К проблеме повышения надежности радиовысотомерных систем на этапе разработки

К ПРОБЛЕМЕ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РАДИОВЫСОТОМЕРНЫХ СИСТЕМ НА ЭТАПЕ РАЗРАБОТКИ

Н. С. Ившина, А. Е. Бухаров

Введение

Контрольно-проверочная аппаратура (КПА) предназначена для контроля работоспособности сложных технических систем, в том числе и радиовысотомерных систем (РВС), в течение всего периода эксплуатации и позволяет принимать решения о временном отключении аппаратуры до устранения дефекта или о ее снятии с эксплуатации для дальнейшего ремонта. Учитывая важность контрольно-проверочной аппаратуры в деле обеспечения бесперебойной работы РВС, при проектировании КПА также должны предъявляться высочайшие требования по ее надежности, выполнение которых позволило бы обеспечить работоспособность КПА в течение всего периода эксплуатации. Следовательно, формирование требований по надежности и их последующая оценка являются важнейшей частью работ по проектированию КПА [1-3].

В работе [4] представлена методика для технологической КПА, позволяющая сформировать требования по надежности в техническом задании (ТЗ) на разработку и произвести оценку надежности на всех этапах проектирования КПА, включая разработку опытного образца. Однако указанная методика не отражает специфики работы большинства КПА для РВС, а именно, циклический характер их работы. С учетом этого методика была существенно доработана.

Формирование требований по надежности на разработку КПА для РВС

На всех этапах проектирования КПА подразделяются на простые изделия - вид I и сложные -вид II (см. табл. 1 [4]). К изделиям вида I отнесены изделия, которые в процессе эксплуатации могут находиться либо в работоспособном, либо в неработоспособном состоянии (состоянии отказа). К изделиям вида II относятся изделия, которые в процессе эксплуатации, помимо двух состояний (работоспособном или неработоспособном), могут находиться и в частично неработоспособном состоянии с некоторым снижением эффективности функционирования.

Таблица 1

Показатели надежности КПА

Номенклатура показателей надежности Вид КПА Наименование показателя Обозначение показателя

Показатели безотказности I Наработка на отказ Т

II Вероятность безотказной работы Р(0

Наработка на отказ Т

Показатель ремонтопригодности I, II Время восстановления (в

Показатели долговечности I, II Средний ресурс Тср

Средний срок службы Тс.сл

Комплексные показатели I Коэффициент готовности Кг

II Коэффициент оперативной готовности Ко.г.

Коэффициент готовности Кг

Перед выбором показателей надежности КПА устанавливаются критерии предельного состояния изделия [5]. Под критерием предельного состояния изделия понимают признак или совокупность признаков, установленных в эксплуатационной документации и характеризующих факт перехода изделия в состояние, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна (из-за того, что для восстановления работоспособности требуется отправка изделия в

ремонтный орган), либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно (из-за больших затрат на восстановление работоспособного состояния).

При отсутствии технических требований к надежности разрабатываемой КПА задание числовых значений показателей надежности в ТЗ производится ориентировочно по формулам [4]:

Ет

Т =

ан,

,=1

^ ,

Т = —1—

N -АСр ,

р^) =еТ ,

N„1,

Е ±в

tв = ,=1

Nан ,

п

Ет

ср,.

Тср =

,=1

‘ср п ,

Т

Кг =

Т + ^ ,

Ко.г = Кг • Р

где Тан, - наработка на отказ ,-го аналога; Nан - количество рассматриваемых аналогов КПА; N - ориентировочное количество элементов в разрабатываемой КПА; Аср - усредненное значение интенсивности отказов элементов при условии их равнонадежности; tванl - время восстановления ,-го аналога (определяется по результатам эксплуатации аналогичных КПА); Т - наработка на отказ КПА; Тср, - средний ресурс ЭРИ ,-го типа; tв - среднее время восстановления;

Р(0 - вероятность безотказной работы КПА за время ^ Кг - коэффициент готовности; Ко г - коэффициент оперативной готовности; t - суммарное время непрерывной работы КПА за определенный период эксплуатации КПА.

Расчет надежности КПА для РВС на стадии эскизного проекта

На стадии эскизного проекта в отсутствии полных данных о режимах и условиях работы электрорадиоизделий (ЭРИ), входящих в отдельные блоки, производится ориентировочный расчет надежности интенсивности отказов КПА [2]. При этом расчете учитываются только те эле-

менты, которые входят в основную функциональную схему КПА.

Расчет на стадии эскизного проекта учитывает только влияние на надежность типа и количество применяемых ЭРИ.

На эскизном проекте интенсивность отказов КПА в условиях эксплуатации (Ярэ) рассчитывается как

Ь N

^ рэ = ЕЕЛ э, •п,

I=1 ,=1 ’

где Ь - количество составных частей в КПА; N - количество типов ЭРИ в составных частях; Хэ, -эксплуатационная интенсивность отказов ЭРИ ,-го типа, приведена в справочнике [4]; п, - количество ЭРИ ,-го типа в 1-й составной части КПА.

Расчет надежности показателей безотказности и комплексных показателей производится по ориентировочным значениям А^-характеристик по формулам:

Т

Лрэ

Р

Кг = ^~,

Т + и

в

Ко т — К • Р

Среднее время восстановления определяется по результатам испытаний макетного или опытного образца как [4]

N

Е ^ • п

і__

N

Е

<в = ^---------------------------------------------------------------.

/—1

где ґв - среднее время восстановления /-й КПА, ч; п - количество вариантов КПА.

Средний ресурс Тср показателя долговечности определяется по статистическим данным. полученным по результатам эксплуатации установок по формуле [4]

Ет

ср/

Т — /~1 ср _

п .

Таким образом, следует определять средний ресурс по выражению (14).

Расчет надежности КПА для РВС на этапах технического проектирования

и разработки опытного образца

На этапе технического проектирования и разработки опытного образца, когда известны реальные режимы работы ЭРИ и блоков, производится полный уточненный расчет интенсивности отказов КПА [4]. Порядок расчета надежности КПА на этапах технического проектирования и разработки опытного образца следующий. Определяется принадлежность вида КПА (вид I или вид II). Для КПА вида II устанавливается число возможных уровней работоспособности. Составляется структурная схема расчета надежности. Для КПА вида II составляются расчетные схемы надежности для каждого уровня работоспособности.

Расчет интенсивности отказов ЭРИ, входящих в блоки, проводится с учетом влияния электрической нагрузки и температуры внутри блока.

На этапе технического проектирования и разработки опытного образца, при оценке надежности КПА, нельзя упускать из вида то обстоятельства, что большую часть времени при эксплуатации КПА может находиться в выключенном состоянии, хотя подвергается в это время довольно жестким воздействиям окружающей среды. Условия эксплуатации зачастую таковы, что КПА для РВС в основном включаются на короткие интервалы времени для контроля параметров. При циклической работе КПА в наибольшей степени подвержена отказам.

Значения интенсивностей отказов КПА рассчитываются по данным интенсивностей отказов комплектующих ЭРИ [6] по формулам:

- для режима работы:

Ь N 2

\ — ЕЕ^б/ • П • КР/ • КЭ1 •ПК

1—1 /—1 о—1

для режима хранения:

Ь N

Ххр = ^^ХбСг/ • П ' Ку

, . . . ^ , (16) I =1 / =1

где Ь - количество блоков в приборе; N - количество типов элементов в 1-м блоке; - базовая

интенсивность отказов ЭРИ .-го типа в 1-м блоке в номинальном режиме работы; п - количество ЭРИ .-го типа в 1-м блоке; Кр/ - коэффициент режима, учитывающий электрическую и тепловую нагрузки ЭРИ /-го типа; Кэ. - коэффициент эксплуатации, учитывающий влияние механических, климатических воздействий окружающей среды на интенсивности отказов ЭРИ /-го типа; Кд/ - коэффициент д-го вида элемента /-го типа в режиме работы; Q - количество видов коэффициентов, характерных для ЭРИ /-го типа в зависимости от электрических, тепловых, конструктивных факторов, методика подбора (расчета) которых приведена в справочнике [6]; Хбсг/ - среднегрупповое значение интенсивности отказов ЭРИ /-го типа, находящегося в выключенном состоянии в нормальных условиях окружающей среды [6]; Кусл - коэффициент, учитывающий условия хранения.

При отсутствии в справочниках характеристик на некоторые ЭРИ расчет ведется по формуле

Ь N

Хр =Ц\0г, • п ' Кэ, .

I=1 /=1

Расчет наработки на отказ КПА в условиях эксплуатации проводится по формуле [7]

Т = --------1------------Г-,

где Хр, Ххр - интенсивности отказов КПА в режимах работы и хранения соответственно;

Хц - интенсивность отказов КПА на цикл включения-выключения (Хц ~ Хр) [7]; Ц - наработка КПА

за рассматриваемый срок эксплуатации; - время хранения (нахождения в выключенном состоя-

нии) за рассматриваемый срок эксплуатации; N - количество циклов включения в работу за срок эксплуатации.

Расчет надежности КПА ведется для рассчитанных значений коэффициента нагрузки ЭРИ, характеризующих наиболее тяжелые условия работы ЭРИ в составе КПА при максимально допустимой температуре внутри блоков.

Расчет ремонтопригодности производится по формуле (13).

Расчет показателей Кг и Ког в общем виде производится по формулам [4]:

Кг = -+— ,

г Т + *в

Ко.г =Кг. Р

а при наличии встроенного автоматического контроля производится с учетом того, что расчетные формулы Кг зависят от схемно-конструктивного построения КПА [8]. Если установка контролируется полностью и непрерывно, то [4]

Кг= ^ ,

Т + ^ Ц + Хр

где ц - интенсивность восстановления, определяющаяся как отношение числа восстановленной системы за период времени к суммарному времени восстановления за тот же период.

Если КПА контролируется полностью через равные промежутки времени, то

1 _ е~Хр 'Тпр

Кг = -г---------------------------------------------------------7“-Л ,

ТПр +1 (1 + е_Хр Тпр

где Тпр - периодичность контроля КПА; у - полнота контроля, которая представляет собой условную вероятность обнаружения факта отказа КПА, если КПА действительно отказала.

Если КПА контролируется через случайные промежутки времени, распределенные по экспоненциальному закону, то

Кг= Х 1 Х ,

1 + хр + хр

V ц

где V - параметр экспоненциального распределения между контрольными проверками.

Если часть КПА контролируется непрерывно, а другая часть проверяется через случайные промежутки времени, распределенные по экспоненциальному закону, то

Кг=----------Ц

Хн =Хр _Хк ,

где Хк, Хн - интенсивности отказов контролируемой и неконтролируемой части КПА соответственно.

Если часть КПА контролируется непрерывно, а другая (неконтролируемая) проверяется только при возникновении отказа в контролируемой части, то

Кг = ц /'Х к .

Хр

Таким образом, коэффициент готовности следует определять согласно выражениям (21)-(25).

Заключение

Отметим, что предложенная методика, устанавливающая номенклатуру основных показателей надежности КПА и порядок расчета этих показателей, может быть использована для ориентировочной и уточненной оценки надежности при разработке и изготовлении, как для КПА для РВС, так и для КПА других систем, имеющих циклический характер работы.

Материалы расчетов надежности согласно программе обеспечения надежности на этапе разработки, выполненной в соответствии с [9] и с вышеприведенной методикой, оформляются в виде отчета (пояснительной записки) с расчетом надежности.

Список литературы

1. Эксплуатационная надежность и режимы технического обслуживания самолетов / Н. Н. Смирнов, А. М. Андронов [и др.]. - М. : Транспорт, 1974. - 267 с.

2. Бухаров, А. Е. Оценка надежности радиовысотомеров с учетом предварительной информации / А. Е. Бухаров, Н. К. Юрков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. -2007. - № 4. - С. 176-186.

3. Жихарев, И. А. Оценка показателей безотказности авиационных радиовысотомеров по результатам эксплуатации / И. А. Жихарев, А. Е. Бухаров, Н. К. Юрков // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2009. - Т. 1. - С. 373-376.

4. Инженерная методика расчета надежности технологической контрольно-измерительной аппаратуры / Н. Н. Смирнов, А. М. Андронов [и др.]. // Вопросы радиоэлектроники. Технология производства и оборудование. - 1985. - № 2. - С. 119-125.

5. ГОСТ РВ 15.702-94. СРППП. Военная техника. Порядок установления и продления назначенных ресурса, срока службы, срока хранения.

6. Надежность электрорадиоизделий : справочник. - М. : 22 ЦНИИИ Минобороны России, РНИИ «Элек-тронстандарт», 2006.

7. Бухаров, А. Е. Оценка надежности при циклической работе радиовысотомеров на различных этапах испытаний, отработки и эксплуатации / А. Е. Бухаров, А. А. Иофин, Г. И. Смирнова // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2006. - Т. 2. - С. 30-32.

8. ОСТ4 ГО.012.031. Системы управления автоматизированные. Методика расчета надежности. Редакция 1-73.

9. ГОСТ РВ 27.1.02-2005 Надежность ВТ. Программа обеспечения надежностью. Общие требования.

УДК 621.3.019.34 Ившина, Н. С.

К проблеме повышения надежности радиовысотомерных систем на этапе разработки /

Н. С. Ившина, А. Е. Бухаров // Надежность и качество сложных систем. - 2013. - № 4. - С. 60-65.

Ившина Наталия Сергеевна начальник бюро надежности.

Уральское проектно-конструкторское бюро «Деталь»

Бухаров Алексей Евгеньевич

кандидат технических наук.

заместитель генерального директора по качеству. Уральское проектно-конструкторское бюро «Деталь»

E-mail: alexeybuharov@yandex.ru

Аннотация. Показано. что в комплексе мероприятий по обеспечению надежности и поддержанию в состоянии постоянной исправности при эксплуатации радиовысотомерных систем большое значение имеет оценка их работоспособного состояния при помощи контрольно-проверочной аппаратуры. Подобная оценка способна установить степень нормального функционирования систем или обнаружить неисправность. а также определить место неисправности и предупредить появление отказа.

Ключевые слова: надежность. контроль. радиовысотомер. аппаратура. проверка. работоспособность. эксплуатация.

Ivshina Nataliya Sergeevna chief of bureau of reliability,

Ural design bureau «Detal'»

Bukharov Aleksey Evgen'evich candidate of technical sciences, deputy general director of quality, Ural design bureau «Detal'»

Abstract. It is shown that in the complex arrangements to ensure the reliability and maintenance in a perpetual state of health when using radiovysotomernyh systems, it is very important to score their healthy state by means of verification equipment. Such an assessment can determine the proper functioning of the systems or detect the fault, as well as determine where faults and prevent rejection.

Key words, reliability, control, radio altimeter, equipment, inspection, operation.