Обоснование инженерной методики предупредительных замен стареющих элементов радиоэлектронного оборудования воздушных судов Гражданской авиации

В настоящее время примерно 25−30% объектов бортового радиоэлектронного оборудования воздушных судов Гражданской Авиации работают за пределами установленных ресурсов. Среди наземных радиотехнических систем положение еще хуже: более 80% таких систем имеют просроченный ресурс.

К сожалению, законченных теоретических исследований по обоснованию продления ресурса систем радиоэлектронного типа пока нет, но есть исследования по оценке остаточного ресурса, которые могут быть использованы для обоснования продления срока эксплуатации объектов радиоэлектронного оборудования в целом.

Однако применительно к бортовым и наземным авиационным радиоэлектронным системам, с учетом их спецификации, в данной диссертации предложен новый более простой метод продления ресурса. Суть его состоит в том, что, как показывает опыт изделий бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) самолетов Гражданской Авиации (ГА) [1], в каждом объекте РЭО имеется примерно 1−3% элементов от общего их числа, интенсивность отказов которых возрастает во времени. В литературе по надежности такие элементы принято называть «стареющими». Эти элементы в объектах РЭО, как правило, сильно нагружены как электрически, так и механически и являются наиболее важными в плане влияния на общую надежность объектов РЭО. «Стареющие» элементы дают от 20 до 60% всех внезапных отказов БРЭО [1]. К числу таких элементов относятся, например, интегральные микросхемы.

В аппаратуре РЭО ранних выпусков к таким элементам относились: магнитроны, некоторые типы трансформаторов, нагруженных механических узлов и др. По этим элементам имеется достаточная статистика, позволяющая довольно обоснованно определять законы распределения времени до отказа. Названные элементы имеют времена безотказной работы, распределенные по нормальному закону (чаще всего), по логарифмически-нормальному закону, по законам Стьюдента и Вейбулла.

Для всех этих законов характерно одно: для каждого из них интенсивность отказов возрастает во времени. Именно это обстоятельство было положено в основу разработки инженерного метода предупредительных замен всех «стареющих» элементов авиационных (бортовых и наземных) РЭО в процессе их длительной эксплуатации.

Так как остальные 97−99% элементов РЭО «живут» по экспоненциальному (не стареющему) закону распределения, то организованная, рациональная, а в некоторых случаях, оптимальная или квазиоптимальная, по гостовскому критерию оперативной готовности, замена «стареющих» элементов рассматриваемого оборудования по существу решает и проблему ресурса объектов в целом, т. е. объекты РЭО практически при таких заменах могут работать до окончания морального срока службы. Приемлемая процедура таких замен и предложена в данной диссертации.

В принципе может оказаться, что некоторая часть «нестареющих» элементов РЭО со временем может перейти в категорию «стареющих». Это обстоятельство должно быть выявлено существующим в гражданской авиации (ГА) методом контроля уровня надежности. Для вновь появившихся элементов с возрастающей интенсивностью отказов необходимо вновь применить предложенный в диссертации метод предупредительных замен.

По мере совершенствования технологии производства элементов РЭО может появиться необходимость в процессе длительной эксплуатации того или иного объекта РЭО в замене ряда элементов и с постоянной интенсивностью отказов.

В этом случае значение интенсивности отказов у вновь поставленного в объект РЭО элемента будет существенно снижено.

В условиях перехода к рынку проводить такую модернизацию объектов авиационного РЭО должна позволить прибыль, полученная при эксплуатации воздушных судов (ВС) ГА. Этот вопрос также рассматривается в данной диссертации.

Таким образом, на защиту выносятся следующие вопросы.

1. Обоснования и разработка инженерной методики замен «стареющих» элементов авиационного РЭО.

2. Учет особенностей применения метода замен при ограниченной исходной статистической информации.

3. Обоснование необходимости замен с учетом прибыли от функционирования ВС ГА.

4. Разработка пакета прикладных типовых программ.

3.5 Выводы.

1. В связи с тем, что решение задачи определения интервалов замен стареющих элементов приносит в целом реальную прибыль, а с другой стороны, увеличивая число замен элементов, приводя к определенным расходам, возникла необходимость оптимизации расходов средств на поддержание заданного уровня надежности, на основе критерия оптимизации общей прибыли.

2. На основе предложенной модели функцианирования системы эксплуатации эта задача поставлена как задача оптимального управления.

3. Исследование ограничений и особенностей выбранного функционала показали, что эта задача сводится к задаче оптимального управления на основе принципа максимума Понтрягина.

4. Оптимальное управление найдено для двух моделей: в первойвремя отказа произвольно, стоимость замен заранее неизвестнаво второй — в момент отказа элемент заменяется на работоспособный, а стоимость замены задана заранее.

5. Найденные алгоритмы решения этих задач реализованы в програмном продукте, который находит оптимальное управление для ряда частных случаев. По найденным решениям эксплуатационные затраты на поддержание и повышение надежности авиационной техники не должны превышать 2% от получаемых доходов.

6. Рассмотреный пример рабочей программы определения оптимального управления доказывают ее работоспособность и возможность применения в различных областях экономики.

Заключение

.

Эксплуатация элементов БРЭО по заданному ресурсу обеспечивает (по данным моделирования) повышение надежности по внезапным отказам (по среднему времени безотказной работы) на 30−60%. Организация предупредительных замен «стареющих» элементов БРЭО легко «вписывается» в существующую систему технического обслуживания ВС ГА. Предупредительные профилактические замены элементов являются одним из научно обоснованных путей продления ресурса БРЭО ВС ГА.

По результатам проведенных исследований в диссертации получены следующие научные и практические результаты.

1. Известный и теоретически хорошо разработанный метод оптимальных предупредительных замен стареющих элементов сложных технических систем, но нереализуемый на практике в силу отсутствия необходимой статистической информации о функциях интенсивностей отказов элементов авиационных систем, дополненный приемлемыми для практики допущениями в сочетании с эвристическими оценками, доведен до инженерных предложений.

2. С этой целью разработаны инженерные методика и программы вычислений, реализация которых опробована на объектах РЭО самолета ТУ-154. Кроме того, по результатам вычислений составлены обширные таблицы, по которым во многих практических случаях можно определить квазиоптимальные интервалы замен стареющих элементов БРЭО.

3. Даны предложения по продлению ресурсов БРЭО ВС ГА, что особенно актуально для ГА, так как около 30% бортового оборудования работает за пределами установленных ресурсов.

4. Предложен метод, позволяющий определить необходимый комплект запасных элементов для обеспечения и реализации инженерного подхода к проведению предупредительных замен стареющих элементов БРЭО ВС ГА.

5. Разработано новая математическая модель, позволяющая в часто встречающемся на практике случае ограниченного исходного статистического материала об отказах стареющих элементов БРЭО ВС ГА давать статистическую оценку рассчитанных интервалов замен элементов стареющего типа.

6. Разработанное математическое обеспечение может быть использовано и внедрено в авиакомпаниях при совершенствовании методов и способов технического обслуживания ВС ГА.

7. Известная математическая модель оптимизации затрат в системе с доходом изложена с целью решения задач в области ГА. Для ее реализации составлена оригинальная программа вычислений, приведенная в диссертации, которая позволяет оптимизировать эксплуатационные затраты на поддержание и повышение надежности, например, в авиакомпаниях, работающих при переходе к рынку в условиях полной хозяйственной самостоятельности.

8. Расчеты показали, что оптимальные затраты на повышение надежности в авиакомпаниях должны составлять примерно 2% от полученного дохода.

9. Отработанная в диссертации оригинальная вычислительная программа оптимизации затрат в системе с доходами является универсальной и может найти широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, на транспорте, в промышленности.

10. При внедрении в перспективе в ГА метода эксплуатации по состоянию предложенный метод предупредительных замен не потеряет актуальности, так как направлен на предупреждение не постепенных (как метод эксплуатации по состоянию), а внезапных отказов БРЭО ВС ГА.