

Известно [4], что нижняя граница вероятности отсутствия отказа за интервал  безотказной эксплуатации N изделий (N  4) может быть вычислена по формуле

,

где q = 0,95 – двухсторонняя доверительная вероятность оценки показателя безотказности.

С другой стороны, нижняя доверительная вероятность безотказной работы при известном законе распределения отказов может быть выражена через функцию безотказности диффузионной немонотонной модели надёжности:



где – искомая нижняя доверительная граница оценки средней наработки СНС до отказа; – верхняя доверительная граница оценки коэффициента вариации наработки СНС до отказа .

Следовательно, при известном значении верхней доверительной оценки коэффициента вариации наработки до отказа можно получить оценку нижней границы параметра с заданной доверительной вероятностью q (листинг 2).

Листинг 2. Вычисление MTTF СНС при отсутствии отказов

Прогнозирование распределения числа m отказов выполнено на примере многослойной печатной платы (МПП), являющейся сменной сборочной единицей (ССЕ) в составе быстросъёмного блока (БСБ) авионики. Состав электрорадиоэлементов платы включает: 20 дискретных ИМС, 86 резисторов (МЛТ), 72 конденсатора (керамических), 24 контакта ШР, 2260 паяных соединений и 1 МПП. Прогнозирование распределения m выполнено на основе модели восстановления вида



где Xсл – приведенное среднее значение срока службы платы; сл – коэффициент вариации срока службы, которые являются функциями параметров безотказности с, с платы. Результаты прогнозирования распределения числа m отказов платы приведены на рис. 1 и 2.

.

Рис. 1. Распределение числа отказов m печатной платы (ССЕ)



Рис. 2. Распределение вероятностей проявления ровно m отказов

Прогнозирование количественного состава запасных элементов. Вероятности проявления числа отказов (см. рис. 2. вектор Р) существенно отличаются, и вряд ли нужно учитывать все отказы при оценке количественного состава запасных элементов. Авиационные правила [1, раздел А – Общие положения] содержат определения, терминологию и общие требования к летной годности самолета при отказах функциональных систем. События типа “отказные состояния” по частоте возникновения делятся на категории с соответствующими количественными оценками вероятностей их проявления и представлены в табл. 1.

Таблица 1

Классификация авиационных событий и вероятности их проявления

Классификация

отказных состояний

Вероятность

проявления

Классификация

отказных состояний

Вероятность

проявления

Вероятные

более 10–5

^ Редкие (невероятные)

10–5 … 10–9

– частые

более 10–3

– маловероятные

10–5 … 10–7

– умеренно вероятные

10–3 … 10–5

– крайне маловероятные

10–7 … 10–9

^ Практически невероятные

менее 10–9


При прогнозировании количественного состава запасных элементов можно на основе табл. 1 задать критерий (границу) неучёта тех отказов, вероятность проявления которых меньше заданного критерия. Так, при “жёстком” критерии Рm = 109 практически невероятными на интервале длительной эксплуатации являются ситуации проявления менее 3-х и более 12-ти отказов (см. рис. 2). Такой подход даёт оценку минимального количественного состава запасных элементов (листинг 3).

Листинг 3. Прогнозирование состава Z запасных элементов (ИМС, R и C) для ССЕ

Вывод. Изложенный подход и полученные результаты исследования надёжности при длительной эксплуатации создают предпосылки для обеспечения как безопасности полётов, так и эффективного технического обслуживания, исключающего ситуацию “самолёт на земле из-за отсутствия запасных элементов”.

Список литературы

1. АП-25. Авиационные правила. Нормы лётной годности самолётов. – М.: МАК, 1994.

2. Бойко Б.В., Комаров Ю.Ю. Система информационного обеспечения технического обслуживания и ремонта самолётов: экономическая выгода и безопасность полётов // Труды авиационного института. – М:. МАИ. – № 3, 2008.

3. Надійність техніки. Моделі відмов. Основні положення. ДСТУ 3433-96. – К.: Держстандарт України, 1996.

4. Стрельников В.П. Оценка ресурса изделий электронной техники // Математические машины и системы. – К:. НАНУ. – № 2, 2004.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики icon2 Вероятностно-физический метод оценивания отказоустойчивости авионики
Конкретная физическая интерпретация константных параметров вероятностно-физических моделей надёжности открывает возможность количественной...

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики iconКлючевые слова
Проектируемый уровень надёжности авионики определяется множеством конструктивных факторов, основные из которых

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики iconОсновы прогнозирования развития экономики с учетом вероятностной составляющей
Сложность проведения прогнозного анализа заключается в необходимости получения вероятностно точной информации по каждому из компонентов...

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики iconО бально-рейтинговой системе оценки успеваемости студентов по дисциплине...
То комплекс мероприятий, обеспечивающих проверку качества учебной работы студентов при освоении ими основополагающих компонентов...

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики iconМоделирование внезапных отказов на основе экспоненциального закона надежности
...

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики icon6 Контроль надежности комплектующих изделий вс, эксплуатирующихся по методу тэо
Тэо является наиболее актуальной, а методы контроля надежности ки в целом не зависят от типа вс, поэтому единая методология контроля...

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики iconДиаграммы компонентов
Диаграммы компонентов это один из двух видов диаграмм, применяемых при моделировании физических аспектов объектно-ориентированной...

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики iconПрименение современных информационных компьютерных технологий при...
Динамика и прочность" открыты две специализации, соответствующие основным научным направлениям кафедры: "Компьютерные технологии...

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Криминологическое прогнозирование...

Вероятностно-физическое прогнозирование надёжности эксплуатируемых компонентов авионики iconВысшего профессионального образования «московский энергетический...
Целью преподавания дисциплины является приобретение знаний по инженерным методикам расчета надежности систем, по оценке влияния надежности...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<