Оценка эффективности оптимизации экспериментальной отработки космических аппаратов навигации и связи

Библиографический список

1. Орлов, В. С. Об одном статистическом алгоритме анализа нестационарных процессов / В. С. Орлов, В. X. Ханов // Вестник Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева : сб. науч. тр. / под ред. проф. Г. П. Белякова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. Вып. 6. С. 80-82.

2. Пат. 2293958 Российской Федерации, МПК^01М7/ 00 Способ испытаний специальных грузов на случай авиационного транспортирования / В. С. Орлов, С. А. Орлов //; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение прикладной механики им. М. Ф. Решетнева». № 2005114552/28(016693) ; заявл. 12.09.2006 ; опубл. 20.02.2007. Бюл. N° 5. 8 с. : ил.

3. Гудков, А. И. Внешние нагрузки и прочность летательных аппаратов / А. И. Гудков, П. С. Лешаков. М. : Машиностроение 1968. 471 с.

4. Яценко, Н. Н. Колебания, прочность и форсированные испытания грузовых автомобилей / Н. Н. Яценко. М. : Машиностроение, 1972. 372 с.

5. Орлов, А. С. Анализ ударного нагружения космических аппаратов при высокоинтенсивных импульсных воздействиях / А. С. Орлов // Научный вестник НГТУ. Новосибирск, 2004. Вып. 3(18). С. 115-129.

6. Волков, Е. А. Численные методы / Е. А. Волков. М. : Наука, 1987. 248 с.

7. Дояр, О. П. Алгоритм расчета ударного спектра /

О. П. Дояр // Динамика систем. Численные методы исследования динамических систем : сб. Нистру ; Кишинев, 1982. С. 126-128.

V. S. Orlov

AN ALGORITHM FOR GENERATION OF THE SPACECRAFT ENVIRONMENT LEVELS BASED ON THE FLIGHT DATA TO PERFORM THE ACCELERATED MECHANICAL TESTS

Augmentation of shock levels tests regimes that is obtained as the full-scale measurement results based on the flight data occurring during spacecraft transportation by Il-76 is presented. Augmentation is carried out relatively acceleration shock levels maximum values, registered during full-scale transportation.

УДК 629.783.08.018:525:527

В. Е. Патраев, Ю. В. Максимов, В. В. Ильиных

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОТРАБОТКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НАВИГАЦИИ И СВЯЗИ

Предложен метод оценки эффективности оптимизации отработочных и производственных испытаний космических аппаратов навигации и связи, необходимых для обеспечения их работоспособности, надежности и длительного ресурса при снижении затрат на средства и времени на экспериментальную отработку и контроль штатных изделий.

В условиях повышения требований к показателям качества перспективных космических аппаратов (КА) навигации и связи со сроками активного существования 10 лет и более, а также ужесточения требований к срокам и стоимости создания КА оптимальное планирование наземной экспериментальной отработки (НЭО) является важным фактором обеспечения качества отработки. Длительное время в НПО ПМ реализуются перспективные подходы к оптимизации объемов отработки КА с использованием таких направлений оптимизации, как [1; 2]:

- сокращение номенклатуры изготавливаемой материальной части для отработки КА и составных частей за счет комплексирования различных видов испытаний на одной материальной части;

- снижение стоимости разработки за счет замены физических отработочных моделей КА программными моделями и использования оборудования и программного обеспечения, разработанных по различным проектам (межпроектная унификация);

- снижение стоимости и сокращение сроков разработки за счет сокращения этапов автономной отработки оборудования (например, этапа лабораторных отработочных испытаний оборудования, специальных и ресурсных испытаний оборудования, если это подтверждено расчетами);

- совмещение части отработочных испытаний с контрольными испытаниями штатных образцов.

В связи с этим актуальна задача разработки методов количественной оценки эффективности различных вариантов оптимизации (комплексирования) испытаний КА на различных уровнях отработки и при различных видах испытаний в целях сравнения е с базовым или допустимым уровнем эффективности.

Известно, что при оптимизации процесса создания КА, включая оптимизацию объемов НЭО за счет комп-лексирования, рассматриваются три критерия: показатели качества, обеспечиваемые при отработке, стоимость отработки, сроки отработки.

Варианты оптимизации объемов НЭО по критериям «требуемые показатели качества-стоимость отработки-

Авиационная и ракетно-космическая техника

сроки отработки» могут быть представлены выражениями, приведенными в таблице.

Выбор критерия эффективности НЭО для КА может производиться для различных вариантов оптимизации объемов НЭО в зависимости от назначения КА. Если имеет место ограничение по стоимости i-го этапа испытаний и НЭО в целом, приемлемым представляется вариант оптимизация-минимизация срока НЭО КА при заданных стоимости НЭО и качестве КА. Формула задачи оптимизации программы испытаний КА при этом имеет вид Тнэо = millT, Wt > Гтре6, Сппан_ < ДСфакт_ .

Показатель качества КА - количественная характеристика одного или нескольких свойств КА, например таких, как показатели надежности (безотказность, долговечность, сохраняемость), энерговооруженность, энергопотребление, относительная масса полезной нагрузки к начальной массе КА, рассматриваемая применительно к определенным условиям его создания и эксплуатации.

Общий показатель качества КА (ККА ) можно определить формулой вида

K n

Кка = Х М Л X ma aij ,

t=i j=i

где МtmtJ - коэффициенты весомости i-ой бортовой системы и i-го вида оборудования, комплектующего i-ую бортовую систему характеризующих в количественном отношении степень влияния показателей качества i-ой бортовой системы (Л) и i-го вида оборудования (aij), входящего в состав i-ой бортовой системы на качество КА и бортовой системы соответственно; K - количество бортовых систем КА; n - количество видов оборудования, комплектующего K-ую бортовую систему

Критерий эффективности испытаний. Космический аппарат навигации или связи является сложной технической системой, поэтому для оценки качества экспериментальной отработки КА может быть использована такая общая характеристика сложной системы, как эффективность Q, т. е. степень соответствия КА своему назначению.

Обобщенные схемы НЭО КА по этапам разработки и квалификации (рис. 1) с учетом составляющих процесса НЭО (рис. 2), позволяют рассматривать НЭО КА как процесс с обратными связями на каждом уровне отработки, направленными на обеспечение текущей эффективности (Wt) НЭО КА по результатам видов испытаний на всех уровнях отработки.

В качестве технического критерия эффективности испытаний можно принять выражение

Лд

бкд = 1/

треб

сп

C,

факт,

где Афакт - фактическое значение показателя качества КА на г-ом этапе испытаний; А"™ - допустимое значение показателя качества КА на г'-ом этапе испытаний.

Все виды ресурсных затрат на отработку КА в общем виде можно представить системой выражений

C = 1 (C І=1

Т = Х tt (n);

+ ДСф ), ДСф = ДСф (п.);

план , факт, факт, факт, v і''

где бкА, - выходной эффект по результатам і-го этапа (вида) испытаний; ^тре6 - требуемая эффективность КА;

- текущая эффективность і-го этапа (вида) испытаний; Сплан_ - планируемая стоимость і-го этапа (вида) испытаний; С’факт - фактические затраты на достижение выходного эффекта по результатам і-го этапа испытаний.

Текущую эффективность НЭО КА на і-ом этапе

испытаний для единичного показателя качества можно определить по формуле

W = W [n t ,W A ];

Л = At (СплаН1),

где С, Т - суммарная стоимость и длительность реализации комплексной программы экспериментальной отработки КА; N - число этапов отработки КА; tt - продолжительность испытаний на i-ом этапе отработки; nt - количество видов испытаний на i-ом этапе отработки; W - эффективность на i-ом этапе отработки; Л - параметры качества, определяющие структуру процессов испытаний на i-ом этапе и характеризующие изменение эффективности на i-ом этапе отработки; Сшшн, > ДСфаКТ, - планируемые и текущие затраты на i-ом этапе отработки.

Оптимизационными параметрами в зависимости от постановки задачи могут являться также базовые Спшш, и текущие ДСфакт затраты, отдельные параметры моделей изменения эффективности Л , а также сами значения эффективности W , определяющие возможность перехода на следующий уровень отработки или вид испытаний.

Для определения количественных оценок эффективности отработки с элементами комплексирования необходимо иметь зависимости, связывающие текущую эффективность W и выходной эффект по результатам каждого вида испытаний со временем и стоимостью испытаний. Как правило, они являются случайными величинами или функциями времени.

Каждый этап испытаний КА [3] направлен на выявление отказов и дефектов. Устранение причин отказов и дефектов приводит к повышению эффективности КА. Наиболее часто при планировании и управлении НЭО используется экспериментальная модель роста эффективности вида

W = a -

где 0 - интенсивность обнаружения дефектов.

Оценка эффективности оптимизации (комплексиро-вания) испытаний при НЭО КА. Возможный алгоритм оценки эффективности оптимизации (комплексирования) испытаний на примере решения одной из частных задач оптимизации испытаний можно представить последовательностью и содержанием следующих пяти этапов.

1. Постановка задачи оптимизации испытаний - требуется оценить целесообразность оптимизации (комплек-сирования) НЭО КА на уровне отработки КА путем исключения отработочного изделия для ЭРТИ (08РТИ) и включения этапа ЭРТИ изделия 08РТИ в программу испытаний первого летного КА №11.

=1

2. Исходные данные, используемые при оценке эффективности оптимизации испытаний:

- нормативный объем отработки КА на уровне КА (ГОСТ В 22571);

- базовый объем испытаний отработочного изделия 08РТИ V0

008РТИ5

т = V + V

*КОМ и11Л °08РТИ 5

имость матчасти С0

- базовая продолжительность испытаний изделия

- базовый объем испытаний КА № 11Л V0]1JI;

- комплексированный объем испытаний

- базовая стоимость отработки 08РТИ, включая сто-

- базовая стоимость отработки КА N° 11Л с0і1Л;

- стоимость комплексированной отработки КА № 11Л

КА СПлком;

08РТИ То ;

008РТИ 5

- базовая продолжительность испытаний изделия КА №11Л

- продолжительность комплексированных испытаний КА № 11 х11Лк0М;

- нормативные показатели качества Акрта, АДЛ ;

- методики оценки текущих показателей качества по результатам испытаний на различных уровнях НЭО.

3. Модели ресурсных затрат и оценки эффективности испытаний (т,, Т, С0, АС,, W¡ (т,), Q).

4. Сравнительные оценки ресурсных затрат и показателей качества:

Определение Модели Модели Обоснование

состояния отказов показателей объемов и

квалификации надежности режимов

оборудования НЭО

Концепция моделей оборудования, бортовых систем и КА

Матрица оборудования и программного обеспечения

Матрица

испытаний

Планирование, анализ и оценка

Производство

Требования ТТЗ, ТЗ

Рис 1. Обобщенная схема НЭО КА по этапам разработки и квалификации НЭО

Варианты оптимизации объемов НЭО космических аппаратов

Вариант оптимизации объема НЭО Функция оптимизации объема (V) НЭО Критерий ограничения

Минимизация стоимости НЭО при заданных показателях качества Су = min Cy , ^ (V) у где Су - суммарная стоимость; min Су - минимальная стоимость НЭО при объеме НЭО (V) А > Адоп , где А - показатель качества; Адоп - минимально допустимое значение показателя качества

Максимизация качества КА при заданной стоимости НЭО А = max А (V) С < О“1, где СЕдоп - суммарная допустимая стоимость НЭО

Минимизация затрат на НЭО КА при заданных показателях качества и сроках НЭО Су = min Су ^ (V) у Г£ < ^доп нэо нэо А = Адоп

Максимизация качества КА при заданных стоимости и сроке НЭО А = max А (V) С^< сгп гп < Т'доп нэо нэо

Минимизация срока НЭО КА при заданных стоимости НЭО и качестве КА Т = min Т «30 (V) С^< с^доп А = Адоп

Экспериментал:

Исследование

Контроль

Эксперим!

Моделирование внутренних и внешних эксплуатационных факторов, а также режимов работы

Определение (измерение, вычисление) количественных и качественных характеристик КА и его составных частей, заданных в ТТ

Сравнение количественных значений параметров с номинальными значениями, заданными в ТТЗ, ТЗ

Выяснение причин отклонения характеристик (параметров) от номинальных значений

Устранение причин отклонений

Рис. 2. Обобщенная схема НЭО КА с учетом составляющих процесса НЭО

- А^08РТИ11Лком > ^,08РТИ (объем ЭРТИ в комплексиро-ванном объеме испытаний КА №11не меньше базового объема ЭРТИ отработочного изделия 08РТИ);

- С11Лком > С0 ш (стоимость комплексированных испытаний КА №11 выше базовой стоимости испытаний КА N° 11);

- ДС08рти11Л << Со08РТИ (стоимость проведения перенесенных ЭРТИ изделия 08РТИ в составе комплексирован-ных испытаний КА №11 значительно меньше базовой стоимости испытаний изделия 08РТИ вследствие исключения стоимости матчасти изделия 08РТИ);

- АКАш > АКАп > ^ка11Л > ^КТ (фактические показатели качества КА №11по результатам испытаний и эффективность комплексированных испытаний КА №11 соответствуют допустимым показателям);

- Хплком >хо11Л (продолжительность комплексирован-ного объема испытаний КА №11 выше базовой продолжительности испытаний КА № 11);

- Х(>о8РТИ >> Т08ртиком (базовая продолжительность испытаний отработочного изделия 08РТИ значительно выше продолжительности перенесенных ЭРТИ изделия 08РТИ в составе комплексированных испытаний КА № 11).

5. Заключение о целесообразности оптимизации (ком-плексирования) испытаний: стоимость и продолжительность комплексированных испытаний КА № 11 значительно меньше суммарных базовых затрат Со08РТИ + Со11Л при наличии отработочного изделия 08 РТИ, при этом обес-

печивается требуемая эффективность комплексирован-ных испытаний КА № 11.

Итак, предложенный подход к оценке эффективности оптимизации отработки КА как задачи оценки и обеспечения текущей эффективности (Ш]) НЭО КА по результатам видов испытаний на всех уровнях отработки позволяет продолжить разработку научно-методических основ оптимизации отработочных и производственных испытаний КА.

Библиографический список

1. Патраев, В. Е. Оптимизация объемов отработки космических аппаратов со сроком активного существования 10-15 лет / В. Е. Патраев, Ю. В. Максимов. М. : НИИЦПТ МИА, «Двойные технологии». 2004. № 3.

С. 66-80.

2. Патраев, В. Е. Оптимизация наземной экспериментальной отработки перспективных космических аппаратов длительного функционирования с применением идеологии ускоренной отработки первого летного образца / В. Е. Патраев [и др.] // САКС 2004 : тез. докл. Междунар. науч.-практич. конф. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. С. 89-100.

3. СТП 154-66-2007. Система менеджмента качества. Этапность наземной экспериментальной отработки изделий предприятия. Виды отработочных и контрольных испытаний. Общие требования.

V E. Patrayev, Yu. V Maximov, V. V. Ilinych

ASSESSMENT OF COMMUNICATIONS AND NAVIGATION SATELLITES EXPERIMENTAL TEST DEVELOPMENT OPTIMIZATION EFFICIENCY

It is proposed a method of efficiency assessment which can be implemented for communications and navigation satellites experimental test development and in-process test required to ensure their operability, reliability and long life time while decreasing cost and saving time for series satellites experimental test development and control.

УЦК 629.7.017.1

В. В. Лукасов, Н. В. Никушкин

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ ПО ТЕОРЕМЕ ГИПОТЕЗ (МЕТОД БАЙЕСА) В ДИАГНОСТИКЕ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Решена задача применения теоремы гипотез, или метода Байеса, в технических приложениях диагностирования на примерах авиационной техники. Представлен алгоритм решения в среде программного обеспечения MathCad.

Изделия авиационной техники, будь то двигатель или летательный аппарат, представляют собой сложную совокупность систем, узлов и элементов, оказывающих взаимное влияние друг на друга. Это приводит к тому, что процесс функционирования изделия очень трудно формализовано описать, четко установив взаимовлияние их составных частей.

Кроме того, большинство параметров, характеризующих работу отдельных систем, узлов и элементов, име-

ют определенное поле допусков и подвержены влиянию большого числа факторов, учесть которые в полном объеме достаточно трудно. Все это приводит к тому, что решение задачи технического диагностирования изделия в целом значительно затруднено, а порой и не реально.

Отказы или неисправности устраняются на земле. Как показывает практика, большая часть времени тратится на поиск причины неисправности. Для решения этой проблемы надежность как наука предлагает применять