Об оптимизации информационной структуры летательного аппарата как средстве снижения затрат на контроль технического состояния

4. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Металлургия, 1981. - 151 с.

5. Налимов В.В. Таблицы планов эксперимента: для факторных и полиномиальных моделей. / Под. ред. В.В. Налимова - М.: Металлургия, 1982. - 180 с.

6. Недайвода А.К. Теоретические основы натурной отработки ракет-носителей. - СПб.: Политехника, 1996. - 256 с.

7. Шпур Р, Краузе Ф.-Л. Автоматизированное проектирование в машиностроении / Пер. с нем. Г.Д. Волковой и др. (Под. ред. Ю.М. Соломенцева, В.П. Диденко). - М.: Машиностроение, 1988. - 648 с.

8. Свиридов А.Н. Измерение касательных напряжений при исследовании процесса обжатия поверхностей пульсирующим потоком жидкости. // Вестник машиностроения. -1993. - №1. - С. 34-36.

9. Тимиркеев Р.Г. Вопросы идентификации технологических испытаний оборудования. - М.: НИАТ, 1994.

10. Альбрехт А.В., Бизяев Р.В., Владимиров А.В., Бата-лин Н.Н., Пущенко Н.Н. Информационная модель сопровождения лабораторно-стендовой отработки изделий РКТ // Обще-

российский науч.-техн. журнал "Полет". - М.: Машиностроение. - 2004, №1. - С 47-53.

11. Недайвода А.К., Альбрехт А.В., Шолом А.М. Физические процессы в пневмогидросистемах ЖРДУ: Учеб. пособие. - Ч. 1: Системы наддува. - М.: МАТИ, 1996. - 156 с.

12. Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. - М.: Машиностроение, 1981. - 164 с.

13. Таха Х. Введение в исследование операций: В 2-х кн. / Пер. с англ. В.Я. Алтаева, В.Т. Вавилова, В.С. Даниоина, В.И. Моторина - М.: Мир, 1985. - Кн. 1. - 479 с,; Кн. 2. - 496 с.

14. Круглов В.И. Оптимизация программ летных испытаний. // Сб. тезисов науч.-техн. конф. МАТИ. - М.: МАТИ, 1981.

15. Круглов В.И., Александровская Л.Н., Григорьев Г.И. Современные методы оценки показателей качества и надежности изделий машиностроения: Учебное пособие - М.: МАТИ, 1992 - 80 с.

16. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем / Пер. с англ. - М.: Мир, 1973. - 344 с.

ОБ ОПТИМИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА КАК СРЕДСТВЕ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ НА КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

Р.В. Бизяев, О.И. Давыдов, С.Ю. Калинин

В условиях тенденции к усложнению бортовых систем (БС) летательных аппаратов (ЛА), сопровождающейся ростом числа контролируемых параметров (КП), целесообразным является построение моделей и разработка методов контроля технического состояния (ТС) БС на основе обобщенных параметров.

При этом важным является вопрос формирования обобщенных параметров (ОП), поскольку потеря информации о значениях первичных контролируемых параметров снижает достоверность контроля и влечет несвоевременное принятие мер по его результатам.

Множество состояний БС ЛА характеризуется множеством признаков, элементы которых суть значения КП:

^Хо^ХАЪ ^Х^—ДОКО^,

ХП={ХПЪ ХП2?...,ХП1ХП1}?

где Х0 - множество значений определяющих параметров БС в целом; ХП - множество значений определяющих параметров П-й подсистемы БС, П=1-К; К - число подсистем сложной системы.

Соответствие множеств признаков множествам состояний устанавливается посредством функций соответствия, зависящих от способа контроля параметров, структуры БС, принятых допущений. В совокупности (1), (2) задают параметрическую модель, являющуюся основой для построения других моделей БС.

В [1] разработана матричная (табличная) модель БС на основе разбиения (1), (2) на непересекающиеся в каждом разбиении подмножества:

х„

XT

и A0g0,A0g0 = {x0iКе IgJ,

0 =i m0

,U.A0d0,A0d0 = {x0pIP е Id0b

Xn = U Ang1,Ang1 = {xljе Ig!},

gi=i

Xn = U A„d Andx = {xnfIf e IdJ.

d1=1

где I(.) - количество элементов в подмножестве (.)-го множества.

Приведенные разбиения дополним условиями:

Aogo П А 0do -Xogo d0,

Angl П ATnd1=Xng1 d1 ,

где go, gl, do, di - те же, что и в (3)-(6).

Последние означают, что разбиения сформировали матрицы из значений контролируемых параметров, строки и столбцы которой суть значений контролируемых параметров БС ЛА.

При допусковом контроле параметров значению каждого параметра ставится в соответствие логическая переменная в соответствии с условием:

[1, änee gi a^äi eä Ё1 а äi 1 öneä; [0, änee gi a^äi eä Ё1 ai ä äi 1 önea, где ^=1...N, N - общее число КП БС, определяемое на основании (1) и (2) следующим образом: k

N = Ix0I + £ IxnI,n = 1...k .

n=1

На значениях логических переменных наборов подмножеств (3)-(6) сформируем конъюнкции

хп=

n

n

m

следующим образом:

>1 1хо11

^ = ДХоР—,¥о1П0 = ЛХо1П0 ,

1 'по =4-1 +1

т1 1хп1

YПjl = ДХ*1>-">¥*„о = ЛХП^Пп '

Ч =тпп-1 +1

У^ = л Го

Yп,

Р1 =1

Л Хп

оРт

,1 =1

^п,

1хл\

= Лх ,

орт0 '

ртп =1 1т0 -1 +1

: ЛХп,тп •

=т„_ ,+1

Совокупность подмножеств (3)-(6) с заданным на нем отношением порядка, фиксирующим место каждого КП с его значением и конъюнкцией (8)-(11), задает матричную модель контроля БС ЛА.

Конъюнкции (8)-( 11) представляют собой ОП БС в целом и ее подсистем. По ОП (8) определяется ТС БС в целом с глубиной, задаваемой одним ОП. Так, нулевое значение любой конъюнкции из (8) свидетельствует о выходе значения одного или нескольких КП из набора, формирующего конъюнкцию, за пределы поля допуска (полей допуска) что позволяет определить ТС БС в целом как неработоспособное.

Дополнительная проверка ОП (10) позволяет благодаря условиям (7) найти ОП с нулевым значением из (3) и (4), а тем самым и подсистему БС, в которой появился дефект. Иначе говоря, только по ОП можно проводить контроль работоспособности и поиск дефекта в БС с глубиной до подсистемы БС, КП которой введены в (1). Аналогично по ОП (9), (11) можно определить ТС подсистемы БС с глубиной до элемента ее структуры, КП которой введены в (2).

Таким образом, только по ОП можно осуществлять проверку работоспособности и поиск дефекта в БС с глубиной, определяемой уровнем структуры БС, представленным КП в (1), (2). Общее число ОП равно: к

Ь + £ Ьп,

п=1

где Ь0=т0+п0 - из (3) и (4); Ьп=тп+пп - из (5) и (6);

Минимизация числа ОП, проведенная на основе геометрического программирования [2], позволила получить следующие соотношения, аналогичные для Ь0(т0,п0) и Ьп(тп,пп) и поэтому не-индексированные: т0 , акё Д/п" < 1;

*

т =

|т°-1 , агёё Д/п" > 1;п0 = то = ,п*=п0

то + по, айеё Д/по<1;

[т°-1+п°, айёё Д> 1; Д=(то)2-1х1

Снижение затрат на контроль БС по ОП обу-

словливается минимизацией их числа при заданном количестве КП и снижением длины линий связи источников информации с устройством обработки информации. Количественно эти снижения оцениваются на основании показателей:

Е1

Е1 =-

= ^,п = 1...к ,

Ь

Ь

N

Ьо + £ Ьп

п—1

к

К2 = (1Хо | —Ьо) . ¡1 + £ (I Хп I —Ьп)  ¡1п ,

п=1

где 11 - средняя длина линии связи от формирователя обобщенных параметров БС в целом до устройства обработки информации (УОИ); 11п -средняя длина линии связи от формирователя обобщенных параметров п-й подсистемы БС до УОИ.

Анализ показателей (13)-(15) позволяет сделать вывод о влиянии на них структуры БС, причем увеличение степени интеграции БС как объекта контроля приводит к росту значений показателей. Последнее позволяет сделать вывод о целесообразности построения матричной модели не БС, а структуры бортового оборудования, расположенного в определенном месте на борту ЛА. При этом в состав контролируемой структуры могут входить структурные элементы различных БС.

Решение задачи минимизации средних затрат на контроль ТС по ОП предполагает наличие следующих исходных данных.

1) физических моделей БС ЛА;

2) перечня КП БС - X1,...,XN с выделенным ОП - Х0 и параметрами хп, п=1...к для каждой БС;

3) перечня аварийных параметров Хоа для БС и ЛА в целом;

4) топографии ЛА с предполагаемым размещением бортовой аппаратуры;

5) математического ожидания и дисперсии времени на проверку одного КП - М[ДТ], а2[ДТ];

6) математического ожидания затрат в единицу времени того или иного вида ресурса на контроль - С.

В качестве ограничений введены следующие:

— длина линий связи системы контроля - 1тах.

— минимальное время развития дефекта в аварийную ситуацию по каждому аварийному определяющему параметру - 8 = 1....Т.

Формальная постановка задачи имеет вид:

найти:

к п=1

Ьоа{М[Д?] + За} < еаэтт,

:С

о оа п 1<K<N

при ограничениях

1 < 1т

Так как величины С,М[ДТ],а [Д?] известны,

о

п

I

Х

т

то (16) перепишем в виде: найти:

L0,L0a,K* :(L0 + Loa + £Ln) ^ mi

min

1<K <N

при ограничениях

Loa {M[ Д t] + 3a} < tas min,

l < lmax.

В отличие от традиционных постановок задач минимизации средних затрат на контроль, последние сводятся к оптимальному с точки зрения (17) разбиению контролируемой структуры бортового оборудования ЛА.

Введем следующее определение.

Информационная структура объекта контроля - совокупность источников информации (датчиков) с формирователями ОП, линиями связи, размещенных на объекте в определенных местах.

Таким образом, задача (17) является задачей синтеза оптимальной информационной структуры ЛА и может быть решена методом последовательных приближений. Сущность метода заключается в декомпозиции информационной структуры ЛА, полагая ее в первом приближении интегрированной в «монолит» с последующим снижением степени интегрирования на каждом шаге декомпозиции (приближения) с учетом (18), (19).

Алгоритм, реализующий метод последовательных приближений, включает следующие шаги.

1. На основании топографии ЛА выбрать вариант его информационной структуры с максимально возможной степенью интеграции структурных элементов различных БС.

2. Проверить наличие в перечне КП множества Хоа аварийных ОП, при отсутствии Хоа перейти к шагу 5, в противном случае - к шагу 3.

3. Сформировать первый уровень, матричной модели контроля ЛА из Хоа. Вычисление Loa произвести по формулам (12).

4. Проверить выполнение условия (18). При отрицательном результате перейти к шагу 9, в противном случае - к следующему шагу.

5. Сформировать второй уровень матричной модели контроля ЛА из Хо. Вычисление Lo произвести по формулам (12).

6. Проверить в перечне КП наличие множеств Хп, п=1...к. При отсутствии множеств перейти к шагу 8, в противном случае - к следующему шагу.

7. Сформировать третий уровень матричной модели контроля ЛА из КП Хп. Вычисление Ln произвести по формулам (12).

8. Проверить выполнение условия (19) с учетом того, что l = £ lij - длина линий связи между

i,j

элементами выбранной на i-м шаге информационной структуры. При выполнении условия перейти к шагу 11, в противном случае - к шагу 1.

9. Выполнить операцию усечения - xoa\xoas для xoas с tas min.

10. Изменить информационную структуру с учетом усечения шага 9. Перейти к шагу 3.

11. Конец.

Предлагаемый укрупненный алгоритм реализует метод, в основе которого с целью минимизации затрат формируется информационная структура ЛА.

Список литературы

1. Бизяев Р.В. Системная технология диагностирования стендовых изделий РКТ.М.: Изд-во МАИ, 1997, 164 с.

2. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 990. 544 с.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ НАЗЕМНОЙ СТЕНДОВОЙ ОТРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

А.С. Ким

Технология производства и испытаний летательных аппаратов претерпевает существенные изменения, поскольку изменились базовые условия функционирования предприятий ракетно-космической отрасли. Применение новых технических средств сбора, передачи, обработки, хранения и отображения информации затронуло все аспекты создания изделий ракетно-космической техники (РКТ).

В современных условиях рынка внешняя среда вынуждает предприятия РКТ создавать новые схемы кооперативного взаимодействия, в рамках

которых совокупность предприятий оформляется как законченная самостоятельная структура, осуществляющая обеспечение всех этапов жизненного цикла изделия, включая и применение по назначению.

Проблема создания собственно технологий, обеспечивающих гибкость и высокую степень адаптации базовых условий функционирования предприятий РКТ, осложняется новыми процессами, возникающими в распределенных организационных средах этих предприятий и существенно влияющими на возможные подходы к распределению