автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Повышение эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования на основе информационной поддержки процессов жизненного цикла

На правах рукописи

^СЦ)

Романов Юрий Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОГО РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

Специальность 05.13.05 - «Элементы и устройства вычислительной техники

и систем управления» Специальность 05.13.12 - «Системы автоматизации проектирования

(промышленность)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 ДЕК 2011

Ульяновск-2011

005006521

Работа выполнена на кафедре «Измерительно-вычислительные комплексы» Ульяновского государственного технического университета.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Шишкин Вадим Викторинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Негода Виктор Николаевич

кандидат технических наук Дятлов Андрей Юрьевич

Ведущая организация: открытое акционерное общество «Московский

институт электромеханики и автоматики» (ОАО «МИЭА»), г. Москва

Защита состоится «26» декабря 2011 г. в 12:00 на заседании диссертационного совета Д212.277.01 при Ульяновском государственном техническом университете по адресу: 432027, г.Ульяновск, ул. Северный Венец, 32, ауд.211 (гл. учебный корпус)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан «23» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета доктор технических наук, профессор

В.И. Смирнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современный рынок авиационной техники (AT) характеризуется повышением требований российских авиакомпаний к обеспечению надежности воздушных судов (ВС) и их бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО). При заключении контрактов на поставку БРЭО для современных воздушных судов, таких как: Ан-148, SSJ-100, Ту-204СМ, МС-21 особое внимание в рамках послепродажного обслуживания уделяется программам гарантии надежности и регулярности вылета. Неспособность поставщика БРЭО продемонстрировать наличие ресурсов для реализации такой программы делает его продукцию неконкурентоспособной.

С другой стороны, отмечается непрерывный рост сложности БРЭО и его жизненного цикла (ЖЦ), обусловленный:

- расширением спектра функциональных задач и диапазона условий эксплуатации БРЭО;

- расширением отраслевой, межотраслевой и международной кооперации при производстве БРЭО;

- повышением требований к надежности БРЭО и т.д.

Кроме того, сохраняется тенденция к сокращению времени, отводимому на проектирование и технологическую подготовку производства БРЭО, что определяется ростом конкуренции на рынке поставщиков БРЭО и оказывает существенное влияние на процесс обеспечения надежности.

Эти причины определяют необходимость постоянного совершенствования процесса обеспечения надежности БРЭО.

Процесс обеспечения надежности БРЭО интегрирован с информационной средой предприятия и поэтому для его реализации могут эффективно применяться CALS-технологии, которые предоставляют дополнительные возможности информационной поддержки процесса обеспечения надежности.

Необходимость повышения эффективности обеспечения надежности БРЭО отражена в материалах различных отраслевых совещаний и конференций.

Отдельным вопросам обеспечения надежности посвящен широкий круг работ разных российских авторов. В трудах И.Н. Животкевича, А.П. Смирнова рассмотрены вопросы теоретических основ надежности технических изделий. Подробно изложены расчетные методы оценки, вопросы организации испытаний изделий, методическое обеспечение ускоренных испытаний и моделирования отказоустойчивых систем. Инструментальные средства для расчета и анализа надежности подробно рассмотрены в работах В.В. Жаднова, А. Строгонова, С. Полесского, И.В. Жаднова, К.Л. Зильбербурга, Е.В. Мекрюковой.

Анализ данных о надежности изделий в рамках интегрированной логистической поддержки рассмотрен в трудах Е.В. Судова, А.И. Левина, A.B. Петрова, Е.В. Чубаровой.

Вопросам обеспечения надежности также посвящен широкий круг работ зарубежных ученых. В работах К. Капура, Л.Ламбермона рассматриваются вопросы, связанные с анализом и синтезом надежных систем на всех этапах создания. Большое внимание уделено вероятностным оценкам безопасности при воздействии случайных нагрузок. В работах Д. Хана, Н. Доганакского, У. Микера рас-

сматриваются вопросы анализа данных и ускоренных испытаний на надежность. В работах X. Кунтшера, 3. Блувбанда рассматриваются вопросы программных разработок по анализу надежности.

В работах Leung Ying Tat, Parija Gyana Ranjan, Sharma Samir; David C. Witteried; David L. Iverson, Frances A. Ratterson-Hine; Craig Damon Hillman, Nathan John Blattau; Ralf R. Fullwood, George B. Rothbart; Shu-Ping Chang, Xiaohui Gu, Spyridon Papadimitriou, Philip Shi-lung Yu; Omar Malik; Toshikazu Tsutsui, Masaaki Furuta; Roger Karam; Laurent Saintis; Vitali Volovoi рассмотрены вопросы автоматизации анализа надежности, диагностики отказов с использованием комплексного анализа надежности и разработки систем и методов анализа надежности.

Существующие модели и методы и реализующие их инструментальные средства, как правило, ориентированы на решение специализированных задач, не охватывают весь жизненный цикл БРЭО и не в полной мере используют возможности современных информационных технологий. Кроме того, внедрение таких информационных систем часто оказывается сложным и затратным.

Таким образом, все вышеизложенное определяет актуальность разработки комплексного решения, реализующего новые модели и методы и позволяющего повысить эффективность обеспечения надежности БРЭО.

Целью диссертационной работы является разработка моделей, методов и инструментальных средств повышения эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования в процессе его жизненного цикла.

Исходя из этой цели, в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ современных моделей, методов и инструментальных средств обеспечения надежности на различных этапах жизненного цикла.

2. Разработка моделей БРЭО и процесса обеспечения надежности БРЭО, учитывающих все стадии жизненного цикла и позволяющих повысить эффективность обеспечения надежности за счет автоматизации анализа процессов жизненного цикла с целью определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании.

3. Разработка методики автоматизированного анализа жизненного цикла с целью повышения эффективности обеспечения надежности БРЭО.

4. Разработка инструментальных средств автоматизированного анализа процессов жизненного цикла с целью определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании.

Объектом исследования в работе является обеспечение надежности БРЭО в процессе его жизненного цикла «проектирование-производство-эксплуатация», предметом исследования служат применяемые для этого модели, методы и инструментальные средства.

Методы исследования базируются на теории надежности, математической статистике, теории множеств, теории алгоритмов, теории системного анализа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена непротиворечивостью применяемых моделей и методов, результатами экс-

периментальных исследований и результатами успешного применения моделей, методов и разработанной системы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Комплексная функциональная модель процесса обеспечения надежности БРЭО, определяющая виды работ и обратных связей, формализация которых позволяет повышать эффективность обеспечения надежности за счет автоматизации анализа процессов жизненного цикла БРЭО.

2. Модель БРЭО, учитывающая все стадии его жизненного цикла (проектирование-производство-эксплуатация), все уровни разукрупнения (элементы, узлы, блоки) и позволяющая решать задачи определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

3. Методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО, позволяющая повысить эффективность процесса обеспечения его надежности.

4. Интегрированная в информационное пространство предприятия система анализа процессов ЖЦ БРЭО, позволяющая повысить эффективность обеспечения его надежности за счет автоматизации процедур определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Комплексная функциональная модель процесса обеспечения надежности БРЭО, определяющая виды работ и обратных связей, формализация которых позволяет повышать эффективность обеспечения надежности БРЭО за счет автоматизации процедур определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

2. Модель БРЭО, учитывающая все уровни разукрупнения (элементы, узлы, блоки) и определяющая его в форме совокупности кортежей событийно-динамического пространства, является комплексной, охватывает все значимые с точки зрения обеспечения надежности процессы всех этапов жизненного цикла и обеспечивает анализ надежности с целью определения причин систематических отказов, оценку результативности корректирующих действий и эффективное использование результатов анализа при обеспечении надежности в процессе проектирования новых БРЭО.

3. Методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ элементов, узлов, блоков БРЭО, которая позволяет повысить эффективность процесса обеспечения надежности за счет автоматизации процедур анализа процессов ЖЦ БРЭО с точки зрения обеспечения надежности и автоматизировать процесс разработки корректирующих действий.

4. Методика проектирования БРЭО с организацией обратной связи с реальной эксплуатацией, которая позволяет проводить более достоверную оценку надежности, проектировать БРЭО с более высокой надежностью и снижать затраты на проектирование.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработанная методика, основанная на модели БРЭО в форме совокупности кортежей событийно-динамического пространства атрибутов, позволяет автоматизировать анализ процессов жизненного цикла БРЭО с целью определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

2. Разработанная система анализа процессов ЖЦ позволяет автоматизировано определять причины систематических отказов, проводить оценку результативности корректирующих действий и оценивать надежность БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

Реализация и внедрение результатов. Разработанные в рамках данной работы система автоматизированного анализа процессов ЖЦ и методика применяются в ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения» для обеспечения надежности изделий типа КИСС, СЭИ, КСЭИС, СПАДИ, СПКР, СУОСО, EIU-100, установленных на воздушных судах Sukhoi Super Jet 100, Ан-148, Ту-204, Ту-214, Ил-96 и их модификаций.

Данные результаты применяются также в центре технического обслуживания ЗАО «ЦТО Рейтинг» (г. Жуковский) для обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования в процессе ремонта.

Акт, подтверждающий использование результатов работы, приведен в приложении 1 диссертационной работы.

Апробация работы проведена на конференциях:

1. Научно-техническая конференция «Улучшение качества проектов и процессов», - Ульяновск, УлГТУ, 2004.

2. Международная заочная научно-техническая конференция «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук», - Ульяновск, 2004.

3. III Международная научно-техническая конференция «Современные научно-технические проблемы транспорта», - Ульяновск, 2005.

4. 2-я Всероссийская научно-техническая конференция «Опыт применения статистических методов управления качеством на производстве», - Ульяновск, 2005.

5. Международная молодежная научная конференция «XXXII Гагаринские чтения», - Москва, 2006.

6. Международная конференция «Континуальные алгебраические лотки, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», - КЛИН-2006.

7. Международная конференция «Программные продукты информационного обеспечения безопасности полетов, надежности и технической эксплуатации авиационной техники», - Москва, 2006.

8. Международная научно-практическая конференция «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации», - Ульяновск, 2008.

9. Всероссийская научно-техническая конференция «Наследие А.Н. Туполева развивается и воплощается в жизнь», - Ульяновск, 2009.

10. Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации», - Ульяновск, УлГТУ, 2009.

11. Российская конференция аспирантов, студентов и молодых ученых «Информатика и вычислительная техника» ИВТ-2010, - г. Ульяновск, 2010.

12. Научно-практическая конференция «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники», - Ульяновск, ЗАО «Авиастар-СП», 2010.

13. Международный симпозиум. Надежность и качество, - Пенза, 23-31 мая,

2011.

14.1-я Всероссийская научно-практическая конференция «Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах», - Ульяновск, 2011.

15. Всероссийская научно-практическая конференция «Информационно-телекоммуникационные технологии», - Москва, 2011.

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе три в журналах списка ВАК.

Участие в научно-технических выставках. Разработанная система автоматизированного анализа процессов жизненного цикла была продемонстрирована на выставке информационных и коммуникационных технологий «8ойоо1-2011».

Структура и объем работы. Основное содержание работы изложено на 206 страницах машинописного текста, который включает 27 иллюстраций и 32 таблицы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 133 наименований и одного приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрена актуальность темы диссертации, степень ее научной разработанности, указаны цели и задачи работы, объект, предмет и методы исследования, обоснована достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

В первой главе проведен анализ бортового радиоэлектронного оборудования для различных типов воздушных судов, классификация БРЭО, анализ влияния внешних воздействующих факторов, обусловленных условиями эксплуатации и окружающей среды, на работоспособность БРЭО, современных нормативных документов и требований к обеспечению надежности БРЭО в процессе жизненного цикла, анализ существующих методов и инструментальных средств обеспечения надежности БРЭО, анализ СЛЬБ-технологий с точки зрения обеспечения надежности.

Из анализа бортового радиоэлектронного оборудования, его функций и условий эксплуатации следует, что современное БРЭО представляет собой сложные аппаратно-программные системы и комплексы, для которых характерно:

1) значительное расширение спектра функций и задач;

2) расширение диапазона различных внешних воздействующих факторов, обусловленных условиями эксплуатации и окружающей среды;

3) расширение номенклатуры и большое количество модификаций, связанных с появлением новых и модернизацией существующих воздушных судов;

4) повышение требований к надежности и безопасности.

Проведен анализ жизненного цикла БРЭО, который показал, что жизненный цикл БРЭО представляет собой сложную древовидную структуру с обратными связями различного уровня. Показано, что процесс обеспечения надежности БРЭО имеет комплексный характер, охватывает весь жизненный цикл, оказывает существенное влияние на стоимость жизненного цикла, требует значительных ресурсов и временных затрат и реализуется в виде замкнутой системы, интегрированной в процессы жизненного цикла.

Приведен анализ процесса обеспечения надежности, который показал, что существующие методы и инструментальные средства, используемые для обеспечения надежности БРЭО, при комплексном использовании позволяют решать задачи обеспечения надежности. В то же время, необходимо повышение эффективности процесса за счет разработки моделей, методов и инструментальных средств, учитывающих специфику БРЭО и его жизненного цикла на современном этапе и позволяющих уменьшить трудоемкость и временные затраты на обеспечение надежности.

Показано, что наиболее эффективным является разработка новых моделей, методов и инструментальных средств в концепции САЬ8-технологий.

Во второй главе предложены: функциональная модель, модель ЖЦ БРЭО, методика автоматизированного анализа ЖЦ БРЭО и методика проектирования БРЭО, позволяющие повысить эффективность процесса обеспечения надежности.

На основании проведенного анализа ЖЦ БРЭО, процесса обеспечения надежности, САЬЗ-технологии с точки зрения обеспечения надежности сделан вывод о необходимости создания новых моделей, методов и инструментальных средств, реализующих эффективные обратные связи от постпроизводственных процессов к процессам проектирования и технологической подготовки производства и позволяющих повысить эффективность процесса обеспечения надежности за счет (рис. 1):

- автоматизации определения причин систематических отказов и оценки результативности корректирующих действий;

- автоматизации процесса оценки надежности проекта БРЭО по экспериментальным данным при проектировании и технологической подготовке производства.

При этом для обеспечения универсальности и простоты применения, разрабатываемые модели и методы:

1. Не должны усложнять процесс обеспечения надежности БРЭО (учитывать значимые источники отказов, обоснованно пренебрегать второстепенными и использовать инженерно убедительные допущения и предположения).

2. Не должны требовать значительного повышения квалификации специалистов.

3. Должны максимально использовать существующие модели и методы, определенные отраслевыми нормативными документами.

4. Должны разрабатываться в концепции СЛЬБ-технологий.

При разработке модели используются следующие определения:

- причина отказа - обстоятельства в ходе разработки, производства или эксплуатации, которые привели к отказу.

- систематический отказ - отказ, однозначно вызванный одной причиной, которая может быть устранена только модификацией проекта или производственного процесса, правил эксплуатации и документации.

Из определений следует, что источниками отказов являются процессы разработки, производства и эксплуатации, а корректирующие действия - это модификация проекта, производственного процесса или процесса эксплуатации.

Модель строится на предположении, что однотипные элементы изделия имеют одинаковый уровень надежности, а различные фактические показатели надежности однотипных элементов, полученные при эксплуатации БРЭО, обусловлены различиями в процессах разработки, производства, эксплуатации.

При разработке эти различия связаны, прежде всего, с различными условиями применения, условиями эксплуатации и окружающей среды. При производстве это связанно с комплектующими изделиями, оборудованием и исполнителями технологических процессов. При эксплуатации это связано с различными организациями, выполняющими монтаж на ВС, эксплуатацию и ремонт.

Исходя из определения источника отказа, сформирован базовый перечень процессов, учитываемых при разработке модели (рис. 2). Выбор процессов разработки проведен в соответствии с «Руководством по оценке правильности применения электрорадиоизделий», используемым предприятиями промышленности при анализе причин отказов ЭРИ в образцах аппаратуры и выработке предложений по повышению ее надежности, и квалификационными требованиями КТ-16(Ю, устанавливающими условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования.

Процессы разработки Е=Г

Т'

ё

02

Рп

Процессы производства

, I г

М1

М2

Мп

Постпроизводственные _процессы_

Б2 Бп

Детализация по критериям оценки правильности применения ПКИ

Детализация на СпТП и процессы поставщиков ПКИ

Процессы потребителей

[мГ

М2 МЗ М4 М5 Мб

юн

Источники причин отказов

Рис. 2. Формирование базового перечня

Значимые процессы производства выбраны в соответствии с перечнем специальных технологических процессов (СпТП), разрабатываемым для авиационной промышленности в целом, а также перечнем СпТП, составляемым для конкретного БРЭО.

Так как базовый перечень процессов формируется с точки зрения предприятия-разработчика и изготовителя БРЭО, детализация постпроизводственного этапа на процессы не. представляется возможной. Поэтому для модели сформированы совокупности процессов, осуществляемых в рамках одного предприятия, такие как монтаж на ВС, эксплуатация, ремонт, которые рассматриваются как отдельные процессы.

Для описания каждого процесса определена совокупность атрибутов Х| = {хь х2,..., х„}, характеризующих соответствующий процесс с точки зрения модели отказа «нагрузка/стойкость», и определены множества значений атрибутов А{ = {а,,..., а^, ¡=1, ...,п.

При этом использовались следующие определения стойкости и нагрузки.

Стойкость 5 по совокупности атрибутов, определяющих процесс - это максимальный уровень воздействия совокупности атрибутов Х| процесса Р|, при котором сохраняется соответствие заявленному уровню надежности БРЭО.

Нагрузка N по совокупности атрибутов, определяющих процесс Р|, - уровень воздействия совокупности атрибутов X; процесса Р^

Очевидно, что в терминах стойкости и нагрузки возникновение систематических отказов соответствует ситуации, в которой уровень нагрузки превышает уровень стойкости хотя бы по одному процессу:

^(Р)>5(Р). (1)

Таким образом, задача определения источника систематических отказов сводится к выявлению процессов, по которым выполняется условие (1).

Так как количественную оценку стойкости и нагрузки определить затруднительно, необходимо определить качественные признаки выполнения условия (1).

Для этого атрибуты должны соответствовать следующим правилам:

- каждый атрибут должен представлять собой элемент конструкторских, производственных или эксплуатационных данных, доступных в информационной среде предприятия;

- набор атрибутов, характеризующих процесс, должен позволять однозначно классифицировать элементы изделия относительно данного процесса.

Перечень процессов и соответствующих им атрибутов, характеризующих нагрузку, представлен в таблице 1.

Таблица 1

Перечень процессов и атрибутов, характеризующих нагрузку

Процесс Чем характеризуется Наименование атрибута Обозначение атрибута Область значений

01:Выбор ЭРИ/ПКИ по ресурсу Налетом Израсходованный ресурс operlife интервалы налета

02: Выбор ЭРИ/ПКИ по сроку службы Датой ввода в эксплуатацию Дата ввода в эксплуатацию maintdate интервалы срока службы

03:Вьгбор способа защиты от ВВФ. Температура Конструкцией блока Шифр блока nambí перечень шифров блоков

Расположением в блоке Шифр модуля nammod перечень шифров модулей

Позиционное обозначение модуля rdmod перечень позиционных обозначений модулей

Позиционное обозначение ЭРИ rdpart перечень позиционных обозначений ЭРИ

Расположением на ВС Категория по температуре cattem перечень категорий

Климатической зоной аэропорта базирования Аэропорт базирования basair перечень аэропортов

04: Выбор СПОСОба ЗЗЩиТЫ __г>т~»<** и! оич», Влажность Размещением на ВС Категория по влажности catham перечень категории

ллимашчс-ской зоной аэропорта базирования /ЛЗрОИОр 1 базирования oaSdií 1ХСрС4СНЬ аэропортов

05:Выбор способа защиты от ВВФ. Вибрация Конструкцией блока Шифр блока nambí перечень шифров блоков

Размещением в блоке Шифр модуля nammod перечень шифров модулей

Позиционное обозначение модуля rdmod перечень позиционных обозначений модулей

Позиционное обозначение ЭРИ rdpart перечень позиционных обозначений ЭРИ

_Окончание таблицы 1

Размещением на ВС Категория по вибрации саМЬ перечень категорий

Зона размещения гошаЬ перечень зон

ОбЮбеспечение электрических режимов Применением в схеме Позиционное обозначение ЭРИ г<1раг1 перечень позиционных обозначений ЭРИ

М1:Выбор изготовителя Предприятием-изготовителем Изготовитель ЭРИ тапрай перечень изготовителей ЭРИ

Изготовитель модуля тапто<1 перечень изготовителей модулей

Изготовитель блока тапЫ перечень изготовителей блоков

Номером партии ЭРИ Номер партии ЭРИ питрай перечень номеров партий

М2:Выбор поставщика Предприятием Поставщик ЭРИ рго<1раг1 перечень поставщиков ЭРИ

МЗ:Выбор способа выполнения электромонтажной операции Оборудованием Наименование оборудования aqsol перечень оборудования для пайки

М4:Выбор способа выполнения лакировочной операции Оборудованием Наименование оборудования ацуагп перечень оборудования для лакировки

М5 ¡Выполнение электромонтажной операции Исполнителем Исполнитель Ьап<18о1 перечень исполнителей

М6:Выполнение лакировочной операции Исполнителем Исполнитель ИапсКагп перечень исполнителей

81:Монтажна ВС Предприятием-изготовителем ВС Изготовитель ВС тапак перечень изготовителей ВС

Б2: Эксплуатация Эксплуатирующей организацией Авиакомпания апНпе перечень авиакомпаний

БЗгРемонт Сервисной организацией Сервисная организация Бегсеп перечень сервисных организаций

В соответствии с определением стойкости, к элементам БРЭО, имеющим одинаковый уровень стойкости по любому из процессов, отнесены элементы одного типа (элементы, изготовленные по одним техническим условиям). Тогда БРЭО можно описать дискретно-событийной моделью:

О = (.К 0, Р, Я, С, г), (2)

где К - идентификатор элемента БРЭО; (3 - атрибуты, определяющие иерархические связи элементов и узлов в структуре БРЭО; Р - атрибуты параметров процес-

сов; R - атрибуты, определяющие налет и количество отказов; С - атрибуты корректирующих действий; t - дата актуальности модели для анализа.

В соответствии с (2) и таблицей 1, после исключения повторяющихся атрибутов и присвоения номеров разрядов, элемент БРЭО можно представить в виде кортежа:

О = (namparti, nammod2, патЫз, namsys4l numpart5, nummodg, numbly, numsysg, rdpartg, rdmod10, cattemn, cathamn, catvibn, zomibu, manpartis, manmod16, manblu, prodpartis, aqsolt9, aqvarnw, handsoln, handvartiv, maintdatex, mcmairu, airline2S, basair26, sercen27, operlife2& raid29, ratenum3o, cor act31) (3)

Показано, что представление элементов БРЭО в пространстве атрибутов, сформированном с точки зрения обеспечения надежности, позволяет формировать систему подмножеств элементов БРЭО, распределенных по уровню стойкости и нагрузки. Устанавливая конкретные значения для атрибутов, можно ограничивать исходное множество элементов до определенного нами подмножества, представляющего собой класс элементов (вариант применения), имеющих одинаковую стойкость или нагрузку по определенному процессу. Определены кортежи формирования вариантов применения для каждого процесса (таблица 2).

Таблица 2

Кортежи атрибутов для формирования вариантов применения

Процесс Кортежи для определения ВП

Выбор ЭРИ/ПКИ по ресурсу (nampart, operlifei; V , t)

Выбор ЭРИ/ПКИ по сроку службы (nampart, maintdatc,, V , t)

Выбор способов защиты от ВВФ. Температура (nampart, nambli, nammod,, rdmod,, rdpart,, cattery, basairi, V ,t)

Выбор способа защиты от ВВФ. Влажность (nampart, catham,, basairi, V , t)

Выбор способа защиты от ВВФ. Вибрация (nampart, namblj, nammodj, rdmod,-, rdparti, catvibj, zonvibj, V ,t)

Обеспечение электрических режимов (nampart, rdpart ¡, nammod;, rdmodj V , t)

Выбор изготовителя (nampart, manparti, numpart;, V , t) (NONEi, nammodi, manmodj, V , t) (NONEi,NONE2, namblj, manblj, V , t)

Выбор поставщика (nampart, prodpart,-, V , t)

Выбор способа выполнения электромонтажной операции (nampart, aqsol,-, V , t)

Выбор способа выполнения лакировочной операции (nampart, aqvarnj, V , t)

Выполнение электромонтажной операции (nampart, handsolj, V , t)

Выполнение лакировочной операции (nampart, handvarn,-, V , t)

Монтаж на ВС (nampart, manairj, V , t)

Эксплуатация (nampart, airline,, V , t)

Ремонт (nampart, serseni, V , t)

Для решения задачи поиска условия (1) каждый вариант применения должен быть упорядочен по некоторому параметру, характеризующему элементы БРЭО данного варианта применения с точки зрения надежности. В качестве такого критерия выбрана статистическая оценка интенсивности отказов X (для невос-станавливаемых элементов БРЭО) или параметра потока отказов со (для восстанавливаемых элементов БРЭО).

Так как возникновение систематических отказов вызывает увеличение параметра X (со), наблюдая за однородностью статистических оценок вариантов применения, можно делать выводы о наличии систематических отказов по процессам; оценивать эффективность корректирующих действий и проводить оценку надежности новых проектов по следующим критериям:

1) наличие (отсутствие) систематических отказов - неоднородность (однородность) статистических оценок вариантов применения по какому-либо параметру, характеризующему определенный процесс-источник систематических отказов;

2) результативность (не результативность) корректирующих действий - статистические оценки после проведения корректирующих действий по процессу-источнику систематических отказов - однородны (неоднородны);

3) оценка годности элементов для нового проекта - статистические оценки вариантов применения элемента, соответствующих требованиям проекта, однородны по всем процессам.

Для оценки однородности выбраны стандартные средства математической статистики, такие как проверка однородности с применением критерия */2 и сопоставления доверительных интервалов.

Выбор корректирующего действия осуществляется логическим выводом по формулам следующего вида:

Я £С7 ДС/Ш V ВСАКЧ, (4)

где П - факт наличия неоднородности статистических оценок в ¡-м процессе; £>С/ - процесс-источник систематических отказов; £>С/Ш - корректирующее действие по ¡-му процессу, направленное на увеличение стойкости; ИСАШ - корректирующее действие по ¡-му процессу, направленное на снижение нагрузки.

Разработана модель ЖЦ БРЭО в аспекте обеспечения надежности, позволяющая повысить эффективность обеспечения надежности за счет формализации процедур определения причин систематических отказов и разработки корректирующих действий, оценки эффективности корректирующих действий и оценки надежности при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов (рис. 3).

Предложена методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО, позволяющая повысить эффективность процесса обеспечения его надежности (рис. 4).

Предложена методика проектирования БРЭО с организацией обратной связи с реальной эксплуатацией (рис. 5).

Рис. 3. Модель ЖЦ БРЭО в аспекте обеспечения надежности

Формирование событийно-динамического пространства

Рис. 4. Методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО

В третьей главе представлена разработка интегрированной в информационное пространство предприятия системы автоматизированного анализа процессов жизненного цикла БРЭО. Система предназначена для решения следующих задач:

1. Определение причин систематических отказов элементов БРЭО в ручном и автоматическом режиме.

Для этой цели Система производит:

- формирование вариантов применения элементов БРЭО по процессам в соответствии с положениями главы 2;

- расчет статистических оценок вариантов применения и проверку однородности этих оценок по каждому из процессов;

- определение процессов-источников систематических отказов по результатам проверки однородности;

- формирование перечня предполагаемых корректирующих действий;

- определение объема коррекции (идентификацию и местонахождение элементов, по которым принято решение о проведении доработок).

Рис. 5. Методика проектирования БРЭО с организацией обратной связи с реальной

эксплуатацией

При этом пользователь имеет возможность коррекции полученных результатов как в части определения причин систематических отказов, так и в части планирования корректирующих действий. В случае, если пользователь производит коррекцию результатов, система учитывает внесенные изменения при последующем выполнении процедуры анализа этого элемента.

2. Оценка результативности проведенных корректирующих действий в ручном и автоматическом режиме.

Для определения результативности система предоставляет средства для проверки однородности статистических оценок до и после внедрения корректирующих действий.

3. Оценка годности элемента для новых проектов БРЭО.

Элемент БРЭО для оценки задается кортежем атрибутов, значения которых соответствуют требованиям проекта БРЭО, в котором предполагается использование элемента. Оценка при этом производится на основе накопленной информации по результатам эксплуатации как элементов данного типа, так и элементов-аналогов.

Система имеет модульную архитектуру. Набор модулей определяется требованиями к функционированию и масштабируемости Системы. Структура Системы с указанием связей показана на рис. 6.

Рис. 6. Структура системы с указанием направлений потоков команд и данных

Интерфейсная часть модуля определения причин систематических отказов и оценки результативности корректирующих действий представлена на рис. 7.

Н X 'О 3 «! I» X В О О

н

тттг

© (>чтр*П.У.1)

*< 1 | ¿¿■А к А ДАЛ V./

660 л ^

Рис. 7. Интерфейсная часть модуля определения причин систематических отказов и оценки результативности корректирующих действий

В четвертой главе представлено исследование методики и системы автоматизированного анализа жизненного цикла БРЭО с целью повышения эффективности процесса обеспечения надежности.

Исследования проведены на примере систем СЭИ-85, КИСС-1 и СПКР-85, установленных на воздушных судах: Ту-204, Ту-214, Ил-96-300, Ил-96-400.

Адекватность модели подтверждается сравнением результатов анализа причин отказов указанного БРЭО без применения и с применением системы анализа процессов жизненного цикла.

Эффективность методики показана на примере расчета трудоемкости действий по определению причин систематических отказов и оценки результативности корректирующих действий для индикатора многофункционального (ИМ-8) из состава систем КИСС-1 и СЭИ-85 (рис. 8) и блока преобразования сигналов БПС-8 из состава системы КИСС-1.

Для процедуры определения причин систематических отказов показано уменьшение трудоемкости в 3 раза, для процедуры разработки корректирующих действий и определения объема коррекции - в 10 раз, для оценки результативности корректирующих действий - в 2 раза, что приводит к сокращению срока повышения надежности до требуемого уровня на 30—50 %.

2, Заключение о

1. Сбор данных о проведении КорД Т = 0,25 ч/мес

1 .Классификация отказов по этапам ЖЦ Т кжц =0,25 ч/мес

£ \2. Выявление компонентов, имеющих наибольшее число отказов по каждому этапу ЖЦ Т в* =0,25 ч/мес

3. Выявление компонентов, по которым необходимо провести КорД Т ад = 0,25 ч/мес 4. Оформление результатов Тоя-Оч/мес

3. Заключение и определение 1. Анализ данных обьема коррекции Т ад = 0.25ч/мес Та = 1,25ч/мес

2. Запрос и сбир ТиысА5=Тгжц+Твк+Тк0рд+Тор+Тдд+Тсдд+Т)+Тск0рд+Тзр=3|75 ч/мес

дополнительных данных Тсдд= 1,25 ч/мес

Без использования методики автоматизированного анализа

---► __________4--------------

у&ор данных Об отказ**/!

3, Заключительный графический анали: Т зга - 0,1 ч/мес

1. Работы по нэстройке атрибутов Т н* =0,1 ч/мес

2. Графический анализ Т га — 0,1 ч/мес

Тг«са1'Тиа+Тг,+Т1га=0,3 ч/мм

С использованием методики автоматизированного анализа

Рис. 8. Трудоемкость анализа причин систематических дефектов и оценки результативности корректирующих действий с использованием и без использования методики анализа ЖЦ БРЭО

Кроме того, показано уменьшение трудоемкости оценки надежности элементов БРЭО для использования в новых проектах, что сокращает время проектирования и технологической подготовки производства. Сведения о проектах, оценка надежности которых выполнена с применением методики, представлены в таблице 3.

Таблица 3

Сведения о проектах БРЭО, оценка надежности которых выполнена с _ учетом методики _

Наименование Кол-во на ВС Объект применения

КСЭИС-204Е 1

СПАДИ-204 1 Ту-204СМ

СУОСО-204 1

ЕШ-100 2 БикМ Бирег^ 100

КСЭИС-148 1 Ан-148

Показана эффективность предложенных моделей и методов на примере динамики уровня надежности систем КИСС и СЭИ (рис. 9).

Средняя наработка на отка) н повреааенпе нарастающим итогом системы

кнсс:

1353

1229

(313

Повышение надежности системы КИСС из состава самолета Ту-204 за 2007-2010гг.

Повышение надежности системы СЭИ-85-2 из состава самолета Ил-96-300 за 2005-2008гг.

6 •=. п г

|! а *

" I Й 5

Средняя наработка на отка» нарастающим итогом системы 3000 ОИ-85-2

2500 1 2409

2000 1500 1000

Рис. 9. Динамика уровня надежности систем КИСС и СЭИ в процессе эксплуатации

В заключении приведены основные результаты и научная новизна диссертационной работы, сведения об апробации и публикациях, внедрении результатов работы.

В приложении содержится акт об использовании результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Итогом работы является разработка моделей, методов и инструментальных средств повышения эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования в процессе его жизненного цикла.

К основным результатам относятся:

1. Разработанная комплексная функциональная модель процесса обеспечения надежности БРЭО, определяющая виды работ и обратных связей, формализация которых позволяет повышать эффективность обеспечения надежности БРЭО за счет автоматизации определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

2. Разработанная модель БРЭО, учитывающая все стадии его жизненного цикла (проектирование-производство-эксплуатация), все уровни разукрупнения (элементы, узлы, блоки) и позволяющая решать задачи определения причин систематических отказов, оценки эффективности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

3. Предложенная методика автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО, позволяющая повысить эффективность процесса обеспечения его надежности.

4. Разработанная интегрированная в информационное пространство предприятия система анализа процессов ЖЦ, позволяющая повысить эффективность обеспечения его надежности за счет автоматизации процедур определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации изделий-аналогов.

Список публикаций:

В изданиях, входящих в список ВАК:

1. Романов Ю.В., Шишкин В.В. Повышение эффективности процесса обеспечения безотказности бортового радиоэлектронного оборудования с использованием информационных технологий // Известия Самарского научного центра Российской академии наук», Том 11 №3(2) (29). - Самара: Самарский научный центр РАН, 2009. с. 520-525.

2. Романов Ю.В., Шишкин В.В. Использование САЬБ-технологий для повышения эффективности процесса обеспечения безотказности бортового радиоэлектронного оборудования//Надежность. №4. 2009. с. 36-44.

3. Шишкин В.В., Романов Ю.В., Мишин В.А. Повышение эффективности обеспечения безотказной работы бортового радиоэлектронного оборудования // Датчики и системы. 2010. №4. с. 25-28.

В других изданиях:

1. Романов Ю.В. О регулировании качества продукции через статистический анализ информации об отказах изделий авиационной техники // Научно-технический калейдоскоп №2,2004. - Ульяновск: УлГТУ, 2004. с. 59-61.

2. Романов Ю.В. Проблемы надежности авиационной техники в условиях единичного производства // Сборник статей Международной заочной научно-

технической конференции «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук». - Ульяновск, 2004. - с. 195-198.

3. Романов Ю.В. Управление качеством продукции на основе статистического анализа информации об отказах авиационной техники // Материалы научно-технической конференции «Улучшение качества проектов и процессов». -Ульяновск, 2004. с. 28-30.

4. Романов Ю.В. Применение метода правдоподобия гипотез для управления процессом обеспечения надежности изделий авиационной техники // Материалы научно-технической конференции «Опыт применения статистических методов управления качеством на производстве». - Ульяновск, 2005. с. 56-58.

5. Романов Ю.В., Пахомов И.В. Применение информационных технологий для обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования воздушных судов // Материалы III Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта». - Ульяновск, 2005. с. 11-12.

6. Шишкин В.В., Романов Ю.В. Информационное обеспечение надежности бортового радиоэлектронного оборудования на стадии эксплуатации // Информатика и системы искусственного интеллекта: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке и технике - КЛИН-2006». -Ульяновск: УлГТУ, 2006. Том 2. с. 141-142.

7. Романов Ю.В. Повышение надежности бортового радиоэлектронного оборудования за счет применения СЛЬБ-технологий на стадии эксплуатации // XXXII Гагаринские чтения, Том 3. - Москва, 2006. с. 18-20.

8. Романов Ю.В. Применение интегрированной системы сопровождения эксплуатации изделий в задачах обеспечения конкурентоспособности авиационной техники // Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации». - Ульяновск, 2008. с. 98-100.

9. Шишкин В.В., Романов Ю.В., Стенюшкин Д.И. Повышение безотказности авиационных бортовых систем с применением экспортных систем // Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» Сборник научных трудов. Т. 1. - Ульяновск, 2009. с. 206-209.

Ю.Шишкин В.В.. Романов Ю.В. Повышение эффективности процесса обеспечения безотказности современных бортовых радиоэлектронных систем с применением информационных технологий // Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» Сборник научных трудов. Т. 1. - Ульяновск, 2009. с. 200-206.

11. Стенюшкин Д.И., Романов Ю.В., Кондратьев С.А. Методология построения экспертной системы для анализа безотказности бортовых модулей // Сборник докладов студентов и аспирантов «Информационные системы и измерительно-вычислительные комплексы». - Ульяновск. 2010. с. 98-99.

12. Романов Ю.В., Стенюшкин Д.И., Бикулов А.Ю. Экспертная система для анализа отказов бортового радиоэлектронного оборудования // Сборник научных

трудов Российской конференции аспирантов, студентов и молодых ученых ИВТ-2010 «Информатика и вычислительная техника». - Ульяновск, 2010. с. 603-608.

13.Стенюшкин Д.И., Романов Ю.В., Бикулов А.Ю., Кондратьев С.А. Разработка модели знаний экспертной системы для анализа отказов бортовых систем // Сборник научных трудов Российской конференции аспирантов, студентов и молодых ученых ИВТ-2010 «Информатика и вычислительная техника». -Ульяновск, 2010. с. 488-493.

Н.Романов Ю.В., Гладкова Е.В. Информационная поддержка процесса обеспечения безотказности авиационной техники на различных этапах жизненного цикла // Материалы научно-практической конференции «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники».- Ульяновск, 2011. с. 101-105.

15. Романов Ю.В., Гладкова Е.В. Информационная поддержка процесса обеспечения безотказности бортового радиоэлектронного оборудования на различных этапах жизненного цикла // Международный симпозиум. Надежность и качество. Том 1. - Пенза, 2011. с. 259-260.

16. Шишкин В.В., Романов Ю.В. Повышение эффективности обеспечения безотказности устройств измерения, сбора и обработка сигналов в информационно-управляющих комплексах в концепции САЬБ-технологий // Материалы 1-й Всероссийской научно-практической конференции «Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах». -Ульяновск, 2011. с. 116-119.

П.Шишкин В.В., Стенюшкин Д.И., Романов Ю.В. Повышение эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования на основе информационной поддержки процессов жизненного цикла // Сборник тезисов всероссийской конференции «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации». - Москва, 2011. с. 23-25.

РОМАНОВ Юрий Владимирович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОГО РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

Автореферат Подписано в печать 21.11.2011. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ 1211. Типография УлГТУ. 432027, Ульяновск, ул. Северный Венец, 32.

61 12-5/1434

Ульяновский государственный технический университет

На правах рукописи

Романов Юрий Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОГО РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

Специальность 05.13.05 - «Элементы и устройства вычислительной техники

и систем управления» Специальность 05.13.12 - «Системы автоматизации проектирования

(промышленность)»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., доцент Шишкин Вадим Викторинович

Ульяновск - 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список использованных сокращений_ Введение___

Глава 1. Анализ процесса обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования _14

1.1 Анализ бортового радиоэлектронного оборудования как объекта обеспечения надежности___14

1.2 Анализ жизненного цикла бортового радиоэлектронного оборудования________25

1.3 Критерии эффективности обеспечения надежности БРЭО_32

1.4 Анализ современных нормативных документов и требований к обеспечению надежности бортового радиоэлектронного оборудования в процессе его жизненного цикла _34

1.5 Анализ существующих методов и инструментальных средств обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования_52

1.6 Анализ САЬ8-технологий с точки зрения обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования_75

Выводы по главе 1 82 Глава 2. Разработка модели бортового радиоэлектронного оборудования и методики автоматизированного анализа процессов жизненного цикла _84

2.1 Разработка функциональной модели процесса обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования _84

2.2 Разработка модели бортового радиоэлектронного оборудования в аспекте обеспечения надежности_90

2.3 Разработка модели жизненного цикла бортового радиоэлектронного оборудования в аспекте обеспечения надежности_110

2.4 Разработка методики автоматизированного анализа жизненного цикла бортового радиоэлектронного оборудования_115

2.5 Разработка методики проектирования БРЭО с организацией обратной

связи с реальной эксплуатацией_;_123

Выводы по главе 2___Д25

Глава 3. Разработка интегрированной в информационное пространство предприятия системы автоматизированного анализа процессов жизненного цикла БРЭО_128

3.1 Разработка требований к системе автоматизированного анализа_._128

3.2 Архитектура системы______132

3.3 База данных системы___135

3.4 Интерфейсный модуль_^_:_140

3.5 Модуль анализа причин отказов и оценки результативности корректирующих действий__143

3.6 Модуль оценки годности решений для повторного использования_148

3.7 Модуль настройки факторов анализа_ 150

3.8. Модуль настройки корректирующих действий_153

3.9 Модуль интеграции _156

Выводы по главе 3 _158

Глава 4. Исследование методики и системы автоматизированного анализа процессов жизненного цикла БРЭО_160

4.1 Сведения об изделиях, при обеспечении надежности которых проводились исследования методики и системы автоматизированного анализа жизненного цикла_160

4.2 Определение причин систематических отказов и оценка результативности корректирующих действий_164

4.3 Оценка новых проектов_ 180

4.4 Оценка эффективности методики и системы автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО_181

Выводы по главе 4__184

Заключение 186

Библиографический список_190

Приложение 1_ 205

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ С ОКРАЩЕНИИ

CALS - continuous acquisition and life cycle support

ETA - events tree analysis

FMEA - failure modes and effects analysis

FMECA - failure mode effects and criticality analysis

FRACAS - failure reporting, analysis and corrective action system

FTA - fault tree analysis

HALT - highly accelerated life test

PDM - product data management

RBD - reliability block diagram

АВГЖО - анализ видов, последствий и критичности отказов

АВПО - анализ видов и последствий отказов

АП - авиационные правила

ACPH - автоматизированная система расчета надежности

AT - авиационная техника

БВУ - блок вычислительного устройства

БИС - бортовые информационные системы

БИСК - бортовая информационная система контроля

Б0 - бортовое оборудование

БРЭО - бортовое радиоэлектронное оборудование

БСТО - бортовая система технического обслуживания

БУР - бортовое устройство регистрации

БФИ - блок формирования изображения

ВВФ - внешний воздействующий фактор

ВС - воздушное судно

ДЗУ - долговременное запоминающее устройство

ЕСКД - единая система конструкторской документации

ЕСТД - единая система технологической документации

ЖЦ - жизненный цикл

ИИС - интегрированная информационная среда

ио - информационный объект

иссдэ - интегрированная система сбора данных об эксплуатации

КД - конструкторская документация

кисс - комплексная информационная система сигнализации

ксэис - комплексная система электронной индикации и сигнализации

кэ - конструктивный элемент

МСРП - многоканальная система регистрации параметров

НИОКР - научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

ОБС - оценка безопасности системы

ОФО - оценка функциональной опасности

ПК - программный комплекс

ПОБС - предварительная оценка безопасности системы

пон - программа обеспечения надежности

ПУИ - пульт управления индикацией

РКД - рабочая конструкторская документация

САПР - система автоматизации проектирования

СпТП - специальный технологический процесс

СРШ1 - система разработки и постановки на производство

ссло - система сбора и локализации отказов

ссн - структурная схема надежности

СУОСО - система управления общесамолетным оборудованием

сч - составная часть

сэи - система электронной индикации

сэс - система электроснабжения

тд - техническая документация

тз - техническое задание

то - техническое обслуживание

ТОиР - техническое обслуживание и ремонт

ТП - технический проект

тпп - технологическая подготовка производства

ТУ - технические условия

ЦСО - центральный сигнальный огонь

ЭД - эксплуатационная документация

ЭП - эскизный проект

ЭРИ - электрорадиоизделие

ЭСИ - электронная структура изделия

ВВЕДЕНИЕ

Современный рынок авиационной техники (АТ) характеризуется повышением требований российских авиакомпаний к обеспечению надежности воздушных судов (ВС) и их бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО). При заключении контрактов на поставку БРЭО для современных воздушных судов, таких как: Ан-148, 881-100, Ту-204СМ, МС-21 особое внимание в рамках послепродажного обслуживания уделяется программам гарантии надежности и регулярности вылета. Неспособность поставщика БРЭО продемонстрировать наличие ресурсов для реализации такой программы делает его продукцию неконкурентоспособной.

В то же время надежность представляет собой высокозначимую составляющую суммарной стоимости владения через расходы на техническое обслуживание; стоимость запасных частей; стоимость инфраструктуры логистики (материально-технического снабжения); стоимость простоев; инвестиции в проектирование и производство, востребованные необходимостью повышения надежности и т.д. и оказывает непосредственное влияние на качество БРЭО [1].

С другой стороны, отмечается непрерывный рост сложности БРЭО и его жизненного цикла (ЖЦ), обусловленный [5-7]:

- расширением спектра функциональных задач и диапазона условий эксплуатации БРЭО;

- расширением отраслевой, межотраслевой и международной кооперации при производстве БРЭО;

- повышением требований к надежности БРЭО и т.д.

Кроме того, сохраняется тенденция к сокращению времени, отводимому на проектирование и технологическую подготовку производства БРЭО, что определяется ростом конкуренции на рынке поставщиков БРЭО и оказывает существенное влияние на процесс обеспечения надежности.

Эти причины определяют необходимость постоянного совершенствования процесса обеспечения надежности БРЭО.

Эффективное обеспечение надежности БРЭО необходимо для реализации Федеральной целевой программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 годы и на период до 2015 года»

И-

Процесс обеспечения надежности БРЭО интегрирован с информационной средой предприятия и поэтому для его реализации могут эффективно применяться CALS-технологии, которые предоставляют дополнительные возможности информационной поддержки процесса обеспечения надежности.

Необходимость повышения эффективности обеспечения надежности БРЭО отражена в материалах различных отраслевых совещаний и конференций [8-13].

Отдельным вопросам обеспечения надежности посвящен широкий круг работ разных российских авторов. В трудах И.Н. Животкевича, А.П. Смирнова рассмотрены вопросы теоретических основ надежности технических изделий. Подробно изложены расчетные методы оценки, вопросы организации испытаний изделий, методическое обеспечение ускоренных испытаний и моделирования отказоустойчивых систем [14].

Инструментальные средства для расчета и анализа надежности подробно рассмотрены в работах В.В. Жаднова, А. Строгонова, С. Полесского, И.В. Жаднова, K.J1. Зильбербурга, Е.В. Мекрюковой, В.С Викторовой, A.C. Степанянца [15, 81, 82, 15, 99].

Анализ данных о надежности изделий в рамках интегрированной логистической поддержки рассмотрен в трудах Е.В. Судова, А.И. Левина, A.B. Петрова, Е.В. Чубаровой [3].

Вопросам обеспечения надежности также посвящен круг работ зарубежных ученых. В работах К. Капура, Л.Ламбермона рассматриваются вопросы, связанные с анализом и синтезом надежных систем на всех этапах создания. Большое внимание уделено вероятностным оценкам безопасности при воздействии случайных нагрузок [16]. В работах Д. Хана, Н.

Доганакского, У. Микера рассматриваются вопросы анализа данных и ускоренных испытаний на надежность [17, 18]. В работах X. Кунтшера, 3. Блувбанда рассматриваются вопросы программных разработок по анализу надежности [1, 99, 100, 103].

В работах Leung Ying Tat, Parija Gyana Ranjan, Sharma S amir [102]; David С. Witteried [104]; David L. Iverson, Frances A. Patterson-Hine [105]; Craig Damon Hillman, Nathan John Blatten [106]; Ralf R. Fullwood, George B. Rothbart [107]; Shu-Ping Chang, Xiaohui Gu, Spyridon Papadimitriou, Philip Shilling Yu [108]; Omar Malik [109]; Toshilcazu Tsutsui, Masaaki Furuta [110]; Roger Karam [111]; Laurent Saintis [112]; Vitali Volovoi [113] рассмотрены вопросы автоматизации анализа надежности, диагностики отказов с использованием комплексного анализа надежности и разработки систем и методов анализа надежности.

Существующие модели и методы и реализующие их инструментальные средства, как правило, ориентированы на решение специализированных задач, не охватывают весь жизненный цикл БРЭО и не в полной мере используют возможности современных информационных технологий. Кроме того, внедрение таких информационных систем часто оказывается сложным и затратным.

Таким образом, все вышеизложенное определяет актуальность разработки комплексного решения, реализующего новые модели и методы и позволяющего повысить эффективность обеспечения надежности БРЭО.

Целью диссертационной работы является разработка моделей, методов и инструментальных средств повышения эффективности обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования в процессе его жизненного цикла.

Исходя из этой цели, в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ современных моделей, методов и инструментальных средств обеспечения надежности на различных этапах жизненного цикла.

2. Разработка моделей БРЭО и процесса обеспечения надежности БРЭО, учитывающих все стадии жизненного цикла и позволяющих повысить эффективность обеспечения надежности за счет автоматизации анализа процессов жизненного цикла с целью определения причин систематических отказов, оценки эффективности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании.

3. Разработка методики автоматизированного анализа жизненного цикла с целью повышения эффективности обеспечения надежности БРЭО.

4. Разработка инструментальных средств автоматизированного анализа процессов жизненного цикла с целью определения причин отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности БРЭО при проектировании.

Объектом исследования в работе является обеспечение надежности БРЭО в процессе его жизненного цикла «проектирование-производство-эксплуатация», предметом исследования служат применяемые для этого модели, методы и инструментальные средства.

Методы исследования базируются на теории надежности, математической статистики, теории множеств, теории алгоритмов, теории системного анализа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена непротиворечивостью применяемых моделей и методов, результатами экспериментальных исследований и результатами успешного применения моделей, методов и разработанной системы. Апробация работы проведена на конференциях:

1. Научно-техническая конференция «Улучшение качества проектов и процессов», - Ульяновск, УлГТУ, 2004.

2. Международная заочная научно-техническая. конференция «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук», -Ульяновск, 2004.

3. III Международная научно-техническая конференция «Современные научно-технические проблемы транспорта», Ульяновск, 2005.

4. 2-я Всероссийская научно-техническая конференция «Опыт применения статистических методов управления качеством на производстве», - Ульяновск, 2005.

5. Международная молодежная научная конференция «XXXII Гагаринские чтения», - Москва, 2006г.

6. Международная конференция «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», - КЛИН-2006.

7. Международная конференция «Программные продукты информационного обеспечения безопасности полетов, надежности и технической эксплуатации авиационной техники», Москва, 2006.

8. Международная научно-практическая конференция «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации», - Ульяновск, 2008.

9. Всероссийская научно-техническая конференция «Наследие А.Н. Туполева развивается и воплощается в жизнь», - Ульяновск, 2009.

10. Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации», - Ульяновск, УлГТУ, 2009.

11. Российская конференция аспирантов, студентов и молодых ученых «Информатика и вычислительная техника» ИВТ-2010.

12. Научно-практическая конференция «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники», Ульяновск, ЗАО «Авиастар-СП», 2010.

13. Международный симпозиум. Надежность и качество. Россия, Пенза, 23-31 мая, 2011.

14. 1-я Всероссийская научно-практическая конференция «Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах», Ульяновск, 2011.

15. Всероссийская научно-практическая конференция «Информационно-телекоммуникационные технологии», - Москва, 2011.

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе: три в журналах списка ВАК.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОГО РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1 Анализ бортового радиоэлектронного оборудования как объекта

обеспечения надежности

Состав бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) различен для разных классов воздушных судов (ВС).

Все БРЭО можно разделить на следующие группы [19]:

- системы первичной информации;

- радионавигационные системы;

- радиосвязные системы;

- системы автоматического пилотирования;

- бортовые информационные системы;

- прочие пилотажно-навигационные системы.

Системы первичной информации измеряют различные сигналы и параметры, характеризующие полет и состояние ВС. Каждая из таких систем специализируется на измерении сигналов определенной физической формы и определенного назначения. В состав системы входит от 1 до 3 одинаковых вычислителей, каждый из которых способен решать полный комплекс задач. Вычислитель представляет собой электронный блок, содержащий внутри все необходимые измерительные устройства: процессор, память и средства ввода-вывода. Измеренная информация подвергается в вычислителе обработке (фильтрации, масштабированию, линеаризации, калибровке) и выдается потребителям.

Радионавигационные системы определяют местоположение ВС, используя для этой цели радиотехнические средства. Эти системы могут быть автономными, работающими на радиолокационном принципе, и неавтономными, использующими сигналы от радиомаяков.

Радиосвязные системы предназначены'для:

- двустороннего обмена информацией между экипажем ВС и наземными радиостанциями;

- двустороннего обмена информацией между экипажем ВС и другими

ВС;

- для внутренней связи между членами экипажа;

- для связи между экипажем и пассажирами.

Системы автоматического пилотирования управляют полетом самолета. Это четыре обязательных системы:

- автоматическая система повышения устойчивости и управляемости;

- вычислительная система управления полетом;

- вычислительная система самолетовождения;

- вычислительная система управления тягой.

Бортовые информационные системы (БИС) представляют экипажу ВС всю необходимую