Особенности обеспечения надежности беспилотных авиационных комплексов

особенности обеспечения

надежности беспилотных авиационных комплексов

Для успешного развития беспилотных авиационных комплексов важно обеспечить надежность их составных частей. Выделить и обобщить особенности такого процесса позволяют соответствующие результаты анализа создания БАК и технических решений, принимаемых на различных стадиях и этапах их жизненного цикла. В общем случае под обеспечением надежности понимается планирование и осуществление совокупности технических и научно-методических мероприятий, направленных на выполнение необходимых требований по надежности [1].

Обеспечение надежности составных частей БАК исследуется и обосновывается на каждом этапе и соответствующей стадии их жизненного цикла согласно уже разработанным и освоенным подходам и теоретическим концепциям [1-4]. Однако при решении практических задач возникают определенные проблемы, среди которых -доминирование мелкосерийных и единичных (уникальных) изделий, что обусловливает сложность, а порой и невозможность наблюдения устойчивости частот их отказов и, как следствие, принципиальное ограничение применения методов теории вероятностей и математической статистики, что ограничивает получение достоверных оценок показателей надежности как БАК в целом, так и его составных частей.

Дополнительные трудности приносит массовое использование комплектующих изделий зарубежного производства, охватить которые системой управления (менеджмента) качеством предприятия и повлиять на него - невероятно

сложная задача. В связи с этим единственно доступный способ получения фактических значений показателей надежности - метод проб и ошибок в граничных условиях штатной эксплуатации БАК, что связано с высокозатратными испытаниями. Последнее далеко не всегда приемлемо на практике и сопровождается высокой долей риска получения оценок показателей надежности с низким уровнем достоверности.

Процесс обеспечения надежности БАК затрудняется особенностями создания и последующей модернизации таких составных частей, как спецвычислители. Данные особенности, как очередной рассматриваемый аспект обеспечения надежности, проявляются в несбалансированности развития программных и аппаратных средств спецвычислителей, которые служат своеобразным «мозгом» всего комплекса.

а - период приработки аппаратных средств;

б - период эксплуатации (выработки ресурса) аппаратных средств; в - период отладки программных средств; г - период эксплуатации программных средств; ш(Г) - параметр потока отказов

Юрий Семак,

ученый секретарь НПЦ

многофункциональных

беспилотных

комплексов

НАН Беларуси,

кандидат

технических наук

Рис. 1.

Соотношение

безотказности

(параметра

потока отказов)

аппаратных

и программных

средств

спецвычислителей

Напомним особенности такой несбалансированности, связанной с оппозиционным соотношением проявления свойства надежности в программных и аппаратных средствах (рис. 1).

Такая оппозиционность связана, прежде всего, с природой надежности аппаратных и программных средств спецвычислителей. С увеличением наработки БАК безотказность и долговечность программных средств увеличивается, а аппаратных - уменьшается. В этой связи при создании и применении БАК для подтверждения значений показателей надежности, установленных заказчиком, необходимо планировать дополнительный расход ресурса аппаратных средств. При этом обратим внимание на то, что, как правило, финансирование задач обеспечения надежности осуществляется по остаточному принципу. Следовательно, единственным путем увеличения эффективности мероприятий в этой сфере служит использование априорной информации о надежности технических и программных средств как в составе самих образцов БАК, так и их аналогов [3]. Необходимо также упомянуть об еще одном аспекте обеспечения надежности - отсутствии в настоящее время действующей централизованной системы сбора, обработки и распределения объективных данных о надежности изделий. Наличие таких сведений нужно в первую очередь при создании БАК, то есть при их проектировании, разработке и производстве.

В условиях недостаточности первичной и, как следствие, высокой степени неопределенности итоговой информации о надежности, а также действующих ресурсных ограничений мероприятий по обеспечению ее уровня возникает задача разработки модели управления обеспечением надежности БАК. С прагматической точки зрения вполне очевидно, что качественными критериями ее необходимости и достаточности должны быть практическая пригодность (работоспособность) и простота. Поэтому, на наш взгляд, логично представить процесс управления обеспечением надежности БАК вербальной, то есть информационной моделью. Практика показывает, что она отражает типовые технические и организационно-методические мероприятия по обеспечению надежности на соответствующих этапах работ и стадиях разработки, производства, эксплуатации и капитального ремонта БАК. Совокупность конкретных мероприятий составляет суть такого документа, как программа обеспечения надежности, которая в общем случае разрабатывается для каждой стадии жизненного цикла БАК [1, 4].

Классическая задача при создании любой системы управления - синтез ее структуры и обоснование рациональных значений параметров. Первоначально синтезируют схему управления, адекватную множеству функций, которые должна реализовывать система обеспечения надежности БАК путем проведения перечня конкретных мероприятий [1, 2, 5, 7]. Известно, что формулировки закона адекватности в строго научном значении не существует, поэтому для решения задачи синтеза системы управления обеспечением надежности подходят методы, основанные на эвристиках. Их достоинство состоит в том, что они позволяют наиболее полно охватить все процессы управления и анализировать их ход в сжатом масштабе времени. Информационные продукты этой системы управления - требования по надежности, комплекс конкретных мероприятий по ее обеспечению и команды управления (корректирующие действия), регулирующие требования и результаты их выполнения на протяжении всего жизненного цикла БАК.

Итак, система управления обеспечением надежности должна включать четыре замкнутых контура управления - по числу аспектов надежности, обусловливающих ее особенности. Каждый контур представляет собой информационное взаимодействие всех компонентов процесса управления, который интерпретируется как взаимодействие субъекта и объекта управления по информационным каналам прямых и обратных связей. Взаимодействие субъекта и объекта управления осуществляется на каждом из четырех этапов контура управления: постановка цели обеспечения надежности БАК; планирование соответствующих мероприятий и организация их выполнения; мониторинг и контроль признаков эффективности обеспечения надежности; внесение команд управления (корректирующих действий) в случае несоответствия результата цели.

В каждом из контуров на основе проведенного анализа выбираются из типового перечня [7], обосновываются и устанавливаются решающие мероприятия и производится расчет прогнозируемых показателей надежности для нескольких возможных вариантов технико-экономических параметров БАК [2, 3]. Для решения данной задачи необходимая информация для субъектов процесса управления обеспечением надежности передается путем ее циркуляции как внутри соответствующего ему контура управления, так и из одного контура в другой.

Для получения оценок технико-экономических характеристик БАК необходимо задать типовую модель эксплуатации, учитывающую принцип циклического нагружения комплекса. Для этого применим аналитическую модель коэффициента планируемого использования КПИ.

Рассмотрим ограниченное число возможных состояний БАК. Для оценки КПИ необходимо знать время нахождения БАК в каждом из возможных состояний. Это выполнимо, если известны вероятности его нахождения в каждом из них. Потоки заявок на использование, а также отказов и восстановлений его составных частей носят случайный характер. Будем считать их простейшими. Состояния ожидания и работы объединим в состояние использования по назначению. Тогда процесс потребления выходного эффекта БАК можно описать марковской моделью с тремя состояниями и непрерывным временем. Такая аппроксимация применима для любого процесса, если все параметры из прошлого, от которого зависит будущее, включить в настоящее. Способы появления состояний обозначены стрелками.

Составим и решим систему уравнений Колмогорова для размеченного графа модели процесса использования БАК (рис. 2).

¿ра

Л

dp.it) =

ск Ф2(0

<и

= ~(К\ + Кг )Ро + Ко Р\ + Ко Рг К\Ро-(Ко+Кг)Р\+К\Р1 , КгРо + КгР\ ~(Ко + К\)Рг

где р() - вероятность ¿-го состояния; - интенсивность потока событий, переводящих БАК из состояния 5; в состояние

Среднее время нахождения БАК в 5; состоянии численно равно 00

Тогда

кп.и ~

г0 + г1+г2

Так, проведенный на основе данной модели расчет для БАК типа «Бусел М40» дает значение КП.И = 0,9. При расчете принято, что в состояние 50 - использование по назначению включено нахождение комплекса в режиме ожидания Расчет выполнен для условий штатного применения БАК на стадии эксплуатации.

Полученные в каждом контуре модели управления прогнозируемые показатели надежности БАК сравниваются с базовыми, и в случае их

Б0 - использование по назначению,

Б! - плановое техническое обслуживание;

Б2 - восстановление

несоответствия уточняется перечень и содержание решающих мероприятий по обеспечению надежности. Если проводимые уточнения неспособны снять несоответствие, дополнительно варьируются в допустимых пределах технико-экономические характеристики БАК. Путем последовательных итераций добиваются попадания получаемых значений показателей надежности комплекса в допустимую область базовых значений.

Вполне очевидно, что выполнение процедур прогнозирования должно базироваться на информационных технологиях, накапливающих не только первичные, но и обобщенные данные о надежности БАК и ее составных частей.

Формирование баз знаний по обеспечению надежности БАК может осуществляться на основе предложенной вербальной модели управления. Ее отличительная особенность -логически упорядоченное и направленное описание процесса управления обеспечением надежности, позволяющее реализовать постановку задач формализации и разработки алгоритмов с целью его последующей автоматизации.

Таким образом, особенности обеспечения надежности беспилотных авиационных комплексов могут быть качественно исследованы с помощью предложенной вербальной модели управления, позволяющей сформулировать постановки задач на разработку информационных технологий и баз знаний для автоматизации процесса управления обеспечением надежности. Наиболее ценным информационным продуктом системы управления должны стать базы знаний, содержащие востребованные данные в этой области. Для реализации системного подхода предлагается создание и поддержка на протяжении всего жизненного цикла базы с моделями отказов и результатами наблюдений за поведением составных частей БАК в различных условиях и режимах работы.

Рис. 2. Граф

состояний процесса использования БАК

Л

2!

При разработке образцов накопления повреждений в них и изделии в целом необходимо учитывать принцип циклического нагружения. В особую область выделяются отказы программного обеспечения. Сложность взаимосвязи отказов аппаратных и программных средств, ограниченность ресурсов, выделяемых для испытаний на надежность, требуют продолжительного наблюдения за составными частями БАК

ЛИТЕРАТУРА

в процессе эксплуатации и сопровождения программного продукта разработчиком. Для этого нужно постоянно вести журнал учета неисправностей и контролировать достоверность собираемых сведений.

Нерешенной проблемой остается создание централизованной системы сбора, распределения и реализации информации о надежности беспилотных авиационных комплексов. СИ

http://innosfera.by/2017/02/reliability

1. Надежность и эффективность в технике: справочник в 10 т.- М., 1986-1990. Т. 1.

2. Надежность технических систем: справочник / Ю.К. Беляев [и др.]; под ред. И.А.Ушакова.- М., 1985.

3. Голиков В.Ф., Прохоренко В.А. Учет априорной информации при оценке надежности.- Мн., 1979.

4. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения: ГОСТ 27.002-1989.- М., 1990.

5. Кузнецов А.П. Основы теории надежности и эксплуатации вооружения: учеб. пособие.- Мн., 1978.

6. Семак Ю.И. Реализация инновационного развития вооружения, военной и специальной техники на базе использования виртуальных компонентов // Вестник воздушно-космической обороны. 2016. № 2 (10), С. 75-86.

7. СРПП ОП. Военная техника. Программы обеспечения надежности. Основные положения. СТБ В 15.206-2012.- Мн., 2012.

комплексный динамический стенд для настройки систем беспилотных летательных аппаратов

Комплексный динамический стенд (КДС) в НПЦ многофункциональных беспилотных комплексов был разработан для качественной настройки пилотажно-навигационных комплексов, гиростабилизированных видеосистем беспилотных летательных аппаратов и входящих в них датчиков. Возмущающими воздействиями для них являются угловые и поступательные движения летательного аппарата при его полете в атмосфере. В лабораторных условиях проще технически произвести угловое движение, так как не требуется большое физическое пространство для перемещения объектов в стенде. Их конструкции включают в себя 2 или 3 рамки, обеспечивающие степени свободы вращательного движения (рис. 1, 2) [1, 2].

Рис. 1. Трехосевой стенд AC3350-70 производства «ACUTRONIC Switzerland Ltd»