автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.07, диссертация на тему:Обоснование и разработка автоматизированной системы обеспечения и контроля качества стартовых комплексов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ" - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СТАРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность: 05.07.07 - Контроль и испытание летательных аппаратов

и их систем

На правах рукописи

БЛАТИКОВ Григорий Алексеевич

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2009

003459661

Работа выполнена на кафедре "Стартовые комплексы" ГОУ ВПО "МАТИ" -Российского государственного технологического университета имени К.Э. Циолковского

Научный руководитель:

- кандидат технических наук, доцент, Заслуженный конструктор РФ

Ю. Ф. КУКУШКИН

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор

Р. В. БИЗЯЕВ

- доктор технических наук А. В. ФЕДОРОВ

Ведущее предприятие:

ФГУП "ОКБ "ВЫМПЕЛ'

м

Защита состоится "J9" февраля 2009 года в 15 час. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Д 212.110.02 ГОУ ВПО "МАТИ" - Российского государственного технологического университета имени К.Э. Циолковского по адресу: 109240, г. Москва, Берниковская наб., д.14, стр.2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "МАТИ" -Российского государственного технологического университета имени К.Э. Циолковского

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью организации) прошу направлять по адресу: 121552, г.Москва, ул. Оршанская, д.З, Диссертационный Совет Д 212.110.02 ГОУ ВПО "МАТИ" - Российского государственного технологического университета имени К.Э. Циолковского

Автореферат разослан " • 2009 года

Ученый секретарь Диссертационного Совета

Д 212.110.02 доктор технических наук, доцент

Силуянова М. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В настоящее время при проектировании и создании сложных ракетно-космических систем, таких как стартовые комплексы, большое значение придается обеспечению требуемого уровня качества. От решения этой проблемы зависит конкурентоспособность российских стартовых комплексов (СК), как на внутреннем, так и на мировом рынке аэрокосмических услуг.

Непрерывный процесс технического развития СК, необходимость создания СК новых поколений приводят к совершенствованию их технико-экономических показателей, повышению требований к надежности и безопасности, что, в конечном итоге, свидетельствует о повышении требований к их качеству.

Все созданные на сегодня СК уникальны. Каждый из них является системой "большого масштаба", отличающейся от обычных механических систем не только количеством составных частей (агрегатов, систем и т.п.), но и характером связей между ними. Хотя поиск системных подходов к применению решений по обеспечению требуемого уровня качества при создании СК осуществляется постоянно, необходимость в них не пропадает, а лишь из года в год приобретает все большую значимость.

Теоретическое обоснование методов анализа СК и их составных частей дано в работах В.Н. Соловьева, В.Н. Челомея, Г.П. Бирюкова, И.В. Бармина, Б.К. Гранкина, В.Н. Кобелева, А.К. Недайводы А.В. Альбрехта, Р.В. Бизяева, В.И. Смирнова. В работах А.И Киселева, А.А. Медведева, Г.Б. Петухова, В.В. Козлова, В.Е. Прохоровича, А.В. Владимирова заложены теоретические основы анализа эффективности и качества сложных ракетно-космических систем. Вопросы использования системного анализа при эксплуатации СК рассматривались в работах В.Л. Гузенко, В.Е. Прохоровича, А.В. Федорова. Результаты этих работ сыграли положительную роль в развитии теории и обобщении практики обеспечения качества как ракетно-космических комплексов в целом, так и отдельных его составляющих, в том числе СК.

Вышеупомянутые работы, в основном, посвящены отдельным проблемам обеспечения качества, в частности проблемам обеспечения надежности и безопасности. Однако в них в незначительной мере рассматриваются вопросы комплексной оценки качества. Поэтому основным из направлений данной диссертационной работы является проблема синтеза и оценки комплексного показателя качества СК. Решение этой задачи является одной из главных составляющих проблемы создания автоматизированной системы обеспечения и контроля качества.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИИ. Целью исследований, выполненных в рамках диссертации, является обеспечение требуемого уровня качества СК на основе единого методологического подхода к рассмотрению задачи комплексной оценки качества СК и их составных частей (СЧ), реализованного посредством разработки автоматизированной системы обеспечения и контроля качества. Под СЧ понимаются агрегаты и системы СК.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ диссертационных исследований, выносимые на защиту:

1. Алгоритм решения задач по обеспечению требуемого уровня качества на стадии проектирования СЧ СК.

2. Методическое обеспечение управления техническим состоянием СЧ СК при эксплуатации с учетом результатов мониторинга. \ (■

3. Автоматизированная система обеспечения и контроля качества: разработан внутренний интерфейс системы; реализованы основные функциональные модули автоматизированной системы и обеспечена их информационная и аппаратная согласованность.

4. Методика применения автоматизированной системы обеспечения и контроля качества.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертации заключается в следующем:

1. Получен обобщенный показатель качества СЧ и СК в целом, разработанный на основе проведенного исследования единичных показателей качества.

2. Представлены системные показатели, предназначенные для контроля и обеспечения качества проектируемых и эксплуатирующих СК: критерии уровня организации элементов СК, показатель равномерного обслуживания ракет космического назначения (РКН), показатель производительности СК и др.

3. Сформулированы математические модели СЧ СК, применяемые для оценки уровня их качества при создании и функционировании.

4. Реализован внутренний язык математического программирования для автоматизированной системы обеспечения и контроля качества.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, строго обоснованы математическим аппаратом теории множеств, дифференциального исчисления, теории вероятностей, законами и зависимостями теории надежности, технических измерений и контроля, методами системного анализа, принципами системного подхода, а также теорией автоматов, языков и вычислений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Материалы диссертации задействованы в учебном процессе ГОУ ВПО "МАТИ" - РГТУ им. К.Э. Циолковского при подготовке инженеров по специальности "Стартовые и технические комплексы ракет и космических аппаратов", а также бакалавров и магистров в рамках направления "Авиа- и ракетостроение". Кроме того, результаты работы частично использованы при работе по международному проекту "Морской старт", а также создании комплексов "Наземный старт", КБЬУ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основное содержание диссертации отражено в 19 публикациях. Результаты работы докладывались на всероссийских и отраслевых научно-технических советах, конференциях и семинарах.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы (122 наименования); изложена на 167 страницах машинописного текста и содержит 84 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследуемой проблемы, определена цель работы, выбраны направления исследований, обеспечивающих достижение поставленной цели.

В первой главе рассмотрен СК как объект обеспечения качества, а также исследованы его основные характеристики. Проведен анализ конструкторско-технологических и эксплуатационных показателей качества. На основе анализа был сформирован и научно обоснован обобщенный показатель качества СК. Подробно

рассмотрены единичные показатели качества, которые в своей совокупности влияют на обобщенный показатель качества. Требуемый уровень качества СК задается условиями, которым должны удовлетворять значения единичных показателей его качества. Эти условия называются критериями оценивания качества СК, а проверка их выполнимости - оцениванием качества СК. При оценивании качества СК, описываемого многомерными векторными показателями, предложена совокупность критериев, каждый из которых, в общем случае, может принадлежать к одному из следующих классов.

1. Критерий пригодности

G:f){xue{xf}) = U, ~ (1)

<=1

где П - символ булева пересечения; U— символ достоверного события; {xf} - область допустимых значений.

2. Критерий превосходства

т п п

S '• П V\xij е {■*<} П П П(*,/ (2)

;=w=i >=\]ф!

3. Критерий оптимальности

О: П (x,j е {} Л П К = <) s U, (3)

i=l lejt,

где х°кр' — оптимальное значение показателя к-то свойства, к0 - множество оптимизируемых свойств.

Результаты, полученные в этой части исследований, необходимы для детального анализа СК и их СЧ как сложных объектов обеспечения качества. Проведено исследование конструкторско-технологических и эксплуатационных показателей качества СК. Проведенный анализ показателей качества дал возможность выявить наиболее актуальные и приоритетные направления, которые в первую очередь необходимо рассматривать при решении задачи обеспечения качества.

На основе проведенных исследований сформулированы и решены следующие задачи:

• разработан алгоритм решения задач по обеспечению требуемого уровня качества на стадии проектирования СЧ СК, предназначенный для обеспечения качества СК на ранних стадиях разработки;

• сформулированы математические модели, используемые для оценки уровня качества создаваемых СЧ СК;

• разработаны мероприятия по управлению качеством в процессе создания СК и создан автоматизированный программный модуль анализа и оценки надежности СЧ СК, предназначенный для обобщения статистики отказов и выявления неисправных СЧ СК для их последующей модернизации или принятия решения о прекращении их эксплуатации;

• решена задача проектирования СЧ СК с использованием разрабатываемой автоматизированной системы;

• предложены средства контроля и обеспечения качества СК и его СЧ при эксплуатации;

• разработана автоматизированная система обеспечения и контроля качества СК и проведена ее апробация применительно к СЧ СК.

СК как объект обеспечения качества

Показатели качества СК

Основные понятия в области систем менеджмекта качества в соответствии с международными стандартами серим

ИСО

„ Постановка задач диссертационной работы

Системные показатели качества СК Алгоритм решения задач по обеспечению требуемого уровня качества на стадии проектирования СЧ СК

Анализ надежности СК

Математические модели, применяемые для оценки уровня качества создаваемых СЧ СК. Выбор средств для разработки прикладного программного обеспечения

>- Общая модель надежности СК

Управление качеством СК на этапе проектирования

Типовые подходы к обеспечению качества, применяемые при эксплуатации СК

Контроль и обсспсчскис качества СК и его СЧ при их эксат>атации

Средства кокфоля технического состояния СЧ СК

Методическое обеспечение ^ управления техническим состоянием СЧ СК с учетом результатов мониторинга

^ 4 "Разработка программно-^ методического базиса автоматизированной системы обеспечения и контроля „.качества СК

Реализация основных функциональных модулей автоматизированной системы и обеспечение их информационной и аппаратной согласованности

Построение внутреннего интерфейса автоматизированной системы

Структуры данных, используемые в автоматизированной системе обеспечения и контроля качества СК

Применение теории ^ конечных автоматов

при создании внутреннего интерфейса автоматизированной системы Методика применения автоматизированной системы обеспечения и контроля качества

Применение разработанной автоматизированной системы при просктно-конетрукторском обеспечении качества СК

Рис.]. Методологическая схема диссертационных исследований

Сформирована методологическая схема проведения исследований (рис.1), регламентирующая последовательность решения основных задач и ожидаемые результаты на каждом из этапов.

Во второй главе проведены исследования средств проектно-конструкторско-го обеспечения качества СК. Обоснован и разработан алгоритм решения задач по обеспечению требуемого уровня качества на стадии проектирования СЧ СК.

Предложены системные показатели, предназначенные для контроля и обёспе-чения качества проектируемых и эксплуатируемых СК. Введено понятие организации как структурной характеристики качества элементной структуры СЧ, играющей важную роль при системном анализе разрабатываемых комплексов. Мера организации элементной структуры СЧ определяет качество функционирования СК. Меру организации элементной структуры СЧ можно выразить через энтропию.

Пусть СЧ СК может принимать ряд дискретных состояний Я,,Я2",...,#„,. Если провести достаточно длительное наблюдение за СЧ СК, то по частоте возникновения любого из состояний можно судить о вероятностях через Р(Н1),! = \,2,...,т.

При этом должно выполняться соотношение:

т <=1

где т - число дискретных состояний.

. Под интегральной энтропией дискретных величин Р(Нпонимается следующая величина:

т

э5=-ЕДЯ, )log„/>(//,). (4)

Ы1

Интегральная энтропия ЭЛ- характеризует неопределенность в состоянии СЧ

СК.

При P(Hi) = P(H1) = ... = P(Hm) = — согласно (4) получим:

т

3Sm=bgam- (5)

Любые законы распределения величины P(Hj), кроме закона равной вероятности, дают значение энтропии, лежащее в интервале 0 < Э5 < Э5тах.

В качестве меры организации для оценки сложных систем используется следующая функция:

чМ-^-- <6>

4S max

Относительный уровень организации лежит в пределах: 0 < 77° < 1. Условие повышения уровня организации СЧ СК в процессе совершенствования его структуры:

Это условие означает, что скорость изменения уровня организации СЧ СК в процессе его совершенствования должна быть положительной.

Из (7) при Эх max = const можно получить более простое по структуре и смыслу

условие организации элементной структуры СЧ СК: ср

dt

Также из (7) при Э5 = const можно получить другое простое по структуре и

смыслу условие повышения уровня организации элементной структуры СЧ СК:

d3f____

->0-

А.

Это условие означает, что повышение уровня организации будет увеличиваться, если увеличивать число состояний СЧ СК.

На основании (4) и (5) уравнение (6) можно переписать в следующем виде:

т

1ЖЯ,.)1оЕа/>(#,)

+ ^-- (8)

loga т

Для вычисления количественного показателя организации как меры изменения организации сложных систем может быть использована следующая функция, характерная для комбинаторной теории информации:

0 = k\nN\, (9)

где Л' - число СЧ в системе; А=1,443 - постоянный коэффициент.

Разностный критерий для оценки уровня абсолютной организации элементной структуры СЧ СК:

Б шах

(10)

На основании (4) и (5) уравнение (10) можно переписать в следующем виде:

т

п'з-^т + ^Н^РЩ,). (11)

/=1

На рис.2 представлены графики изменения уровня абсолютной организации (сплошные линии) и относительного уровня организации (пунктирные линии) в зависимости от числа состояний исследуемого СК.

Уравнения (8) и (11) позволяют решать задачи управления совершенствованием структуры СЧ СК.

0,5 0,4 0,3 0,2

у

\

0 123456789 10 "

Рис.2. Графики зависимости уровня абсолютной организации и относительного уровня организации от числа состояний СК

>4» ц —ч \ \ \ ^ \ \

\ N \ <> <

\ \ \ \ \ \

\ \ \ \а \ ч N

\ ч Ьч ч: N \ ч N

\ \ \ V £ ч \

\ \ ч

3 \ \ ? V \1

К' \ N1 чч

\ \ \

-\ogrn

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 ] 1,1 1.2 1,3 1,4 1,5

Рис.3. Графики зависимости уровня абсолютной организации и относительного уровня организации от значений loga т

Из рис.3 видно, что график изменения уровня абсолютной организации (сплошные линии) всегда изображается гипотенузой равнобедренного прямоугольного треугольника с катетами, равными т, и только в случае т = 1 вырождается в точку, которой приписывается значение уровня организации, равное нулю.

Полученные результаты позволяют производить количественный анализ структуры создаваемых СЧ СК. 8

Для оценки и сравнения комплексных технических решений и проектов предложено использовать ряд симплексных характеристик качества.

Показатель равномерности потока обслуживаемых РКН, применение которого имеет смысл при Ту > 0:

тп

где Ту - установившийся период функционирования СЧ СК; Т*ш - время окончания

всех операций процесса обслуживания РКН; т - количество обслуживаемых РКН; п - вид технологической операции выполняемой с одной РКН. Показатель производительности СЧ СК

Т

А тп

Показатель расхода времени на обслуживание одной РКН:

г = Тк. (14)

т

Показатель равномерности функционирования СЧ СК (для режима ритмичного функционирования):

Г" +Т

З^ЛШ-(15)

2Т к

Показатель неравномерности использования СЧ (для режима ритмичного функционирования):

е -

Т" -Т -

л тп 1 р

(16)

где 7р - период развертывания; Тс - период свертывания.

Показатель совмещенности спег\иализированных потоков технологических операций во времени:

т п

11(1^ + ^)-С,

5 =-^---(17)

т п 1т

Т + <Р0) - тах^ Кулу + <РцП /=1>=1 ] 1/=1 J

где ц/^ - продолжительность технологических операций с РКН, выполняемых параллельно; <рц - продолжительность последовательных технологических операций.

Все эти показатели играют определяющую роль в системе качества создаваемых СЧ СК, характеризуя их эффективность [17,18,19].

Проработаны вопросы формирования структуры СЧ СК. Практическое значение этих результатов заключается в том, что они позволяют на ранних стадиях проектирования производить количественный анализ структуры создаваемых СЧ СК с целью исследования возможных вариантов структуры для выбора базового варианта, отличающегося максимально возможной простотой и максимально возможным уровнем организации.

Для получения обобщенного показателя качества СК необходимо учитывать весомость отдельных групп показателей качества по следующей зависимости:

п п

[Л V ¡г X.

_ 0|Л.| +а2Л2 +..м„К„ _ /=| ^¡^

а1+о2+... + ал

/=|

где ах,а2,...,ап - коэффициенты весомости групп; К1,К2,...,К11 - коэффициенты показателей качества.

В свою очередь, коэффициент весомости определяют в зависимости от предъявляемых к СК требований. Каждая группа показателей качества, в свою очередь, характеризуется переменным количеством компонентов в зависимости от вида и назначения СЧ СК. Такие компонента имеют различную весомость и могут быть определены по выражению:

Угг'Л*'

к - а\К\ + а2К2 + - + ^ М_, (19)

7=1 7=1

где а[,а'г...а{ - коэффициенты весомости компонентову; К{,К{...К{ - компоненты, формирующие группу у.

Таким образом, зависимость (19) для определения коэффициента качества СК принимает вид:

Ыц Ыц

а,^-+ а2^-г--+ ... + ая=Ц/-

К =---&-, (20)

П /=1

где Б, г, II- количество компонентов в группах (1,2,...,Л0; и - число групп показателей качества.

Выбор оптимального варианта структуры СК является главной задачей начальных стадий создания (исследований, технических предложений, эскизных проектов). Главное внимание в этом аспекте уделено разработке математических моделей, позволяющих формализовать и исследовать предлагаемые варианты структуры СК. Одной из задач в данной главе является исследование и систематизация мероприятий по анализу надежности СК. Предложены математические модели, применяемые для оценки уровня качества создаваемых СЧ СК, выполнена их классификация и предложены средства для их программной реализации [1,3].

Приведен пример программной реализации этих моделей - на основе методики расстановки датчиков контроля состава воздушной среды в системах взрывопре-дупреждения (рис.4-5) [1,3,5].

Подсистема автоматизированных расчетов по расстановке датчиков контроля газовоздушной среды была протестирована на показателях, использованных для проектирования систем газового контроля по международному проекту "Морской старт" (рис.6). Проведенные с помощью созданного компьютерного модуля расчеты показали высокую точность, быстроту вычислений и адекватность по отношению к реальным процессам.

ЖМШ«. [Н/С| к п«4»дя»г. 4н)а|| миНигЮга к*

рыгвп а«»»«« М

Н"ЛП ри-ап К штиля ЛЬ «фк*м якм И!ф) Я»

ЯЬ.аираэч ми 1>рИЧГГ» ГШ V/ (Т''нв.и|

Т«о»>>17111 г Т( [К]

««№ ГГГ"

|М№ [•да

*1Э | Т!НМ(ЦД| ШфО I «I

Рис.4. Расчет минимальной интенсивности утечки газа

Рис.5. Расчет высоты расположения датчиков

Рис.С Размещение технологически го оборудования и системы газового контроля на нижнем ярусе стартовой платформы: 1-технологическое оборудование системы заправки горючим; 2 — оборудование системы заправки кислородом; 3 - система производства сжатых газов; 4 - помещения системы обеспечения сжатыми Разами; 5 - оборудование и технические средства пожарной системы; 6 - технологическое оборудование воздушной системы обеспечения термостатирования: 7 -- система охлаждения; 8 - гидростанция и контрольная аппаратура пультов управления; 9 - рессиверная; 10 - хранилища ЗИМ технологического оборудования и комплексной автоматизированной системы управления подготовкой пуска; 1 I - мастерские для ремонта технологического оборудования, аппаратуры и машинного отделения: 12 - комната телефонной связи: 13 - технологические помещения, в которых необходим контроль г аз о воздушной срсды.

Сформирована общая модель надежности СК. Рассмотрены подходы к составлению матриц состояний и переходов. Описана модель надежности СК системой дифференциальных уравнений.

Третья глава посвящена решению задач обеспечения качества СК при их эксплуатации.

Исследованы типовые подходы к обеспечению качества, применяемые при эксплуатации СК. Проанализировано обеспечение и контроль качества СК и его СЧ при их эксплуатации. Рассмотрены средства контроля технического состояния СЧ СК. Сформулировано методическое обеспечение управления техническим состоянием СЧ с учетом результатов мониторинга.

Разработана методика, предназначенная для контроля СК при эксплуатации. Использование представленной методики производится с целью оценки возможности продления срока эксплуатации СЧ СК [9]. Программный модуль на основе данной методики значительно упрощает работу инженера, который производит контроль над СК. Разработанная программная реализация данной методики входит в состав автоматизированной системы обеспечения и контроля качества.

Оценка и прогнозирование срока службы СЧ СК рассматриваются как процесс определения времени достижения контролируемым параметром своего предельного значения. Предельное значение контролируемого параметра СЧ СК определяется нормативной технической, конструкторской или эксплуатационной документацией.

Теоретической основой оценки и прогнозирования срока службы СЧ СК при его продлении является обработка результатов наблюдений и измерение контролируемого параметра через некоторые интервалы времени методом наименьших квадратов. В качестве аналитической функции в настоящей методике используется квадратичная зависимость изменения контролируемого параметра от времени

y = gx+g2' + git2, (21)

где g|, g2, g3 - неизвестные коэффициенты; / - временной параметр; у - контролируемый параметр СЧ СК.

В методике рассматриваются ситуации как монотонного убывания, так и монотонного возрастания контролируемого параметра. При этом если контролируемый параметр монотонно возрастает, то его наблюдаемые значения пересчитываются в монотонно убывающие по формуле:

у, = е-у\,1= \,2,...,N, (22)

где у' - значения монотонно возрастающего контролируемого параметра СЧ в /'-й момент времени контроля; s — предельное значение монотонно возрастающего контролируемого параметра СЧ СК; у, - пересчитанное значение монотонно возрастающего контролируемого параметра СЧ СК в монотонно убывающий в /'-й момент времени контроля.

Методика разработана для ситуаций, в которых контроль параметра СЧ СК осуществляется через произвольные интервалы времени At, что является наиболее эффективным при подтверждении срока их эксплуатации, то есть

At = t/+j -t, = var. (23)

Возможно использование методики при контроле параметров СЧ СК через равные интервалы времени, то есть

At = tM - tj = const. (24)

Исходные данные для оценки и прогнозирования срока службы СЧ СК при продлении срока их эксплуатации следующие: /, - срок службы СЧ СК при /'-м контроле параметра; у, - значение контролируемого параметра СЧ СК в ;'-й момент измерения; е - предельное значение (верхнее или нижнее) контролируемого параметра СЧ СК в соответствии с нормативной документацией и др.

Для оцениваемой СЧ через некоторые произвольные интервалы срока службы Д?, начиная со значения производятся измерения контролируемого параметра, характеризующего его различные состояния.

Для оценки срока службы СЧ обычно проводится свыше десяти измерений контролируемого параметра. Результаты измерений монотонно убывающего или монотонно возрастающего контролируемого параметра заносятся в таблицу, для чего создан специализированный программный модуль.

Если контролируемый параметр СЧ СК с увеличением его срока службы монотонно возрастает, то результаты измерений пересчитываются по формуле (22).

С использованием исходных данных и данных из таблицы 1 рассчитываются следующие величины:

Я >0,1^; (25)

(26)

где Н- время, не превышающее одной десятой времени эксперимента; - время за которое проводились наблюдения; //, - количество циклов, которое может отработать СЧ при /'-м контролируемом параметре.

Таблица 1. Результаты измерений

Измеряемые и пересчитанные величины № измерения

1 2 N

Ь к Н 'н

у\ У\ У\ У';

У\ У2 Уы

С использованием данных таблицы 1, а также значений, полученных по формулам (25) и (26), определяются следующие параметры математической модели (рис.7-8):

Щ = I У,; = I и,У,; = I и}У,; (27)

/=1 /=1 ;=1

N N „ N N

V = I», \Ф = 2>,2; ч = 2>,3 ; ® = • (28)

/=1 <=1 /=1 (=1

[ГС. Ф & [тин' (тЛга

1 [жв л„ рЗ~ _

Рис.7. Рабочее окно определения Рис.К. Пользовательское окно на этане

параметров математической модели выбора значения параметра у

Далее определяются оценки коэффициентов квадратичной зависимости:

(29)

где Л22 - Ыа>~фг\ Л[2 = Л2, = -ща> + фг}\ Л23 -Л31 = ц/ф - Л'>;;

А\ъ = <^31 ~цп\~фг\ Л — ЫА^ ] +ц/Ап + фАи\ Аъъ - N ■ (р-<$. Определяются средние квадратические отклонения оценок, полученных по формуле:

где

(30) (3!)

Вычисляются оценки средней квадрата ческой зависимости

где у - коэффициент, значения которого выбирают табличным способом в зависимости от значения доверительной вероятности Р и числа степеней скоболы К - N - 3 (рис.8). Как правило, на практике доверительный интервал Р выбирается па уровне 0.90-0.96.

Определяется уточненная оценка значения g<, для чего применяется система равенств

[^„если^й^

где Уй = М ~ <Р\

На завершающем этапе работы с системой оценивается срок службы 1р СЧ СК для заданной доверительной вероятности I'

(33)

(34)

(35)

11 +

н{а +4~г\

если ■Гг > а\ если я/г < а:

+ // ^—^-.если г <0, &г

где

а = —

(37)

У--5

г = а2-р.

(38)

(39)

Полученная оценка как значение времени, по истечении которого контролируемый параметр достигает своего предельного значения, используется для принятия решения при подтверждении срока эксплуатации СЧ СК или увеличения этого срока сверх значения, установленного при проектировании [9].

В четвертой главе представлены результаты разработки программно-методического базиса автоматизированной системы обеспечения и контроля качества. Рассмотрена реализация основных функциональных модулей автоматизированной системы обеспечения и контроля качества СК. Приведено описание основных компонентов разработанной системы.

Автоматизированная система обеспечения и контроля качества является многомодульным программным продуктом, предназначенным для решения задач управления качеством СК. Данные поступают на вход одного модуля, обрабатываются и, при необходимости, передаются последующим модулям. Под необходимостью передачи данных в следующие модуль понимается то, что результаты обработки информации, выходящие из предыдущего модуля, при условии достаточности являются конечными и пойдут на выход из автоматизированной системы качества в составе общего решения [12].

Разработанная система обеспечивает решение задач математической увязки СЧ СК с показателями качества (надежность, безопасность, устойчивость, живучесть и др.); расчета значений показателей качества СЧ СК; хранения результатов расчета с обеспечением защиты информации от несанкционированного доступа; разработки мероприятий по повышению уровня качества СК до допустимой величины в том случае, если по результатам вычисления он оказался ниже нормы; адаптации СК под международные системы стандартизации и сертификации на основе применения компьютерных технологий и т.п.

К возможностям системы, направленным на повышение эффективной работы пользователя, можно отнести обеспечение пользователя удобными и "гибкими" средствами для проведения расчетов; предоставление эффективных средств для поиска и сортировки хранящейся информации; возможность расширения математического аппарата ("самообучение" системы); получение отчетов по проведенным вычислениям и другой информации, хранящейся в базе данных и т.п.

Разработка внутреннего интерфейса автоматизированной системы контроля и обеспечения качества заключалась в программной реализации лексического анализатора; построении синтаксического анализа; реализации программных процедур и функций построения деревьев разбора и приведений; разработке грамматики внутреннего языка программирования; выборе и программной реализации структур данных; реализации программных модулей, использующих теорию конечных автоматов; создании лингвистического обеспечения автоматизированной системы [6].

Программная реализация описанных выше подходов гарантирует эффективную работу автоматизированной системы при решении задач обеспечения и контроля качества СК.

Обоснована возможность применения разработанной автоматизированной системы при проектно-конструкторйеом обеспечении качества СК (рис.9). Приведен пример использования внутреннего языка математического программирования системы мри реализации инженерно-аналитического аппарата. Также показаны возможности расширения системы обеспечения и контроля качества СК для агрегатов и систем других отраслей промышленности.

Пользователю предоставляется достаточно информативное рабочее пространство. где он может видеть основные показатели качества, а также СЧ СК. которые были им заранее введены для оценки уровня их качества. При вводе новых СЧ СК для оценки уровня качества, результаты ранее введенных и рассчитанных СЧ хранятся в системе. При интенсивной работе пользователя с автоматизированной системой он получает специализированную базу данных (базу знаний), в которой хранится перечень введенных СЧ СК. их связь с показателями качества; созданные пользователем математические методики расчета единичных или комплексны* показателей качества, а также результаты вычислений и оценки.

I ь bii4JJM.li!.

Файл Установки Г^кикт Спрмед

Э/дачепты стартового котлеясв 3 Надежность Безопасность Устойчивость 3 Живучесть 1 Старость (ЭпалогичкктотЭрг

Бзцид обслцжийЛ»« Гдэонш отвоол газов Залравотзя система г<адо**<м За*травочн*а система <*.нспитемм Кайегь-матга Система безопасности Система газоснабжения Система термостат Стартовое соорщжв»ио с пусковой I Транатс0Гно^амово«#<ый агрегат

Устройство сть*овли оапроочнь«» Устройство аьковкн

Н«М!КН1« М

Уств**нпцяа* Надгввсть

Жщу^сп. СтоЗкмп,

Рис.9. Фрагмент рабочего окна системы обеспечения и контроля качества

Упомянутая выше связь показателей качества СЧ С К может быть описана двумя способами: с помощью фиксированных параметров и свойств, а также с помощью соответствующей методики расчета. Для описания связи с помощью расчетных методик в системе предусмотрен специализированный внутренний язык математического программирования, с помощью которого пользователь получает возможность использования любого математического аппарата, наряду с тем, который имеется в составе базового математического обеспечения [10]. При реализации автоматизированной системы в состав базового математического аппарата были интегрированы методика проведения расчета значений вероятности безотказной работы составных частей СК; методика расстановки датчиков контроля состава воздушной среды в системах взрывопредупреждения; методика прогнозирования срока службы СЧ СК по контролируемому параметру на этапе эксплуатации и т.п. 16

Перечисленные выше методики предоставляют пользователю математический аппарат для расчета значений показателей качества, а также обеспечивают графический интерфейс для работы с этими компонентами [14,15,16]. В качестве примера рассмотрим расчет значений вероятности безотказной работы СЧ СК. Диалог с пользователем при проведении вычислении с помощью интегрированных методик сводится к вводу необходимых для расчета значений в соответствующие поля (рис.10) с проведением последующих автоматизированных расчетов [2].

Рис, 10. Диалоговое окно при проведении расчета вероятности безотказной работы СЧ СК

Рис. 11. Рабочее окно вычисления среднего квадратического отклонения интенсивности отказов

В составе автоматизированной системы разработана база данных, предназначенная для сбора, обработки и изучения статистической информации об отказах СЧ СК [4,7,8]. С помощью базы данных анализа и оценки надежности СЧ СК можно решить такие задачи, как выявление отказавшей СЧ: определение причины отказа; разработка мероприятий, которые обеспечат дальнейшую работу СЧ; оценка надежности систем (рис.12).

*¡n ttw** HltOHM Оф****

Л(И.1«1 ttfílS u>Jtt.'¿m лги?

нвмте» irfirt ts оэ. i«a i io?e

WBIHlft NWítOOl •ижташ WtUKl №94 UM

Рис.12. База данных анализа и оценки надежности СЧ СК

В целом разработанная автоматизированная система является универсальным средством для проведения исследований и расчетов как в области обеспечения качества СК, так и для проведения исследований в других областях промышленности. Эта возможность обусловлена следующими преимуществами системы:

во-первых, разработанный для системы внутренний язык математического программирования является мощным средством разработки (по возможностям срав-

ним с такими системами, как Match Cad, Match Lab и др.), позволяющим создавать программы для расчетов по сложным математическим и инженерным методикам;

во-вторых, к системе возможно подключать дополнительные модули, разработанные специалистами других областей промышленности [11,13].

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Выполненные исследования и их результаты свидетельствуют о достижении поставленной в диссертационной работе цели - обеспечении требуемого уровня качества СК на основе единого методологического подхода к рассмотрению задачи комплексной оценки качества СК и их СЧ, реализованного посредством разработки автоматизированной системы обеспечения и контроля качества.

1. Рассмотрен СК как объект обеспечения качества, а также исследованы его основные характеристики. Проведен анализ показателей качества СК, что дает возможность выявить наиболее приоритетные показатели, которые в первую очередь необходимо рассматривать при решении задачи обеспечения качества. По результатам анализа показателей качества создана матричная модель взаимосвязи показателей качества СЧ и СК в целом, которая легла в основу разработки автоматизированной системы обеспечения и контроля качества.

2. Разработан алгоритм решения задач по обеспечению требуемого уровня качества СЧ СК на стадии проектирования. Реализована схема общих методических рекомендаций по анализу и использованию результатов анализа элементной структуры, операционной структуры и функциональной структуры СЧ СК. Обосновано применение необходимого математического аппарата.

3.Исследованы мероприятия по анализу надежности СК. Дано научное обоснование критериев и показателей надежности, описаны методы разработки моделей функционирования СК, представлены методы анализа надежности технических систем, а также методы расчета надежности систем с большим числом состояний. Сформулированы математические модели СЧ СК, применяемые для оценки уровня их качества при создании и функционировании. Приведен пример программной реализации этих моделей - на основе методики расстановки датчиков контроля состава воздушной среды в системах взрывопредупреждения.

4. Получен обобщенный показатель качества СЧ СК и СК в целом, разработанный на основе проведенного исследования единичных показателей качества. Предложены системные показатели, предназначенные для контроля и обеспечения качества проектируемых и эксплуатируемых СК: критерий уровня организации элементной структуры СК, показатель равномерного обслуживания РКН, показатель производительности СК и др.

5. Рассмотрены вопросы управления качеством в процессе создания СК. Дана классификация состояний, в которых находится СК, рассмотрено разделение отказов по причинам. Приведен пример работы пользователя со статистическими данными, касающимися отказов СК "Зенит" и его СЧ за период его эксплуатации. Данная работа проводится с помощью созданной базы данных анализа и оценки надежности СЧ. Реализованная база данных является одним из опциональных модулей автоматизированной системы обеспечения и контроля качества СК.

6. Сформулирована общая модель надежности СК. Рассмотрены теоретические основы составления матриц состояний и переходов. Дано описание общей модели функционирования СК в аспекте надежности в терминах дифференциальных уравнений в частных производных.

18

7. Исследованы типовые задачи управления качеством, применяемые при эксплуатации СК. Проанализированы подходы к контролю и обеспечению качества СК и их СЧ при эксплуатации. Предложено методическое обеспечение управления техническим состоянием составных частей СК при эксплуатации с учетом результатов мониторинга.

8. Разработана подсистема, предназначенная для контроля качества СК на протяжении всего жизненного цикла. Использование этой подсистемы производится с целью оценки возможности продления срока эксплуатации СЧ СК. Разработанная подсистема управления техническим состоянием СЧ СК с учетом результатов мониторинга входит в состав автоматизированной системы обеспечения и контроля качества СК.

9. Разработаны основные функциональные модули автоматизированной системы обеспечения и контроля качества. Приведено описание основных компонентов разрабатываемой системы. Сформированы методы построения внутреннего интерфейса автоматизированной системы. Описаны основные модули, реализованные в системе обеспечения и контроля качества. С использованием теоретических основ программирования компиляторов и теории конечных автоматов создан внутренний язык математического программирования автоматизированной системы. Описаны структуры данных, используемые при создании внутреннего интерфейса системы обеспечения и контроля качества и приведены примеры их использования в работе системы.

10. Разработана методика применения автоматизированной системы обеспечения и контроля качества. Проведена апробация созданной системы применительно к СЧ СК, доказавшая эффективность ее использования.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1.Блатиков Г.А., Смирнов В.И. Автоматизация проектирования систем газового контроля для стартовых и технических комплексов. // Информационные технологии в проектировании и производстве. Вып.2. - М.: ВИМИ, 2002. - С.72 -75.

2.Блатиков Г.А., Бирюков Г.П., Кукушкин Ю.Ф. Методика расчета значений вероятности безотказной работы составных частей ракетно-космических комплексов. // Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. Вып. 5 (77). - М.: ЛАТМЭС -МАТИ, 2002. - С.156-161.

3.Блатиков Г.А., Смирнов В.И. Автоматизация проектирования систем газового контроля для стартовых и технических комплексов ракет. // XXVII Гагаринские чтения. - М.: МАТИ, 2002. - С.112-113.

4.Блатиков Г.А., Торпачев А.В. Разработка баз данных конструкторско-технологического назначения. // Новости техники. Вып. 1. - М.: ФГУП КБТМ, 2002. -С.116-119.

5.Блатиков Г.А. Кукушкин Ю.Ф., Смирнов В.И., Торпачев А.В. Решение задач по обеспечению качества изделий ракетно-космической техники с использованием информационных технологий. // Информационные технологии в проектировании и производстве. Вып.4. - М.: ВИМИ, 2003. - С.60-64.

6.Блатиков Г.А., Торпачев А.В. Основы разработки трансляторов. // Новости техники. Вып. 2. - М.: ФГУП КБТМ, 2003. - С.20-36.

г

7. Блатиков Г.А., Кукушкин Ю.Ф. Разработка автоматизированной системы для анализа надежности стартовых комплексов. // Труды XXVIII академических чтений по космонавтике. - М.: Война и мир, 2004. - С.255-256.

8. Блатиков Г.А., Кукушкин Ю.Ф. Разработка автоматизированной системы для оценки надежности стартовых комплексов. // Новые материалы и технологии НМТ-2004. - М: МАТИ, 2004. - С.62-63.

9. Блатиков Г.А., Кукушкин Ю.Ф., Торпачев A.B. Автоматизированная методика прогнозирования срока службы ракетно-космических комплексов. // Труды XXIX академических чтений по космонавтике. - М.: Война и мир, 2005. - С.250-251.

Ю.Блатиков Г.А., Кукушкин Ю.Ф., Торпачев A.B. Современный подход к созданию автоматизированной системы обеспечения качества изделий аэрокосмической техники. // Информационные технологии в проектировании и производстве. Вып. 1.-М.: ВИМИ, 2005. - С.59-62.

11.Блатиков Г.А., Кукушкин Ю.Ф., Торпачев A.B. Оценка надежности наземного технологического оборудования с использованием специализированного программного обеспечения. // Ракетно-космические комплексы. Вып. 1. - М.: МАТИ -КБТМ, 2005. - С.56-60.

12.Блатиков Г,А., Кукушкин Ю.Ф., Торпачев A.B. Основные принципы создания программных модулей автоматизированной системы обеспечения качества изделий. // Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. Вып. 8 (80). - М.: ИТЦ МАТИ, 2005. - С.256-262.

13.Блатиков Г.А., Кукушкин Ю.Ф., Торпачев A.B. Состав и принципы работы автоматизированной системы контроля и обеспечения качества стартовых комплексов. // Ракетно-космические комплексы. Вып. 1. - М.: МАТИ - КБТМ, 2006. - С.86-91.

14.Блатиков Г.А. Создание программных модулей для автоматизированной системы обеспечения качества стартовых комплексов. // XXXII Гагаринские чтения. -М.: МАТИ им. К.Э. Циолковского, 2006.-С.90-91.

15.Блатиков Г.А. Решение задач обеспечении качества аэрокосмических изделий с помощью специализированной автоматизированной системы. // Новые материалы и технологии НМТ-2006. - М: МАТИ, 2006. - С.103-104.

16.Блатиков Г.А., Торпачев A.B. Принципы взаимодействия программных модулей автоматизированной системы обеспечения качества стартовых комплексов. // Труды XXXI академических чтений по космонавтике. - М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2007. -С.297-298.

17.Блатиков Г.А., Бирюков Г.П. Системные показатели качества стартовых комплексов. // Ракетно-космические комплексы. Вып. 1. - М.: МАТИ - КБТМ, 2007. - С.37-41.

18. Блатиков Г.А., Бирюков Г.П., Торпачев A.B. Оценка эффективности стартовых комплексов с помощью системных показателей качества. // Авиационная промышленность. Вып. 3. - М.: НИАТ, 2008 - С.50-56.

19. Блатиков Г.А., Бирюков Г.А., Торпачев A.B. Анализ качества стартовых комплексов с использованием системных показателей. // Технология машиностроения. Вып. 9. - М.: Технология машиностроения, 2008 - С.69-72.

_Подписано в печать 12.01.2009 г. Объем 1,25 п.л. Тираж 100 экз._-

ГОУ ВПО «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского, Берниковская наб., д. 14, стр. 2