автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Оптимизация характеристик стенда для испытаний комплексов бортового оборудования гражданских самолетов

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ.

На правах рукописи

Рогачевский Александр Маркович

ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ КОМПЛЕКСОВ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГРАЖДАНСКИХ САМОЛЁТОВ.

Специальность 05.13.12 — Системы автоматизации проектирования (приборостроение).

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Немолочнов О.Ф.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Видин Б. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Серёгин В.В.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ЩупакЮ.А.....................

Ведущая организация: ОАО "ОКБ им.А.С.Яковлева"

Зашита состоится "* 2004г. В ^ Ч- ^^ мин. на заседании

диссертационного совета Д 212.227.05 в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, ул.Саблинская, 14. С-Пб ГУ ИТМО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке С-Пб ГУ ИТМО.

Автореферат разослан 2004г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.227.05. кандидат технических наук, доцент

Поляков В.И.

1. Обшая характеристика работы.

1.1 Актуальность работы.

В процессе выполнения разработки любого комплекса боргового оборудования (КБО) необходимо провести испытания первого опытного образца КБО для оценки его соответствия техническому заданию (ТЗ) - основному техническому документу, определяющему перечень требований к разрабатываемому комплексу. Каждый вид испытаний, которому должен быть «одвергнут первый опытный образец КБО (приемосдаточные испытания (ПСИ), предварительные испытания (ПИ), государственные испытания (ГИ)), должен подтвердить соответствие опытного образца КБО требованиям ТЗ и его готовность к следующему виду испытанийТ

Для проведения испытаний опытного образца КБО на предприятии-разработчике КБО должен быть разработан и изготовлен стенд, обеспечивающий проверку соответствия КБО требованиям ТЗ. Кроме того, данный стенд может служить основой стенда серийного завода, проводящего испытания при серийном выпуске КБО.

В настоящее время нет единого подхода к построению подобных стендов, в основном, в части использования в его составе взаимодействующего с КБО оборудования, необходимого для отработки КБО. Взаимодействующее с КБО оборудование может быть представлено в виде реальных систем, аппаратных имитаторов, а также реализованных на базе компьютеров статических, либо динамических моделей систем. Решение по выбору структуры стенда в настоящее время принимается "по наитию", на нём сказываются объективные обстоятельства: отсутствие необходимых временных и финансовых ресурсов, достаточный или недостаточный опыт разработчика, а, самое главное, отсутствие технического документа, регламентирующего построение подобного стенда.

Отсутствие единого подхода к решению данной проблемы отрицательно сказывается на процессе испытаний и приводит к неоптимальному использованию финансовых и временных ресурсов, снижению качества испытаний опытного образца КБО на предприятии-разработчике КБО и при проведении лётных испытании.

Таким образом, существует настоятельная необходимость в понимании оптимального построения стендов для испытаний КБО, разработки методики оптимального построения стендов для использования её в практических целях, чему и посвящена настоящая диссертационная работа.

1.2. Цель работы.

Целью настоящей работы является оптимизация структуры стенда разработчика для испытаний КБО гражданских самолетов в части выработки единого подхода к решению данной задачи, а именно:

1. Выработка критерия для оценки эффективности структуры испытательного стенда.

2. Выработка методики, по которой может быть произведена оценка различных структур испытательного стенда и их сравнение.

3. Выработка методики, позволяющей оптимизировать структуру стенда.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Разработка критерия эффективности выбора структуры стенда для испытаний КБО гражданских самолётов.

2. Анализ критерия эффективности, рассмотрение направлений по его оптимизации.

3. Разработка оптимального и квазиоптимального алгоритмов оптимизации критерия эффективности.

4. Разработка блок-схемы программы вычисления критерия эффективности.

5. Реализация на базе критерия эффективности единых оптимальных принципов построения стендов для исп

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

5 Н Б» 140 ТЕК А

13. Методы исследования.

Методы исследования базируются на использовании математического аппарата теории вероятностей, в том числе, вычислении интегралов от двумерной плотности нормального распределения с помошью функций Оуэна и Лапласа, алгебры матриц и векторов, на теории принятия решений, теории разработки векторных критериев и их оптимизации.

1.4. Научная новизна.

Научная новизна проведённых исследований заключается в том, что "в процессе их проведения впервые было выполнено:

1. Выбран векторный критерий, позволяющий оценивать степень оптимальности структуры стенда для испытаний комплексной вычислительной системы самолетовождения (КВСС) и включающий 3 компоненты:

• суммарные затраты на создание стенда для испытаний КВСС (материальное и программное обеспечение, документация), проведение испытаний на стенде и в натурных условиях, устранение замечаний по результатам испытаний (к аппаратуре, программному обеспечению и конструкторской документации).

• достоверность проведения испытаний на стенде, те. полная вероятность получения "правильного" результата проверки КВСС на стенде.

• надёжность функционирования испытуемого объекта (КВСС) и средств контроля (стендовое оборудование, включающее материальное и программное обеспечение) в процессе испытаний.

2. Разработаны алгоритмы оптимизации характеристик испытательного стенда:

• оптимальный - предусматривающий декомпозицию программы испытаний на отдельные фрагменты, оценку каждого из фрагментов по 3-м компонентам с учётом весовых коэффициентов, расчёт критерия эффективности для данной структуры стенда, некоторое количество изменений структуры стенда с расчётом значений критерия эффективности для каждой структуры и выбор оптимальной структуры с максимальным значением критерия эффективности;

• квазиоптимальный, отличающийся от оптимального самостоятельным анализом каждой компоненты критерия, начиная со стоимостной, и переходом к анализу следующих компонент с использованием структуры стенда минимальной стоимости.

3. Разработана методика оптимизации параметров испытательного стенда, позволяющая оценивать эффективность любых структур стенда на соответствие критерию эффективности, сравнивать их и оптимизировать структуру стенда.

4. Разработаны алгоритмы моделирования информации спутниковой навигационной системы СН-3301 (статическая модель) и курсового гироскопа ГА-8 (статическая и динамическая модели), адекватность которых работе реальных систем подтверждена анализом результатов моделирования в среде MATLAB 5.2. с использованием пакета SIMULINK.

13. Достоверность результатов.

Научные положения, выводы и рекомендации, представленные в диссертационной работе, строго аргументированы, их достоверность является установленным фактом.

"Достоверность полученных результатов обеспечивается строгостью постановки математических и технических задач, подтверждается корректным использованием теории и возможностью контроля математических выкладок на каждом этапе решения задач.

1.6. Практическая ценность.

Практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов заключается в следующем:

1. Разработана блок-схема программы вычисления критерия эффективности.

2. Произведена оценка 4-х вариантов структур стенда для испытаний КВСС, их сравнение и квазиоптимизация структуры стенда.

3. Предложены единые принципы построения стенда для испытаний КВСС гражданских самолетов, что позволяет оптимизировать проведение испытаний с сохранением необходимых по ТЗ объемов проверок.

1.7. Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы внедрены и использованы- в ФГУП "Санкт-Петербургское ОКБ "Электроавтоматика" при разработке стендов для испытаний КБО гражданских самолетов АН-74ТК-300, ТУ-334, С-80, а также используются в учебном процессе в Санкт-Петербургском ГУ ИТМО по направлению 652300 "Системы управления движением и навигация".

1.8. Апробация работы.

Основные положения диссертационной' работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на XXIII научно-технической конференции памяти Н.Н.Острякова (Санкт-Петербург, 2002г.), и XXXIII научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского ГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2004г).

1.9. Публикации.

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

1.10. Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из списка обозначений, введения, 8 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём работы — 154 страницы, при этом, основная часть работы изложена на 138 страницах, приложения - на 16 страницах. Работа содержит 38 рисунков и 59 таблиц. Список использованной литературы включает 59 наименований.

2. Основное содержание работы.

2.1. Введение.

Во введении обосновывается актуальность темы, определяется цель и формулируются задачи исследования, указываются научная новизна и практическая значимость результатов работы.

2.2. Глава 1.

В главе производится анализ КБО гражданских самолетов, рассматривается их назначение, состав, проведение испытаний, рассмотрены примеры КБО.

Показано, что вне зависимости от назначения самолетов (транспортные, грузовые, конвертируемые транспортно-грузовые, исследования земной поверхности, воздействия на

атмосферу, самолеты-салоны и т.д.) основное назначение КБО заключается в обеспечении автоматизированного и ручного самолетовождения с оптимизацией режимов полета, управлении радиотехническими системами (РТС) в автоматизированном и ручном режимах, отображении экипажу пилотажной, навигационной, обзорной и справочной информации, а также контроле технического состояния КБО и, при необходимости, его реконфигурации.

Рассмотрен состав КБО и выделено его "ядро" - КВСС, вопросы испытаний которого и подлежат дальнейшему рассмотрению.

Далее в качестве примера приведена классификация поколений цифровых КБО на примере разработок одного из головных предприятий в России по данной тематике - ФГУП. "Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика" и более подробно рассмотрена система самолетовождения и индикации ССИ-80, разработанная для нового грузопассажирского самолета СУ-80.

Рассмотрены вопросы отработки КБО на базе предприятия-разработчика, проводимой в два этапа: входной контроль составных частей КБО и комплексная отработка КБО на стенде.

Автономный входной контроль составных частей КБО, ранее проводимый с помощью контрольно-проверочной аппаратуры (КПА), в настоящее время проводится с помощью встроенных средств контроля (ВСК) составных частей, обеспечивающих достаточную полноту контроля.

Стенд для испытаний КБО включает в свой состав набор оборудования для имитации взаимодействующих с КБО систем (реальные системы, аппаратные имитаторы, математические модели), дополнительное оборудование для размещения (стойки, поворотные столы, приборная доска), электропитания (щит электропитания) и соединения аппаратуры стенда и КВСС (фидер стенда с колодками и разъёмаами), а также оборудование для обеспечения отработки КБО и регистрации результатов (компьютеры, принтер, сетевое оборудование).

Приведены примеры модулей сопряжения компьютера с КБО, реализующих цифровые и аналоговые интерфейсы КБО.

В заключение представлена технология проведения отработки КБО на сегодняшний

день:

1. Входной контроль систем КБО и взаимодействующих с КБО систем проводится с использованием ВСК;

2. При отработке КБО на стенде в качестве взаимодействующих с КБО систем используются реальные системы, их аппаратные имитаторы и их математические модели

3. При реализации взаимодействующих с КБО систем в виде математических моделей используется промышленный (персональные, соединённые локальной сетью) компьютер с определенными типами и количеством модулей сопряжения, позволяющими реализовать необходимые аналоговые и цифровые интерфейсы.

23. Глава 2.

В главе проанализирован порядок выполнения опытно-конструкторской работы (ОКР) по разработке КВСС гражданского самолёта, а также техническое задание (ТЗ) - основной технический документ для его разработки.

Рассмотрены этапы выполнения ОКР, заключающиеся в следующем:

1. Разработка и согласование ТЗ на КВСС, а также ТЗ на составные части КВСС. ТЗ на программное обеспечение (ПО) КВСС и ТЗ на стенд отработки и испытаний опытного образца КВСС.

2. Разработка эскизного проекта (ЭП) и технического проекта (ill).

3. Разработка рабочей конструкторской документации (РКД), достаточной для изготовления опытного образца КВСС, его составных частей, стенда.

4. Изготовление опытного образца КВСС, испытательного стенда и проведение предварительных испытаний (ПИ) опытного образца КВСС с целью проверки его соответствия требованиям 13, отработки РКД, определения готовности к проведению государственных испытаний (ГИ). Доработка опытного образца и КД КВСС по результатам ПИ.

5. Проведение ГИ КВСС с целью проверки его соответствия требованиям ТЗ, отработки КД, определения готовности к серийному производству. Доработка опытного образца и КД КВСС по результатам ГИ.

Далее рассмотрены требования стандартного ТЗ на разработку КВСС, виды испытаний для проверки соответствия опытного образца КВСС требованиям ТЗ и способы их проведения, которые могут быть разделены на~3 группы:

1. Проверка документации КВСС.

2. Автономные испытания аппаратуры КВСС.

3. Стендовые и натурные (наземные и лётные) испытания КВСС.

Представленная технология стендовых и натурных испытания КВСС включает:

1. Стендовые испытания - первичная проверка на стенде и повторная проверка на стенде после устранения замечаний.

2. Наземные испытания - первичная проверка на самолёте и повторная проверка на самолёте (либо на стенде и самолёте) после устранения замечаний.

3. Лётные испытания - первичная проверка на самолёте и некоторое количество повторных проверок на самолёте (либо на стенде и самолёте) после устранения замечаний.

Сформулирован перечень стендовых, наземных и лётных испытаний КВСС на соответствие ТЗ, ориентировочное время, потребное для их проведения.

В заключение в соответствии с перечнем испытаний сформированы 29 фрагментов программы испытаний опытного образца КВСС (далее — фрагменты), представляющие собой неповторяющийся перечень работ с КВСС безотносительно места его проведения (стенд, самолёт-земля, самолёт-воздух).

2.4. Глава 3.

В главе рассматривается критерий эффективности выбора структуры стенда для испытаний КВСС, его оптимизация и вычисление.

Вначале рассмотрены цели, решаемые задачи и структура испытательного стенда, по результатам чего сделан вывод о том, что стенд для испытаний КВСС представляет собой сложную динамическую систему для диагностированяя технического состояния оборудования и программного обеспечения КВСС.

Насколько полно содержание стенда удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, можно оценить с помощью критерия эффективности. В качестве критерия предлагается использовать векторный критерий вида:

Щп) = {ЗД. й(п), 0(п)}, О)

где в качестве аргумента п принято количество выполняемых с использованием ПО фрагментов испытаний КВСС т, отнесенное к общему количеству фрагментов N.

В связи с тем, что критерий необходимо максимизировать, при вычислении значений К(п) используются величины, обратные расчетным значениям компонент8(п) и О(п).

Геометрическое представление векторного критерия эффективности представлено на рис.1, на котором его оптимальное значение показано в виде радиус-вектора Иф с координатами

Значение критерия эффективности, характеризующее рассматриваемое содержание стенда, имеет координаты 1/5/ , £)/. /-0/ , чему соответствует радиус-вектор Я/ . Тогда вектор характеризует отклонение эффективности рассматриваемого стенда от

оптимального.

s

D

1 -Q

Рис. 1. Геометрическое представление критерия эффективности.

Первая компонента критерия S(n) представляет собой суммарные затраты на создание стенда (материальное и программное обеспечение, документацию), непосредственное проведение испытаний КВСС на стенде и в натурных условиях, а также устранение замечаний к аппаратуре, ПО и конструкторской документации по результатам испытаний.

Затраты рассчитываются для каждого фрагмента Si и затем суммируются с соответствующим весовым коэффициентом £,. - экспертной оценкой, учитывающей вклад данного фрагмента в расходы на проведение проверок и испытаний. Полученные суммарные затраты переводятся в относительные единицы

делением их на базовые затраты So- Таким образом, экономическая составляющая критерия рассчитывается по формуле:

= (2)

Вторая компонента критерия определяется как полная вероятность

"правильного" результата проверки испытуемого объекта (ИО), т.е. вероятность того, что в процессе испытаний на стенде определено действительное состояние КВСС. Значение вероятности Di оценивается для каждого фрагмента. Предполагаем, что состояние КВСС в каждом фрагменте определяется совокупностью к независимых параметров, причём, истинное значение параметра^ (/ = l..Jt) является случайной величиной с плотностью распределения Принимаем ошибку проверки y¡ — также случайной величиной с

плотностью распределения fiÓ'j)-

В этом случае, значение вероятности D, для каждого фрагмента имеет вид:

А = П^,=П О-*»,-**,). (3)

где /.-номер фрагмента

- номер оцениваемого параметра фрагмента ошибки 1-ого и 2-ого рода

Ошибки 1-ого и 2-ого рода (риски изготовителя и заказчика соответственно) определяются с помощью интегралов вычисляемых через функции Оуэна и

Лапласа:

где Ф - функция Лапласа.

функция двумерного нормального распределения (функция Оуэна), представленная в виде функции 3-х переменных.

• Ря - коэффициенты, определяемые с помощью среднеквадратическйх ошибок ж*^, яу^ Ошибки 1-ого и 2-ого рода определяются следующим образом:

(5)

= Лз« ~

Далее вводятся весовые коэффициенты являющиеся экспертными оценками влияния данного фрагмента на общие результаты проверки. Если фрагмент проверки выполняется без использования моделирующей и сервисной программной среды, то весовой коэффициент берется равный нулю.

Затем частные вероятности с учетом их весовых коэффициентов объединяются в полную вероятность, а именно:

Я(л) = П(1-т,,+п,А),

(6)

Третья компонента критерия определяется как надежность функционирования ИО и средств контроля в процессе испытаний КВСС и оценивается вероятностью появления отказов в процессе испытаний. Вероятность отказов рассчитывается для каждого фрагмента и ей придается весовой коэффициент р,. назначаемый как экспертная оценка, учитывающая время, которое занимает выполнение фрагмента в общем времени работы стенда. Компонента критерия, характеризующая надежность функционирования, рассчитывается по формуле:

Pot • Qoi - априорные вероятности нахождения ИО соответственно в работоспособном и неработоспособном состояниях;

Peí • Qc, - априорные вероятности нахождения средств контроля соответственно в рабочем и нерабочем состояниях;

Ql, - условная вероятность появления ложного отказа при работоспособных средствах контроля;

Q¡, - условная вероятность появления необнаруженного отказа при работоспособных средствах контроля.

Эти вероятности рассчитываются на основании заданных полей допусков и погрешностей определения контролируемых параметров, а также характеристик надежности средств контроля, используемых в данном фрагменте. Для материальных средств контроля характеристики надежности берутся из их технических данных. Характеристики надежности для программно-моделирующего обеспечения рассчитываются по соответствующей методике.

Используя предложенную методику, можно рассчитать значение критерия эффективности для любой структуры стенда.

Для того, чтобы определить насколько полно параметры стенда удовлетворяют требованиям, предъявляемым к результатам проверок и испытаний, необходимо сравнить полученное значение критерия эффективности с его оптимальным значением

Алгоритм оптимизации критерия эффективности предусматривает декомпозицию программы испытаний на отдельные .фрагменты. Для каждого фрагмента оценивается его 3 компоненты: суммарная стоимость, достоверность получения Лтравильного" результата и надежность функционирования в процессе испытаний данного фрагмента. Полученные оценки с учетом их весовых коэффициентов используются для формирования компонент (2), (6), (7) и самого значения критерия эффективности рассматриваемой структуры стенда.

Расчет значения критерия эффективности Ro(n) целесообразно продолжать до тех пока не будут использованы все возможности изменения структуры стенда. При этом объем вычислений может оказаться достаточно большим, особенно, если их выполнять при различном сочетании фрагментов, программно-моделирующее обеспечение которых изменяется.

Сравнив оптимальное значение со значением R(n), рассчитанным для анализируемой структуры стенда, получим оценку качества этого стенда. Оптимальной структурой стенда может считаться та, для которой было получено значение критерия эффективности

Для того, чтобы уменьшить объем вычислений при определении оптимального значения критерия, можно использовать квазиоптимальный алгоритм, отличающийся от оптимального тем, что каждая компонента критерия анализируется самостоятельно.

Вначале рассматривается экономическая компонента как наиболее просто рассчитываемая и достаточно важная для характеристики стенда. В качестве оптимальной структуры стенда на основе этой компоненты можно принять вариант, при котором стоимость будет минимальной или, начиная с которого, стоимость практически не будет изменяться при изменении структуры стенда.

Фактически это будет квазиоптимальная структура стенда, поскольку она получена только с учетом одной компоненты критерия эффективности. Дтя этой структуры стенда рассчитывается вторая компонента критерия. Если полученное значение достоверности удовлетворят требованиям заказчика, то переходят к оценке надежности работы оборудования для квазиоптиальной структуры стенда. Если при этом получается результат удовлетворительный с точки зрения практики, то все компоненты сводятся в полный критерий, значение которого принимается как оптимальное и используется для оценки качества анализируемой структуры стенда.

Если результат расчетов второй или третьей компоненты критерия оказывается не соответствующим требованиям практики, то анализ этой компоненты должен быть продолжен для структур стенда, расположенных вблизи квазиоптимальной структуры.

Далее с использованием экспертных оценок рассмотрен характер изменения компонент критерия эффективности в зависимости от относительного количества фрагментов, выполняемых с помощью ПО стенда и сделан вывод о возможности оптимизации.

На основании приведённых выше алгоритмов разработаны блок-схемы программы для вычисления значений критерия эффективности стенда с заданной структурой и для вычисления квазиоптимального значения критерия эффективности стенда.

2.5. Глава 4.

В главе проведён анализ 1-ой компоненты критерия эффективности - суммарные затраты

При этом, рассмотрены четыре варианта конфигурации стенда для испытаний КВСС, различающиеся по реализации взаимодействующих с КВСС систем:

1. Реальные системы, их аппаратные имитаторы и их статические математические модели (вариант 1).

2. Реальные системы и их аппаратные имитаторы без .моделирующего комплекса (вариант 2).

3. Статические математические модели систем без применения реальных систем и их аппаратных имитаторов (вариант 3).

4. Динамические математические модели систем без применения реальных систем и их аппаратных имитаторов (вариант 4).

Пример структуры стенда варианта 1 приведён на рисунке 3.

В варианте 1 для обеспечения испытаний КВСС используются реальные системы, аппаратные имитаторы и статические математические модели.

Для каждого из 4-х вариантов получены ориентировочные затраты на проведение каждого фрагмента с учётом весовых коэффициентов, далее - суммарные затраты и их относительная величина по отношению к базовым затратам.

Построена кривая (приведена на рисунке 2).

По результатам расчёта наиболее экономичным вариантом является вариант 3, основанный на использовании статических математических моделей систем без применения реальных систем и их аппаратных имитаторов. Наименее экономичным вариантом является вариант 2, основанный на использовании реальных систем и их аппаратных имитаторов без моделирующего комплекса.

Использование статических математических моделей вместо реальных систем. эффективнее в 1,79 раз в части 1-ой компоненты.

Рис.2. Относительные затраты на создание стенда, проведение испытаний и устранение замечаний по результатам испытаний.

Рис.3. Структурная схема стенда КЭСС (вариант 1).

2.6. Глава 5.

В главе проведён анализ 2-ой компоненты критерия - достоверность результатов испытаний И(п).

При этом, рассмотрены указанные выше четыре варианта конфигурации стенда для испытаний КВСС, различающиеся по реализации взаимодействующих с КВСС систем.

Вначале проведён анализ 29 фрагментов испытаний КВСС: определено количество параметров по каждому фрагменту, фрагменты разделены на группы по способам проведения, из рассмотрения исключены фрагменты, проводимые автономно без использования моделирующей среды.

Далее проведён расчет интегралов вероятности и ошибок 1-ого и 2-ого рода с использованием функций Лапласа и функций Оуэна для всех фрагментов.

Для каждого из 4-х вариантов получены значения достоверности каждого фрагмента с учётом весовых коэффициентов, далее - полное значение.

Построена кривая 0(п) (приведена на рисунке 4).

По результатам расчёта наиболее достоверные результаты испытаний могут быть получены при использовании реальных систем и их аппаратных имитаторов без моделирующего комплекса (вариант 2), наименее достоверные — при использовании статических математических моделей систем без применения реальных систем и их аппаратных имитаторов (вариант 3). Использование реальных систем вместо статических математических моделей эффективнее в 1,07 раз в части 2-ой компоненты.

0(п) 1 -

О 0,1 0,2 0,3 0,4

Рис. 4. Достоверность результатов испытаний КВСС на стенде.

2.7. Глава 6.

В главе проведён анализ 3-ей компоненты критерия - надёжность проведения испытаний

При этом, рассмотрены указанные выше четыре варианта конфигурации стенда для испытаний КВСС, различающиеся по реализации взаимодействующих с КВСС систем.

Вначале произведён расчёт надёжности проведения испытаний на стенде в части ИО (КВСС). Схема расчёта надёжности КВСС приведена на рис.5.

По схеме расчёта надёжности КВСС определена вероятность отказа для каждого фрагмента которая определяется через вероятности отказов групп:

Я а - б гр бим + £? п> луа + о тр 6« •

(9).

Вероятность отказов групп может быть представлена в виде:

í? t?6u»M = <7"би»м«. +"2? = 6u»»**Т)1 + 2Х бш.«* *(1 - у).

Воспользовавшись значениями интенсивностей отказов блоков (X) и полнотой контроля БЦВМ (т), получаем:

{? 01= 1/762* 10 Л Л), = 1-О» = 0,99982.

Для вычисления вероятностей появления ложных и необнаруженных отказов КВСС по каждому фрагменту {Оц И Qs соответственно) используем рассчитанные ранее интегралы вероятности /„„,./,,„,,/„,„.

Тогда для i-го фрагмента имеем:

(И)

0, =1-П<1-?1„);&, =1-По-?2„). (12)

Далее произведён расчёт надёжности проведения испытаний на стенде в части средств контроля (испытательный стенд), в состав которого входят реальные системы, моделирующий комплекс в виде программного обеспечения, аппаратные имитаторы, дополнительное оборудование, оператор и программист для обслуживания сервера и ПК.

Так как при изменении структуры стенда изменяется только состав реальных систем и моделирующего комплекса, а другие составляющие средств контроля, в основном, сохраняются без изменений, то рассмотрены только фрагменты испытаний, использующие для проведения реальные системы и (или) моделирующий комплекс.

Вклад реальных систем в надежность работы стенда учитывается с использованием их характеристик надежности. В качестве такой характеристики по аналогии с КВСС принята интенсивность отказов. Вероятность безотказной работы Jt-ой реальной системы в составе стенда в течение времени определяется по формуле:

(13)

Априорная вероятность нахождения в нерабочем состоянии средств контроля 1-го фрагмента испытаний, в котором используется только / реальных систем, определяется по формуле:

Pct('.) = ex р(-Лг*/.)

ОаЫ-г- ПрМ'.) (И)

Оценка показателей надежности ПО моделирующего комплекса, используемого при проведении испытаний на стенде, представляет определенные трудности в связи с отсутствием показателей их реальной надежности в условиях эксплуатации.

Анализ публикаций по надежности ПО дает различные оценки, например, возможные оценки начального числа ошибок до отладки ПО:

0 3000 41300,1

где Уп - объем моделирующей программы в битах на языке высокого уровня.

Если N0 < 0.5„ то за интенсивность отказа программы принимается интенсивность сбоев ¿и "Ю-Лдау, где Хцвм - интенсивность отказов ПК, на котором реализуется

программа. Для современных ПК можно принять А.цвм = 20*10"* час"1.

В связи с небольшим объёмом ПО, включающего статические модели взаимодействующих с КВСС систем, принята для них N0 < 0.5 и за интенсивность отказа программы - интенсивность сбоев:

иЮ-Лда, =2,0*10*'час"'

В связи • с большим объёмом и - более высокой сложностью ПО, включающего динамические модели взаимодействующих с КВСС систем, принята для них N0 =1 и за интенсивность отказа программы:

Д, =Л> + Лс =иТа + К<, =7,482*10** час"'

Учитывая непрерывный технический прогресс как в части ПО, так и в аппаратной части средств вычислительной техники, введён поправочный коэффициент 0,5. Тогда:

X = 0.5Л, =3,741 * 1 О^час"'

После комплексной отладки программы вероятность ее безотказной работы за время будет изменяться по закон}:

= « рЫ.Ч), (16)

Таким образом, априорная вероятность нахождения в нерабочем состоянии средств контроля фрагмента испытаний, в котором используется реальных систем и статических моделей взаимодействующих с КВСС систем, определяется по формуле:

0с,(д=1-П^.)*П р,.(о (17)

>•1 ш-1

Для каждого варианта конфигурации стенда получены значения вероятности безотказной работы КВСС и испытательного стенда. В качестве аргумента принималось отношение количества фрагментов испытаний, выполняемых с помощью ПО стенда, к общему количеству фрагментов.

Построена кривая (п) (приведена на рисунке 6).

По результатам расчёта наиболее надёжным вариантом является - вариант 3, основанный на использовании статических математических моделей систем без применения реальных систем и их аппаратных имитаторов. Наименее надёжным вариантом является вариант 2, основанный на использовании реальных систем и их аппаратных имитаторов без моделирующего комплекса.

05)

_ n

0,4

Рис.6. Вероятность отказов КВСС и оборудования стенда при проведении испытаний.. 2.8. Глава 7.

В главе производится комплексная оценка эффективности выбора структуры стенда для проведения испытаний КВСС для 4-х рассматриваемых структур стенда

В соответствии с изложенным в главе 3 для оценки эффективности структуры стенда использован векторный критерий эффективности вида:

Я(п) = {ЗД, й(п), 0(п)}, (18)

В главах 4.5,6 были оценены все 3 компоненты критерия для 4-х рассматриваемых структур стенда.

В настоящей главе произведен расчёт значений критерия эффективности для каждой структуры стенда с помощью рассмотренного выше векторного критерия эффективности:

Щп)= т/1/52ОО + />2(7!) + (1-0("))' 09)

Результаты расчёта сведены в таблицу 1:

Таблица 1

№ Параметр Реал сист. Реал.сист.+стат.мод Стат.мод. Динам мод.

(вариант 2) (вариант1) (вариант 3) (вариант 4)

1 п 0 0,24 0,28 0.38

2 m 1,2229 0,8397 0,6836 0,8566

3 1 !S(n) 0,8177 1,1909 1,4628 1,1674

4 D(n) 0,9341 0.8715 0.8122 0.8715

5 Ô(n) 0.0428 0.0344 0,0159 0.0258

6 1 -Q(n) 0,9572 0.9656 0,9841 0.9742

7 R(n) 1,3375 1,7636 1,9411 1,7525

По результатам оценки 4-х рассматриваемых структур стенда в соответствии с векторным критерием эффективности квазиоптимальным является вариант 3. Можно также оценить тот факт, что квазиоптимальный вариант структуры стенда эффективнее, например, варианта структуры, базирующегося на использовании реальных систем, в 1,45 раза.

Кривая,/?^ приведена на рисунке 7.

Дано геометрическое представление векторного критерия эффективности для 4-х рассматриваемых структур стенда.

Степени отклонений каждой из рассматриваемых структур (варианты 1,2,4) от квазиоптимальной (вариант 3) рассчитываются по формуле:

^ У(1/5, - Ш?0)г + (О, - 4 (-6, + в0у- (20)

В связи с тем, что рассматривалось ограниченное количество структур, нельзя сделать вывод о том, что полученный в результате расчёта результат является оптимальным. Очевидно лишь то, что оптимальное значение критерия эффективности Яо(п) находится в окрестности

2.9. Глава 8.

Глава рассматривает программно-моделирующее обеспечение испытаний на стенде.

Рассмотрены типы математических моделей реальных систем:

1. Упрошенная статическая модель.

2. Статическая модель.

3. Статическая полунатурная модель.

4. Динамическая модель,

отличающиеся использованием или неиспользованием алгоритма работы реальной системы в условиях стенда, наличием или отсутствием погрешностей в виде случайной составляющей либо реальных погрешностей системы в условиях стенда.

Представлена методика программного обеспечения испытаний КВСС на стенде, учитывающая различные факторы при реализации обосновованного подхода по замене взаимодействующих с КВСС в качестве систем-датчиков реальных систем на их математические модели.

Так например, некоторые очень сложные в техническом отношении и поэтому достаточно дорогостоящие реальные системы, требующие также неоправданно больших затрат в случае замены их адекватными математическими моделями, целесообразно заменить в составе стенда на аппаратные имитаторы.

Выработаны рекомендации по программному обеспечению испытаний применительно к перспективному стенду.

Далее в качестве примера проведена разработка алгоритмов моделирования информации спутниковой навигационной системы СН-3301 и курсового гироскопа ГА-8, для проверки которых выполнено моделирование в среде МЛТЬЛБ 52. с использованием пакета 81МИЬШК. По результатам анализа графиков погрешностей моделей указанных систем сделано заключение об адекватности разработанных алгоритмов работе реальных систем и возможности их использования в качестве моделей при испытаниях КВСС на стенде.

2.10. Заключение.

В рамках диссертационной работы проведено исследование по оптимизации структуры стенда разработчика для испытаний КБО гражданских самолётов, а также по методическому обеспечению оптимального построения стендов для практического использования.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработан векторный критерий для оценки степени оптимальности структуры стенда для испытаний КВСС, включающий 3 компоненты: суммарные затраты, достоверность проведения испытаний на стенде и надёжность функционирования в процессе, испытаний

2. Разработаны алгоритмы оптимизации характеристик испытателБного стенда: оптимальный и квазиоптимальный, отличающийся от оптимального самостоятельным анализом каждой компоненты критерия, начиная со стоимостной.

3. Разработаны блок-схемы программ для вычисления значений критерия эффективности стенда с заданной структурой и квазиоптимального значения критерия эффективности стенда.

4. Разработана методика, позволяющая производить оценку эффективности любых структур стенда на соответствие данному критерию, сравнивать их между собой и оптимизировать структуру стенда в соответствии с данным критерием.

5. Произведена оценка 4-х вариантов структур стенда для испытаний КВСС, их сравнение и квазиоптимизация структуры стенда.

6. Предложены единые принципы построения стенда для испытаний КВСС гражданских самолётов, что позволяет оптимизировать проведение испытаний с сохранением необходимых по ТЗ объемов проверок.

7. В качестве примера разработаны алгоритмы моделирования информации спутниковой навигационной системы СН-3301 (статическая модель) и курсового гироскопа ГА-8 (статическая и динамическая модели), подтверждена их адекватность работе реальных систем анализом результатов моделирования.

8. Возможно более широкое применение полученных результатов при распространении предложенных принципов на испытания различных комплексов оборудования: военные самолёты, вертолёты, морские суда и т.д.

2.11. Список публикаций по теме диссертации.

По теме диссертации были опубликованы следующие работы:

1. Рогачевский А.М. Сильные предприятия - сильная корпорация: экспозиция корпорации "Аэрокосмическое оборудование" на МАКС-2001 "(раздел статьи по ФГУП "Санкт-Петербургское ОКБ "Электроавтоматика"). // Мир авионики. - 2001. - №3. - С. 5457.

2. Рогачевский A.M., Виноградов Ю.Н. Принципы разработки и модернизации комплнксов бортового оборудования (КБО) перспективных летателных аппаратов". // Научно-технический вестник С-Пб ГИТМО (ТУ). - 2002. - Выпуск 6. - С. 143-147.

3. Рогачевский А.М. Оценка существующих методов отработки и проверки КБО гражданских самолётов (реферат доклада на XXI11 конференции памяти Н.Н.Острякова, 10.2002г.). // Научно-технический журнал Тироскопия и навигация".- 2002 - №4(39). - С. 64-65.

4. Рогачевский А.М. Оценка существующих методов отработки и проверки КБО гражданских самолётов // Научно-технический вестник С-Пб ГИТМО (ТУ). - 2003. -Выпуск 10.-С. 162-166.

5. Рогачевский А.М. Критерий выбора структуры и содержания стенда для испытаний навигационно-пилотажных комплексов летательных аппаратов // Научно-технический вестник С-Пб ГУ ИТМО - принято к публикации.

Тиражирование и брошюровка выполнены в Центре "Университетские Телекоммуникации". Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел. (812) 233-46-69. Лицензия ПДЛ № 69-182 от 26.11.96 Тираж 100 экз.

$15 188

Список обозначений. — 5 Введение. —

Глава 1. Обзор истории и современного состояния стендовой отработки КБО гражданских самолётов. —

§1.1. Назначение и состав КБО. —

§1.2. Поколения цифровых КБО ОКБ "Электроавтоматика". —

§1.3. Пример КБО самолёта СУ-80. -

§1.4. Входной контроль систем КБО. —

§1.5. Стендовая отработка КБО. —

§1.6. Выводы. —

Глава 2. Анализ стандартного технического задания (ТЗ) на разработку КБО гражданского самолёта. ~

§2.1. Порядок выполнения опытно-конструкторской работы (ОКР) по созданию КБО. -

§2.2. Требования стандартного ТЗ на разработку КВСС. —

§2.3. Виды испытаний КВСС на соответствие ТЗ и способы их проведения. —

§2.4. Технология проведения стендовых и натурных испытаний КВСС. —

§2.5. Перечень стендовых и натурных проверок КВСС, ориентировочное время, потребное для их проведения. —

§2.6. Фрагменты программы стендовых и натурных испытаний КВСС. ~

§2.7. Выводы. —

Глава 3. Критерий эффективности выбора структуры стенда для испытаний КВСС. —

§3.1. Цель разработки стенда, решаемые задачи, структура. —

§3.2. Разработка критерия эффективности в качестве методики для оценки различных структур стенда. —

§3.3. Алгоритмы оптимизации критерия эффективности. —

§3.4. Программы вычисления критерия эффективности. —

§3.5. Выводы.

Глава 4. Оценка 1-ой компоненты критерия: суммарные затраты. ~

§4.1. Статьи затрат.

§4.2. Затраты на создание стенда.

§4.3. Затраты на проведение испытаний опытного образца КВСС.

§4.4. Затраты на устранение замечаний к опытному образцу КВСС по результатам испытаний. ~

§4.5. Сводная таблица суммарных затрат. —

§4.6. Оценка затрат по фрагментам. —

§4.7. Оценка 1-ой (экономической) составляющей критерия для данной конфигурации стенда (вариант 1). —

§4.8. Оценка 1-ой (экономической) составляющей критерия для конфигурации стенда без моделирующего комплекса (вариант 2). —

§4.9. Оценка 1-ой (экономической) составляющей критерия для конфигурации стенда без реальных систем и аппаратных имитаторов (вариант 3). —

§4.10. Оценка 1-ой (экономической) составляющей критерия для конфигурации стенда без реальных систем и аппаратных имитаторов (вариант 4). ~

§4.11. Выводы. -

Глава 5. Оценка 2-ой компоненты критерия: достоверность проведения испытаний на стенде. —

§5.1. Достоверность проведения испытаний на стенде и методика её расчёта. ~

§5.2. Анализ фрагментов испытаний КВСС. —

§5.3. Расчёт интегралов вероятности и ошибок 1-ого, 2-ого рода. ~

§5.4. Оценка 2-ой (достоверностной) составляющей критерия для данной конфигурации стенда (вариант 1). —

§5.5. Оценка 2-ой (достоверностной) составляющей критерия для конфигурации стенда без моделирующего комплекса (вариант 2). —

§5.6. Оценка 2-ой (достоверностной) составляющей критерия для конфигурации стенда без реальных систем и аппаратных имитаторов (вариант 3). —

§5.7. Оценка 2-ой (достоверностной) составляющей критерия для конфигурации стенда без реальных систем и аппаратных имитаторов (вариант 4). —

§5.8. Выводы. -

Глава 6. Оценка 3-ей компоненты критерия: надёжность проведения испытаний на стенде. —

§6.1. Надёжность проведения испытаний на стенде в части испытуемого объекта.

§6.2. Надёжность проведения испытаний на стенде в части средств контроля. -

§6.3. Оценка 3-ей (надёжностной) составляющей критерия для данной конфигурации стенда (вариант 1). ~

§6.4. Оценка 3-ей (надёжностной) составляющей критерия для конфигурации стенда без моделирующего комплекса (вариант 2). ~

§6.5. Оценка 3-ей (надёжностной) составляющей критерия для конфигурации стенда без реальных систем и аппаратных имитаторов (вариант 3). —

§6.6. Оценка 3-ей (надёжностной) составляющей критерия для конфигурации стенда без реальных систем и аппаратных имитаторов (вариант 4). ~

§6.7. Выводы. —

Глава 7. Комплексная оценка эффективности выбора структуры стенда для проведения испытаний КВСС.

§7.1. Оценка различных структур стенда с точки зрения их эффективности. ~

§7.2. Выводы. —

Глава 8. Программно-моделирующее обеспечение испытаний на стенде. —

§8.1. Методика программного обеспечения испытаний. —

§8.2. Моделирования информации спутниковой навигационной системы

СН-3301 (статическая модель). —

§8.3. Моделирования информации гироагрегата ГА-8 (статическая модель). —

§8.4. Моделирования информации гироагрегата ГА-8 (динамическая модель). —

§8.5. Выводы.

В представленной работе рассмотрена проблема оптимального построения стендов разработчика для испытаний комплексов бортового оборудования (КБО) гражданских самолетов.

В процессе выполнения разработки любого КБО необходимо провести испытания первого опытного образца КБО для оценки его соответствия техническому заданию (ТЗ) -основному техническому документу, определяющему перечень требований к разрабатываемому комплексу. Каждый вид испытаний, которому должен быть подвергнут первый опытный образец КБО (приемо-сдаточные испытания (ПСИ), предварительные испытания (ПИ), государственные испытания (ГИ)), должен подтвердить соответствие опытного образца КБО требованиям ТЗ и его готовность к следующему виду испытаний, а по окончании испытаний - к серийному производству.

Для проведения указанных видов испытаний опытного образца КБО на предприятии разработчике КБО должен быть разработан и изготовлен испытательный стенд, обеспечивающий проверку соответствия КБО требованиям ТЗ. Кроме того, данный стенд может служить основой стенда серийного завода, проводящего испытания при серийном выпуске КБО.

В настоящее время нет единого подхода к построению стендов, в основном, в части использования взаимодействующего с КБО оборудования (реальные системы, аппаратные имитаторы, статические модели систем, динамические модели систем на базе компьютеров). Отсутствие единого подхода к решению данной проблемы отрицательно сказывается на процессе отладки и приводит к использованию неоправданно большого количества финансовых и временных ресурсов, снижению качества отладки.

Таким образом, существует настоятельная необходимость в понимании оптимального построения стендов для испытаний КБО и использовании его в практических целях.

Целью настоящей работы как раз и является совершенствование методов отработки КБО гражданских самолетов на стенде в направлении выработки единого подхода к решению данной задачи, а именно:

1. Выработка критерия для оценки эффективности структур испытательного стенда.

2. Выработка методики, по которой может быть произведена оценка различных структур испытательного стенда и их сравнение.

3. Выработка методики, позволяющей оптимизировать структуру стенда.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Разработка критерия эффективности выбора структуры стенда;

2. Анализ критерия эффективности, рассмотрение направлений по его оптимизации;

3. Разработка алгоритмов оптимизации критерия эффективности;

4. Разработка программы вычисления критерия эффективности;

5. Реализация на базе критерия эффективности единых оптимальных принципов построения стендов отработки КБО гражданских самолетов.

В работе рассмотрены вопросы разработки векторных критериев и их оптимизации, использован математический аппарат теории вероятности, в том числе, вычисление интегралов от двумерной плотности нормального распределения с помощью функций Оуэна, алгебры матриц и векторов, аппарат теории принятия решений.

Научная новизна исследований заключается в том, что в процессе их проведения впервые было выполнено:

1. Выбран векторный критерий, позволяющий оценивать степень оптимальности структуры стенда для испытаний КВСС, включающий 3 компоненты:

• суммарные затраты на создание стенда для испытаний КВСС (материальное и программное обеспечение, документация), проведение испытаний на стенде и в натурных условиях, устранение замечаний по результатам испытаний (к аппаратуре, программному обеспечению и конструкторской документации).

• достоверность проведения испытаний на стенде, т.е. полная вероятность получения "правильного" результата проверки КВСС на стенде.

• надёжность функционирования испытуемого объекта (КВСС) и средств контроля (стендовое оборудование, включающее материальное и программное обеспечение).

2. Разработаны алгоритмы оптимизации характеристик испытательного стенда:

• оптимальный - предусматривающий декомпозицию программы испытаний на отдельные фрагменты, оценку каждого из фрагментов по 3-м компонентам с учётом весовых коэффициентов, расчёт критерия эффективности для данной структуры стенда, изменения структуры стенда с расчётом значений критерия эффективности для каждой структуры и выбор оптимальной структуры с максимальным значением критерия эффективности.

• квазиоптимальный, отличающийся от оптимального самостоятельным анализом каждой компоненты критерия, начиная со стоимостной, и переходом к анализу следующих компонент с использованием структуры стенда минимальной стоимости.

3. Разработана методика оптимизации параметров испытательного стенда, позволяющая оценивать эффективность любых структур стенда на соответствие критерию эффективности, сравнивать их и оптимизировать структуру стенда.

4. Разработаны алгоритмы моделирования информации спутниковой навигационной системы СН-3301 (статическая модель) и курсового гироскопа ГА-8 (статическая и динамическая модели), адекватность которых работе реальных систем подтверждена анализом результатов моделирования в среде MATLAB 5.2. с использованием пакета SIMULINK.

Научные положения, выводы и рекомендации, представленные в диссертационной работе, строго аргументированы, их достоверность является установленным фактом. Достоверность полученных результатов обеспечивается строгостью постановки математических и технических задач, подтверждается корректным использованием теории и возможностью контроля математических выкладок на каждом этапе решения задач.

Практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов заключается в следующем:

1. Разработана блок-схема программы вычисления критерия эффективности.

2. Произведена оценка 4-х вариантов структур испытательного стенда, их сравнение и квазиоптимизация структуры стенда.

3. Предложены единые принципы построения стенда для отработки КБО гражданских самолётов, что позволяет оптимизировать проведение испытаний с сохранением необходимых по ТЗ объемов проверок.

Результаты диссертационной работы внедрены и использованы в ФГУП "Санкт-Петербургское ОКБ "Электроавтоматика" при разработке стендов для испытаний КБО гражданских самолетов АН-74ТК-300, ТУ-334, С-80, а также используются в учебном процессе в Санкт-Петербургском ГУ ИТМО по направлению 652300 "Системы управления движением и навигация".

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXIII научно-технической конференции памяти Н.Н.Острякова (Санкт-Петербург, 2002г.), и XXXIII научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского ГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2004г).

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Диссертационная работа состоит из списка обозначений, введения, 8 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём работы - 154 страницы, при этом, основная часть работы изложена на 138 страницах, приложения - на 16 страницах. Работа содержит 38 рисунков и 59 таблиц. Список использованной литературы включает 59 наименований.

8.5. Выводы.

В главе 8 проведён анализ программно-моделирующего обеспечения испытаний на стенде. При этом рассмотрены следующие вопросы:

1. Определены типы матеиатических моделей реальных систем:

• Упрощённая статическая модель,

• Статическая модель,

• Статическая полунатурная модель,

• Динамическая модель, отличающиеся использованием или неиспользованием алгоритма работы реальной системы в условиях стенда, наличием или отсутствием погрешностей в виде случайной составляющей либо реальных погрешностей системы в условиях стенда.

2. В рамках единого подхода по замене реального оборудования, используемого при испытаниях на стенде в качестве систем-датчиков для КВСС, математическими моделями, реализуемыми на ПК, рассмотрены факторы, которые необходимо учитывать при проведении подобной замены и выработана методика программного обеспечения испытаний.

3. Выработаны рекомендации по программному обеспечению испытаний применительно к перспективному стенду.

4. В качестве примера проведена разработка алгоритмов моделирования информации спутниковой навигационной системы СН-3301 и курсового гироскопа ГА-8, для проверки которых выполнено моделирование в среде MATLAB 5.2. с использованием пакета SIMULINK.

5. По результатам анализа графиков погрешностей моделей указанных систем сделано заключение об адекватности разработанных алгоритмов работе реальных систем и возможности их использования в качестве моделей при испытаниях КВСС на стенде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В настоящей диссертационной работе рассмотрен вопрос оптимизации характеристик стенда для испытаний КБО гражданских самолётов.

В главе 1 рассмотрен обзор истории и современного состояния стендовой отработки КБО. Приведено назначение и состав бортовых комплексов различного назначения, примеры цифровых КБО разработки ОКБ "Электроавтоматика". Далее рассмотрены различные КБО, начиная от больших комплексов, включающих все системы-датчики и проверяемых посистемно автономно с помощью КПА, а на стенде с использованием реальных систем-датчиков, до сегодняшнего состояния "ядра" КБО, системы которого проверяются автономно встроенными средствами контроля, а стендовые систем-датчиков испытания производятся с использованием математических моделей, реализованных на компьютере.

В главе 2 проанализирован порядок разработки КБО, регламентируемый директивными документами (ГОСТ, ОСТ, СТП), а также стандартное ТЗ на его разработку. Далее рассмотрены виды испытаний, которым должен быть подвергнут опытный образец КВСС в процессе его проверки на соответствие требованиям ТЗ и подробно рассмотрена технология проведения стендовых и натурных испытаний. Сформулированы и проанализированы фрагменты стендовых и натурных испытаний КВСС, представляющие собой неповторяющийся перечень работ с комплексом.

Глава 3 посвящена разработке критерия эффективности выбора структуры стенда для испытаний КВСС и его оптимизации. Рассмотрены цели, решаемые задачи и структуры стандартных стендов, предложен векторный критерий эффективности, учитывающий суммарные затраты S(n), достоверность результатов стендовых испытаний D(n) и надёжность результатов стендовых испытаний Q(n). Сделан вывод о возможности оптимизации критерия эффективности, разработаны алгоритмы (оптимальный и квазиоптимальный), а также блок-схемы программ вычисления значений критерия эффективности для произвольной и квазиоптимальной структур стенда.

В главе 4 рассмотрена 1-ая компонента критерия эффективности - суммарные затраты S(n). Оценены затраты на создание стенда, проведение испытаний и устранение замечаний по результатам испытаний на примере 4-х структур стенда.

Построена кривая S(n), где в качестве аргумента п принято отношение количсество фрагментов испытаний, выполняемых с помощью ПО стенда, к общему количеству фрагментов. Наиболее экономичным является вариант структуры стенда, базирующийся на использовании статических математических моделей взаимодействующих с КВСС систем.

В главе 5 рассмотрена 2-ая компонента критерия эффективности - достоверность проведения испытаний на стенде D(n). Проанализированы фрагменты стендовых и натурных испытаний КВСС, призведён расчёт интегралов с использованием функций Лапласа и Оуэна, призведён расчёт ошибок 1 и 2 рода. Далее оценены достоверности проведения испытаний для 4-х рассматриваемых структур стенда и построена кривая D(n). Наиболее достоверным является вариант структуры стенда, базирующийся на использовании реальных взаимодействующих с КВСС систем и их аппаратных имитаторов.

В главе 6 рассмотрена 3-ья компонента критерия эффективности - надёжность проведения испытаний на стенде Q(n). Рассчитана надёжность испытуемого объекта, которым является КВСС, и надёжность средств контроля, к которым относится оборудование стенда, различное для 4-х вариантов его структуры. Построена кривая Q(n). Наиболее надёжным является вариант структуры стенда, базирующийся на использовании статических математических моделей взаимодействующих с КВСС систем.

В главе 7 производится сравнение 4-х рассматриваемых вариантов структуры стенда с помощью выбранного критерия R(n) = {S(n), D(n), Q(n)}, производится расчёт значений критерия эффективности для каждой из структур стенда. По результатам расчёта определён квазиоптимальный вариант, базирующийся на использовании статических математических моделей взаимодействующих с КВСС систем. Дано геометрическое представление критерия эффективности для рассматриваемых структур стенда. Расчитана степень отклонения эффективности каждого из 3-х вариантов структуры стенда от квазиоптимального. По результатам расчёта квазиоптимальный вариант структуры стенда эффективнее, наименее эффективного варианта структуры, базирующегося на использовании реальных систем и их аппаратных имитаторов, в 1,45 раза.

Глава 8 рассматривает программно-моделирующее обеспечение испытаний на стенде и методику программного обеспечения испытаний. Рассмотрены типы математических моделей реальных систем, выработана методика по программному обеспечению испытаний применительно к перспективному стенду. Проведена разработка алгоритма моделирования информации спутниковой навигационной системы СН-3301 и курсового гироскопа ГА-8 в среде MATLAB 5.2. с использованием пакета SIMULINK.

Проведён анализ графиков погрешностей моделей указанных систем, по результатам которого сделано заключение об адекватности разработанных алгоритмов работе реальных систем и возможности их использования в качестве моделей при испытаниях КВСС на стенде.

Таким образом, основными результатами настоящей работы являются:

1. Разработка критерия эффективности структур стенда для испытаний КВСС.

2. Разработка методики, позволяющей производить по данному критерию оценку эффективности структур любых стендов, сравнивать их между собой.

3. Разработка методики, позволяющей оптимизировать структуру стенда в соответствии с данным критерием.

4. Выработка единых принципов построения стендов для испытаний КБО гражданских самолётов на соответствие ТЗ.

1. Коптев Ю.И. Гражданская авиация: состояние, пути развития и перспективы международного сотрудничества. // Мир авионики. 2000. - №3. - С.6-9.

2. Рогачевский A.M. Сильные предприятия сильная корпорация: экспозиция корпорации "Аэрокосмическое оборудование" на МАКС-2001". // Мир авионики. - 2001. -№3,- С.54-57.

3. Агеев В.М., Павлова Н.В. Приборные комплексы летательных аппаратов и их проектирование. Учебник для студентов вузов. Под редакцией В.В.Петрова. М.: Машиностроение, 1990. - 432 с.

4. Козарук В.В., Ребо Я.Ю. Навигационные эргатические комплексы самолётов. -М.: Машиностроение, 1986. 288 с.

5. Рогачевский A.M., Виноградов Ю.Н. Принципы разработки и модернизации комплексов бортового оборудования (КБО) перспективных летателных аппаратов. // Научно-технический вестник С-Пб ГИТМО (ТУ). 2002. - Выпуск 6. - С. 143-147.

6. Комплексирование информационно-измерительных устройств летательных аппаратов. Учебное пособие для вузов. Ю.П.Иванов, А.Н.Синяков, И.В.Филатов. Под редакцией В.А.Боднера. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1984. - 207 с.

7. Автоматизация проектирования пилотажно навигационных комплексов. Видин Б.В., Ефимов П.А., Говядин В.П., Кузин Л.Т., Ротина В.Ю., Стрижевский B.C., Бузников С.Е. Под редакцией В.П.Говядина. - М.: Машиностроение, 1976. - 460 с.

8. Авиационные цифровые системы контроля и управления. Под редакцией В.А.Мясникова, В.П.Петрова. — М.: Машиностроение, 1976. 608 с.

9. Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. М.: Машиностроение, 1991. — 513 с.

10. Рогачевский A.M. Оценка существующих методов отработки и проверки КБО гражданских самолётов (реферат). // Гироскопия и навигация. 2002. - №4. - С.64-65.

11. Рогачевский A.M. Оценка существующих методов отработки и проверки КБО гражданских самолётов. // Научно-технический вестник С-Пб ГИТМО (ТУ). 2003. -Выпуск 10. - С. 162-166.

12. Агеев В.В., Андросов В.А., Антонов И.И., Афиногенов А.Ю., Пешко А.С. Стендово-имитационная среда для отработки комплексов бортового оборудования. // Мир авионики. 2003. - №5. - С.30-35.

13. Ю.В.Кирсанова, А.В.Богданов, С.Б.Уткин, Р.А.Шек-Иовсепянц. Управление вычислениями в цифровых бортовых управляющих комплексах. // Мир авионики. — 2000. -№4. -С. 15-18.

14. Камракулов И.В., Зубков Б.В. Эффективность использования полётной информации. М.: Транспорт, 1991. - 175 с.

15. Рогачевский A.M. Критерий выбора структуры и содержания стенда для испытаний навигационно-пилотажных комплексов летательных аппаратов. // Научно-технический вестник С-Пб ГИТМО (ТУ). 2004. - В печати.

16. В.Г.Дмитриев, В.П.Суханов, А.Г.Бюшгенс. Состояние тренажёрных разработок в ЦАГИ (2001-2003 г.г.). // Мир авионики. 2003. - №3. - С.47-51.

17. Мамаев В.Я., Синяков А.Н., Петров К.К., Горбунов А.А. Воздушная навигация и элементы самолётовождения. Учебное пособие для вузов. С-Пб: ГУАП, 2002. — 256 с.

18. Новиков B.C. Техническая эксплуатация авиационного радиоэлектронного оборудования. Учебное пособие. М.: Транспорт, 1987. - 261 с.

19. Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры. Учебное пособие для вузов. Под редакцией В.Ю.Лавриненко. М.: Высшая школа, 1978. - 320 с.

20. ГОСТ В. 15.204-79. Порядок выполнения опытно-конструкторской работы по созданию составных частей образцов. Основные положения.

21. ОСТ В. 100.203 85. Порядок разработки технического задания на разработку новых изделий.

22. ГОСТ 23.664-79. Техническая диагностика. Показатели диагностики.

23. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. — М.: Высшая школа, 1975. 206 с.

24. Диагностирование и прогнозирование технического состояния авиационного оборудования. Учебное пособие для вузов гражданской авиации. В.Г.Воробьёв, В.В.Глухов, Ю.В.Козлов и др. Под редакцией И.М.Синдеева. М: Транспорт, 1984. -191 с.

25. Евланов Л.Г. Контроль динамических систем. М.:Наука, 1979. - 432 с.

26. Смирнов Н.В., Большее Л.Н. Таблицы для вычисления функции двумерного нормального распределения. М.: Издательство Академии наук СССР, 1962. - 204 с.

27. Автоматическая аппаратура контроля радиоэлектронного оборудования (вопросы проектирования). Под редакцией Н.Н.Пономарёва. М.: Советское радио, 1975.-328 с.

28. Воробьёв Г.В., Добрин Е.М. Анализ результатов контроля и оценки технического состояния авиационных приборов. М.: МАИ, 1990. - 141 с.

29. Достоверность контроля сложных радиоэлектронных систем летательных аппаратов. С.К.Савин, А.А.Никитин, В.И.Кравченко. Под редакцией С.К.Савина. М.: Машиностроение, 1984. - 168 с.

30. Ефанов В.И., Нурулинна И.Ф. Оценка риска нарушения целостности навигационных измерителей СНС. // Мир авионики. 2003. - №2. - С.28-33.

31. ГОСТ 27.002-89. Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

32. ГОСТ 27.301-95. Надёжность в технике. Расчёт надёжности. Основные положения.

33. ОСТ 1.00132-97. Надёжность изделий авиационной техники. Методы количественного анализа безотказности функциональных систем.

34. Надёжность и эффективность в технике. Справочник. Под редакцией Авдуевского B.C. -М.: Машиностроение, 1988. 316 с.

35. Шураков В.В. Надёжность программного обеспечения систем обработки данных. М.: Финансы и статистика, 1987. - 272 с.

36. Барлоу Р., Прошин Ф. Математическая теория надёжности. М.: Советское радио, 1969. 488 с.

37. Барзилович Е.Ю., Мезенцев В.Г., Савенков М.В. Надёжность авиационных систем. -М.: Транспорт, 1982. 182 с.

38. Лонгботтом. Надёжность вычислительных систем. Перевод с английского. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 288 с.

39. Дмитриев С.П., Колесов Н.В., Осипов А.В. Информационная надёжность, контроль и диагностика навигационных систем. С-Пб: ЦНИИ "Электроприбор", 2003. -208 с.

40. Шеремет В.П, Петров Б.Г. Надёжность и качество программного обеспечения судовых систем. С-Пб: ЦНИИ "Аврора", 1992. - 119 с.

41. Дмитриев С.П., Колесов Н.В., Осипов А.В. Оценка надёжности информационно-измерительных систем с учётом информационных отказов. // Гироскопия и навигация. -1998. №4.-С. 16-17.

42. Гультяев А.К. MATLAB 5.3. Имитационное моделирование в среде Windows. Практическое пособие. С-Пб.: КОРОНА принт, 2001. - 400 с.

43. Демьяненко А.В., Киселевнч В.П. Проблемы и перспективы развития спутниковых систем радионавигации в государствах СНГ. // Мир авионики. 2003. - №1. - С.40-41.

44. Сетевые спутниковые наввигационные системы. Под редакцией В.С.Шебшаевича. М.: Радио и связь, 1993. - 272 с.

45. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. Под редакцией В.Н.Харисова, А.И.Петрова, В.А.Болдина. М.: ИПРЖР, 1998. - 400 с.

46. Global Positioning System. Theory and Applications. Volume 2. Eds.Parkinson B.W, Spilker J.J. Processing in Astronautics and Aeronautice.

47. Н.М.Богданченко. Курсовые системы и их эксплуатация на самолёте. Учебник, 3-ье изд. М.: Транспорт, 1983. - 224 с.

48. Гироскопические системы. 4.2. Гироскопические приборы и системы. Учебное пособие для вузов, 2-ое изд. Под редакцией Д.С.Пельпора. М.: Высшая школа, 1988. -424 с.

49. Гироскопические системы. 4.1. Проектирование гироскопических систем. Системы ориентации и навигации. Учебное пособие для вузов, 2-ое изд. Под редакцией Д.С.Пельпора. М.: Высшая школа, 1977. - 216 с.

50. Вилкас Э.Й., Майминас Е.З. Решения: теория, информация, моделирование. -М.: Радио и связь, 1981. 328 с.

51. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. Перевод с немецкого. М.: Мир, 1990. - 208 с.

52. В.В.Гнеденко. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1988. - 447 с.

53. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Советское радио, 1977. -488 с.

54. М.И.Клиот-Дашинский. Алгебра матриц и векторов. -Л.: ЛГУ, 1974. 160 с.

55. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. М.: ИНФРА-М, 1997.-480 с.

56. Бройдо В. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Учебное пособие для вузов. С-Пб: Питер, 2003. - 688 с.

57. Гук М. Энциклопедия. Аппаратные интерфейсы ПК,- С-Пб: Питер, 2003.- 688 с.

58. Справочник пилота и штурмана гражданской авиации. Под редакцией И.Ф.Васина. М.: Транспорт, 1988.-320 с.

59. Марасанов В.П. Англо-русский словарь по гражданской авиации. М.: Русский язык. 1989.-534 с.