Главная V Курс Надежность ИС Надежность ис Военмех лекция 4
Надежность ис Военмех лекция 4
13.01.2015 11:13

 Надежность ис Военмех лекция 4

Обеспечение надежности объектов РКТ в процессе опытной отработки.
4.1. Логико-вероятностная модель процесса отработки.

В настоящее время при создании новых образцов техники различают периоды разработки, производства и эксплуатации (см. рис. 3.1). Первые два периода объединяются понятием "создание системы объекта" (например, создание системы летательного аппарата). Процесс разработки состоит из ряда этапов: формирование тактико-технического задания (ТТЗ), эскизного проектирования, наземной и летательной отработки. Часто первые два этапа называют периодом проектирования объекта, а последние два – опытной отработкой [1-5]. Отработкой называется процесс внесения доработок.

Доработкой называется внесение изменений в конструкцию объекта или технологию его производства, при любых отклонениях объекта от требований конструкторской при эксплуатационной документации при испытаниях после наступления отказа с целью ликвидации причин их возникновения.

Отработка объектов происходит и осуществляется в процессе испытаний.

 
Испытания – экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воздействий [10]. Составной частью испытания является технический контроль.
         Технический контроль(контроль) – проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям [9].
Испытания на надежность – испытания, проводимые для определения показателей надежности в заданных условиях.
Таким образом, по смыслу причина отказа или любого отклонения от требований нормативно-технической или конструкторской документации устраняется проведением доработки конструкции, электрической схемы объекта, технологии производства и ремонта, эксплуатационной документации и программно-математического обеспечения. Поэтому после успешного проведения доработки устраняемый ею отказ или указание выше отклонения уже не возникает, что особенно характерно для программных продуктов.
         Процесс внесения доработок (процесс отработки), обеспечивающий рост показателя надежности (безотказности) сложных объектов является аналогом различных моделей обучения. В частности, хорошо известна модель обучения мыши в Т-образном лабиринте (так называемая мышь Шеннона) [12-15]. При этой модели возникает задача количественной оценки закрепления какой-либо реакции мыши при многократном повторении опытов, в ходе которых желаемое поведение стимулируется. В этом случае мышь пускают по Т-образному лабиринту, в котором мышь может пойти налево или направо. Если, например, в левой части лабиринта мышь получает корм, то постепенно от опыта к опыту вероятность выбора мышью левого направления будет возрастать. При этом возникает задача отыскания аналитической зависимости, характеризующей обучаемость, например, вероятность поворота мыши налево.
         В формализованном виде такой процесс обучения напоминает ход испытаний объекта, который за счет доработок как бы "учится" высокой надежности. При этом предполагается, что рост надежности (безотказности) объекта при испытаниях есть бесконечный процесс, в ходе которого показатель безотказности объекта стремится к единице , где i – номер испытания.
         Пусть P(i) есть вероятность успешного проведения доработки или вероятность правильного ответа при единичном i-м испытании. Тогда вероятность того, что при проведенииqi-го испытания доработка не будет успешной или вероятность неправильного ответа (при обучении) составит q(i)=1-P(i). В общем случае каждая доработка увеличивает, уменьшает или оставляет неизменно надежность, так как причина отказов и меры их устранения в силу воздействия большого числа опытных факторов устанавливаются недостоверно. В общем случае предполагается деление результата доработки на две части: эффективную и негативную. Поэтому после испытания могут быть два исхода: проведение или отсутствие доработки. Соответственно приращения надежности за счет доработок после успешного испытания или после отказа будут неодинаковы. Все это обусловливает ветвящуюся структуру процесса отработки.
         Если доработки объекта проводятся в конце каждого испытания и закон этой доработки известен, то
                                    (4.1)
где x – показатель или параметр характеризующей работоспособность объекта. При этом испытания нумеруются числами 0, 1, 2, ….
         Таким образом, рост показателя надёжности при проведении доработок определяется наличием у испытателей и разработчиков информации о виде зависимости (4.1).
         Пусть  есть вероятность успеха испытания (правильного ответа при испытании). В этом случае при реализации процесса (4.1) вероятность  непрерывно возрастает. Тогда вероятность q(i)=1-P(i) есть вероятность отказа при испытании с номером i. Эта вероятность непрерывно убывает.
Процесс отработки (4.1) является рекуррентным, поэтому из произвольного события этого процесса можно выделить исход (успех или отказ) и следствие (проведение или отсутствие доработки). Такое деление можно рассматривать как логическую основу этого процесса. Поэтому после любого испытания могут быть два несовместимых следствия: проведение или отсутствие доработки. Соответственно и приращения надёжности за счёт доработок после успеха или после отказа в общем случае неодинаковы и образуют ветвящийся процесс.
Для того, чтобы построить зависимости изменения надежности (безотказности) объекта от доработок необходимо создать модель роста надежности. В настоящее время получили распространение линейные модели роста надежности, поскольку они достаточно просты и имеют ясное логическое обоснование [1-5].
В линейных моделях предполагается, что с каждым новым испытанием вероятности убывают, причем коэффициент убывания остается постоянным для всех испытаний. Это означает существование такой константы , что зависимость (4.1) принимает вид
                                      (4.2)
Постоянная Eназывается первым параметром модели и характеризует скорость снижения ненадежности и роста надежности. Согласно прогнозу из модели (2.2) следует
                                            (4.3)
откуда при i=0 q(0)=q0. Величина q0 является вторым параметром модели.
         Параметры Eи q0характеризуют случайный процесс изменения (роста) надежности при доработках, то есть процесс отработки объекта.
         Линейные модели (4.1), (4.2) учитывают как возможность повышения, так и снижения достигнутой надежности, а также тот факт, что с ростом надежности ее повышение становится более трудным. Эти модели просты и дают ясное логическое обоснование. Линейные зависимости (4.1), (4.2) приводят к нелинейному изменению функции P(i), поскольку с увеличением P(i) ее приращения  существенно уменьшаются.
         При отработке объектов высших уровней (см. рис.1.1) в каждом испытании при отработке участвует, как правило, один образец. Это приводит к тому, что изменение надежности объекта в ходе отработки отражается одной реализацией случайного ветвящегося процесса. Если отработка проведена и нужно оценить ее ход, то используется модель, отражающая реализацию процесса P(i), а если необходимо прогнозировать ход процесса отработки, то удобнее всего использовать модель его математического ожидания M[P(i)].
         Математически рассмотренная линейная модель может быть описана следующим образом. Так, из рекуррентного соотношения (4.1) следует
                      (4.4)
         Выражение (4.4) есть линейное неоднородное уравнение первого порядка в конечных разностях. Оно характеризует динамику отработки объекта в процессе испытаний. Непрерывным аналогом этого уравнения является дифференциальное уравнение:
                                     (4.5)
Знак «минус» в правой части выражения (4.5) свидетельствует о снижении надежности объекта в ходе отработки.
Интегрирование выражения (4.5) приводит к следующему результату:
                                        (4.6)
откуда  
                                        (4.7)
Использование выражений  позволяет перейти от уравнения снижения ненадежности (вероятности отказа) к уравнению роста надежности объекта при отработке. Тогда из уравнения (4.7) следует
.                            (4.8)
Полученное уравнение (4.8) является уравнением отработки объекта с учетом того, что доработки проводятся при каждом испытании, а в ходе отработки происходит устранение одной причины отказа. Однако доработки проводятся не после каждого испытания и определенным образом располагаются по числовой оси i.
Пусть при проведении nиспытаний было равномерно выполнено  отработок. В этом случае номер доработки iсвязан с номеромиспытания j формулой:
                                                   (4.9)
Подобная линейная зависимость i(j) позволяет свести модель (4.8) к выражению
                           (4.10)
Использование формулы (4.10) означает, что частота устранения причин отказов доработками определяется отношением  и является аналогом вероятности E, характеризующей вероятность E успешного проведения доработки. Тогда выражение (4.10) может быть записано в виде
                           (4.11)
 
4.2 Определение числа доработок для обеспечения требуемого значения показателя надежности.
Анализ процесса изменения надежности объекта при отработке (4.11) показывает, что с увеличением числа доработок реализации процесса (4.2), (4.11) стягивается к его математическому ожиданию, а само математическое ожидание асимптотически стремится к единице. Действительно, в соответствии с определением доработки (см. п.4.1) после ее проведения объект обновляется и становится как бы новым. То же самое происходит после второй доработки и т.д. Поэтому испытание одного объекта после проведения n доработок эквивалентно испытаниям nтаких же объектов без доработок. В этом случае оценка P*математического ожидания отрабатываемого объекта и дисперсия  этой оценки после проведения n испытаний могут быть оценены по известным формулам [1-5]
,    (4.12)
где m - число успешных испытаний (m<n).
Таким образом, с ростом числа испытаний оценки (4.12) стремятся (при большом числе испытаний j>30) к своим истинным значениям, поэтому процесс отработки представляется моделью математического ожидания (см. рис.4.1) при , то есть описывается формулой
           (4.13)
Другими словами, реализации процесса (4.2), (4.11) стягиваются к его математическому ожиданию M[P(j)].
Рис.4.1. – Характер рассеивания реализаций процесса изменения показателя надежности испытываемого объекта при отработке.
Если известно требуемое значение показателя надежности, которое должно быть достигнуто по результатам испытаний, то при известных параметрах P0 и E из формулы (4.13) можно найти требуемое число испытаний
                        
откуда после преобразований:
 
Рис. 4.2 - Анализ математического ожидания процесса роста надежности при отработке: 1( ),
2 3 ( ).
На рисунке 4.2 приведены графики изменения показателей надежности объекта при различных значениях параметров P0 и E. Из рисунка следует, что влияние параметра E на показатель надежности значительно превосходит влияние параметра P0. Так, при существенно меньшем значении параметра P0 (0,2 против 0,4) кривые 2 и 3 одновременно при  достигают требуемого уровня надежности PТР=0,95, что получается за счет более высокой эффективности отработки E (0,11 против 0,1). С другой стороны у кривых 1 и 2 одинаковые значения параметра P0=0,4, однако за счет более высокого параметра E=0,16 у кривой 1 требуемое значение показателя надежности PТР=0,95 достигается при значении существенно меньшем, чем (см. рис. 4.2).
Выражение для определения E может быть получено из формулы (4.6) следующим образом
                              (4.15)
Если перейти к конечным разностям при  то формула (4.15) преобразуется к виду
                (4.16)
откуда с учетом
     (4.17)
Таким образом, параметр E представляет собой средний прирост показателя надежности по результатам одного испытания, отнесенный к оставшемуся значению показателя надежности.
4.3 Оптимизация программы испытаний сложных объектов по стоимости
Современные сложные технические объекты состоят, как правило, из нескольких автономных элементов. Поэтому испытанию объекта в целом предшествует испытания составляющих его элементов (см. рис.3.1. и 4.2).
Одним из возможных путей сокращения расходов на испытания и отработку объекта является применение так называемой ступенчатой программы испытаний, то есть испытаний с последовательным наращиванием числа испытываемых элементов в соответствии с их функциональным назначением. Подобный подход позволяет сократить как стоимость испытаний объекта, так и время, затрачиваемое на отработку объекта.
Например, испытания многоступенчатых ракет-носителей или ракет космического назначения (РКН) может проводится с последовательным наращиванием «верхних» ступеней по мере отработки «нижних» ступеней. Действительно, одной из основных задач испытаний РКН является обеспечение безотказности  РКН в целом, однако в данной ситуации полезная информация о работоспособности и надежности не начавших функционировать «верхних» ступеней РКН отсутствует.
Таким образом, программа неполных испытаний РКН состоит в том, что до тех пор, пока нет обоснованной уверенности в достаточно надежном функционировании первой ступени, нет смысла проводить испытания полноразмерной РКН, поскольку при отказе первой ступени будут выходить из строя все последующие «верхние» ступени. Поэтому целесообразно проводить неполные испытания РКН, в которых на первом этапе испытывается первая ступень, а все последующие «верхние» заменяются макетами, обладающими соответствующими аэродинамическими и весогабаритными характеристиками.
Практика построения ступенчатой отработки ЛА нашла достаточно широкое распространение. Так, например, в США при отработке ракет «Минитмен», «Атлас», «Титан» и др. число неполных пусков составляло в среднем 8…11[25].
Программа построения программы ступенчатой отработки может быть построена на основе полученных ранее уравнений отработки (4.10), (4.11), называемых кривыми роста надежности [1-5]. Параметрами этих уравнений являются значения начальных показателей безотказности  ступеней РКН, поступающих на испытания, и показатели  эффективности отработки характеризующих вероятность выявления и устранения i-ой причины отказа или дефекта. В дальнейшем под надежностью ступени и РКН в целом понимается вероятность их безотказного функционирования в полете.
С учетом сказанного возможность количественного описания программы ступенчатых испытаний РКН может быть реализована следующим образом. Так, надежность  РКН, состоящем из S ступеней после проведения N летных испытаний запишется в виде
,    (4.18)
где  - уравнение отработки i-ой ступени РКН;
      - число испытаний с макетами i-ой, -ой, …, S-ой ступеней.
Выражение (4.18) предполагает, что неполные испытания проводятся последовательно: на первом этапе проводятся подряд только  испытаний первой ступени (поскольку в данном случае использование макетов первой ступени не предусматривается, то ), на втором этапе подряд проводятся  испытаний РКН, состоящего из 1-ой и 2-ой ступеней с макетом 3-ой ступени и т.д.
Общая стоимость C такой программы испытаний, определяемой выражением (4.18), составит
,            (4.19)
где  - стоимость испытания i-ой ступени на проведение испытания с номером j, включающего стоимость самой i-ой ступени с учетом стоимости макета(ов) и дополнительных затрат на организацию неполных испытаний.
С учетом (4.18), (4.19) задача оптимизации программы ступенчатой отработки (неполных испытаний), обеспечивающей заданное значение показателя безотказности  и минимизирующей стоимость программы испытаний, формируется следующим образом [10-15]
;                               (4.20)
,
где N,   - целочисленные, , .
В качестве частного случая можно рассмотреть программу испытаний двухступенчатого летательного аппарата (ЛА) с Kнеполными испытаниями. Кроме того, предполагается, что стоимости  и  постоянные в течение всех испытаний.
Тогда уравнение (4.19) преобразуется к виду 
.                            (4.21)
где ,    - стоимости испытаний первой и второй ступеней соответственно.
При допущении о непрерывности функций  решение поставленной задачи может быть осуществлено, например, по методу неопределенных множителей Лагранжа [17-20].
В этом случае функция Лагранжа принимает вид
.                      (4.22)
На основе (4.22) составляется система уравнений
    (4.23)
Решение системы уравнений (4.23) дает оптимальные значения параметров N и Kв виде:
          (4.24)
где  - параметры уравнений отработки ступеней ЛА, определяемые формулами
Последнующая проверка полученного решения (4.24) на минимум с помощью выражений (4.21), (4.22) дает решение поставленной задачи.
Из выражения (4.21) следует, что зависимость относительной стоимости  программы отработки от числа неполных пусков, определяемого из уравнения (4.22), имеет вид
                        (4.25)
Откуда следует, что при  стоимость испытаний (4.21) достигает минимума при , то есть при параллельной отработке обеих ступеней в составе ЛА.
С увеличением стоимости второй ступени становится все более экономически выгодной ступенчатая отработка ЛА ( ), причем по мере увеличения отношения  минимум стоимости сдвигается в сторону больших K, как это показано на рис. 4.3.
4.3 Краткая характеристика жизненного цикла сложных технических объектов.
Важнейшим принципом развития и совершенствования современных сложных технических объектов и их эксплуатация является системный конструкторско-технологический подход к их проектированию, производству и эксплуатации. Указанные технические объекты характеризуются как целостностью при выполнении предписанных им функций, так и делимостью на элементы, а также наличием структуры, отражающей связь между элементами и как следствии этого – сложностью алгоритмов управляющих воздействий.
В силу изложенных выше особенностей современные сложные объекты применяются только в составе системотехнических комплексов, в состав которых в качестве составных или составляющих частей в свою очередь также входят сложные объекты. Для обеспечения указанных системотехнических комплексов требуется многочисленный высококвалифицированный персонал.
Например, систему летательного аппарата, как и всякую сложную систему, можно представить в виде пятиуровневой системы (рис 1.1). К первому уровню относят саму систему в целом, включающую следующие составные части (входящие в состав второго уровня): Один или группу летательных аппаратов (ЛА); ряд комплексов наземного оборудования контрольно-проверочного , стартового и подъёмного, заправочного и газоснабжения; вспомогательных систем (сооружений и технических систем), сооружения и средство управления, необходимые для обслуживания, подготовки, подготовки и проведения пусков ЛА. В состав объекта второго уровня включаются также системы телеметрических и внешне-траекторных измерений, необходимые для управления запусками ЛА и контроля за работой основных бортовых систем ЛА [5-15].
На третьем уровне располагаются основные элементы, представляющие системы и агрегаты составных частей комплекса ЛА.
Основные элементы проектируются и обрабатываются специализированными формулами и предприятиями. Так, ЛА обычно подразделяется на следующие основные элементы: корпус, двигательные установки, системы управления, на этом же уровне располагается также, например, космическая головная часть (полезная нагрузка).
К четвертому уровню относятся составляющие элементы: приборы, узлы, агрегаты, стойки, и т.д., формирующие основные элементы.
Наконец, на пятом уровне находятся комплектующие элементы, то есть мелкие сборки, детали, а также отдельные неделимые, отдельно-разрабатываемые приборы и устройства, неподлежащие декомпозиции с позиции системотехники на отдельные элементы и детали, например: БЦВМ.
Рассмотренная многоуровневая система (Комплекс летательного аппарата), а также специфика её функционирования обуславливает ряд закономерностей и особенностей их жизненного цикла.
В общем случае – жизненный цикл объекта – это промежуток времени от момента возникновения задачи, обуславливающей потребность в данном типе объекта, до снятия его с эксплуатации.
Основными стадиями жизненного цикла, являются: стадия создания и стадия эксплуатации (см. рис. 3.1).
 
  Жизненный цикл объекта начинается с анализа задачи, решения которой должны удовлетворить возникшие потребности страны (общества).
На этом этапе заказчик (заказывающая организация), в роли которого могут выступать министерство, агентство, имеющие в своём составе соответствующие заказывающие органы, разрабатывают концепцию системы (комплекса) ЛА и формирует представляемые к ней тактико-технические требования.
Если данных для формирования тактико-технических требований или тактико-технического задания на разработку комплекса ЛА недостаточно для выдачи конкретного задания разработчикам и подготовителям, то и следующем этапом является разработка технического задания на разработку технического предложения (аванпроекта).
На этом этапе определяется возможность создания комплекса для решения поставленной задачи и производится сравнение различных вариантов облика создаваемого комплекса или объекта. Разработка технического предложения обычно поручается головным конструкторским бюро и научно-исследовательским институтом, занимающимся проектированием подобных комплексов или объектов. Как правило, аванпроект выполняется параллельно несколькими организациями на конкурсной основе.
В результате согласования технического задания с конкурсными вариантами технического предложения принимается решение о создании Комплекса ЛА или объекта, на основании которого разрабатывается и утверждается тактико-техническое задание (ТТЗ), определяется предварительное распределение заказов связанных с проектирование и изготовлением комплекса ЛА (всех его составных частей), а также утверждается тематика опытно-конструкторских работ, проводимых на последующих этапах создания комплекса ЛА.
Как правило, генеральным конструктором комплекса ЛА является генеральный конструктор самого ЛА, а в качестве подрядчиков выступают конструкторы составных частей комплекса ЛА (рис.3.1). После утверждения ТТЗ наступает этап эскизного проектирования, на котором принимаются окончательные решения об облике ЛА (например: количество ступеней, весогабаритные данные, полезная нагрузка и т.д.).
На этой стадии разрабатывается и утверждается единый план создания ЛА, а также основные программные документы: программа обеспечения надёжности (ПОН), программа обеспечения безопасности (ПОП), комплексная программа экспериментальной отработки (КПЭО ЛА и других составных частей комплекса ЛА).
На этом этапе головная проектная организация на основе аванпроекта и ТТЗ разрабатывает для смежных (субподрядных) организация (фирм) технические задания (ТЗ) на составные части комплекса ЛА и основные элементы ЛА.
В соответствии ТЗ проводят анализ и выбор конструктивных схем и производят необходимые проектные расчёты. Принятые на этом этапе решения обосновывают в ходе моделирования рабочих агрегатов, узлов систем как в лабораторных условиях, так и на ПЭВМ. Одновременно подготавливается документация на производство макета в ЛА и опытных образцов ДУ, СУ, отсеков (ступеней).
На этом заканчивается собственно проектирование, то есть выполнение в основном расчётных работ. Все документы разрабатываемые в ходе эскизного проектирования должны соответствовать требованиям единой системы конструкторской документации (ЕСКД) нормативно-технических документов (НТД).
После этапа эскизного проектирования следует этап изготовления и испытаний (отработки). На этом этапе по результатам эскизного проектирования происходит изготовление первых опытных образцов составных частей комплекса и проводятся испытания этих образцов.
Испытания являются важнейшим средством проверки правильности принятых решений и соответствия фактических параметров составных частей комплекса ЛА их значением заданным в ТТЗ.
Вся система опытной отработки строится на последовательных испытаниях системы (комплекса) ЛА от низшего до всё более высоких уровней (рис 3.1).
Так, после успешной отработки комплектующих и составляющих элементов (например, приборов СУ, клапанов двигателей, конструкции отсеков и т.д.) переходят к испытаниям основных элементов (ДУ, СУ, корпусов ступеней и т.д.).
На завершающих этапах в ходе наземной и лётной отработки испытывается целиком ЛА и опытный комплекс ЛА. Наземная отработка включает: наземные автономные испытания (НАИ) основных элементов на специальных стендах; наземные комплексные испытания (НКИ) ЛА и наземные испытания комплекса в целом.
Лётная отработка ЛА, как правило, включает два этапа: лётно-конструкторские испытания (ЛКИ) и зачетные лётные испытания.
При опытной обработки изготовления образцов основных элементов ЛА, предназначенных для испытаний, ведут по документации, разработанной в эскизном проекте. На основании информации получаемой в ходе испытаний, конструкции ЛА совершенствуют, что находит отражение в рабочих чертежах опытных образцов.
После окончания ЛКИ практически завершается корректировка эскизного проекта. Одновременно отрабатывается эксплуатационная документация, завершается строительство и оснащения сооружений для размещения составных частей Комплекса ЛА, а также подготовка специалистов для его эксплуатации.
После ЛКИ проводятся зачётные испытания, по результатам которых совместно с данными полученными в ходе ЛКИ комиссия, проводящая государственные лётные испытания, определяет перечень замечаний, после устранения которых отработанная система (комплекс ЛА) может быть передана для серийного производства.
После завершения летной отработки, как правило в течении срока согласованного заказывающими и проектирующими организациями происходит опытная эксплуатация системы (комплекса ЛА). Недостатки, вскрываемые в этот период, устраняют путём доработок элементов конструкции элементов всех уровней и внесения изменений в документацию на серийное производство и технологию эксплуатации.
После завершения опытной отработки и эксплуатации приступают к организации серийному производству ЛА, которое обычно организовывается на предприятиях, имеющих большие мощности, чем опытное производство. Для отладки технологического процесса на серийном предприятии назначается выпуск установочной партии ЛА, количество которых тщательно контролируется. После успешных лётных испытаний образцов установленной партии окончательно отрабатывают технологию производства и методы контроля серийной продукции.
Серийно-выпускаемую продукцию вводят в эксплуатацию по специальным планам, учитывающим возможность и необходимость расширения создаваемой системы ЛА, а также возможности промышленности по её производству.
 
В процессе эксплуатации системы (комплекса) ЛА могут проводится доработка конструкции и технологии эксплуатации и применение системы (комплекса) ЛА, а также плановые и внеплановые работы (технические обслуживания), направленные на поддержание или улучшения характеристик элементов всех уровней. В этих работах на ряду со специалистами-эксплуатационниками участвуют представили проектных организаций и предприятий изготовителей.
Из анализа всех изложенных выше этапов жизненного цикла системы (комплекса) ЛА следует, что эти этапы с точки зрения затрат средств и времени далеко не равноценны. Так, если все расходы, связанные с выполнением программ по созданию и эксплуатации в течении 5…10 лет системы (комплекса) ЛА, принять за сто процентов, то на разработку ТТЗ и эскизное проектирование обычно расходуется не свыше нескольких процентов. Далее расходы возрастают: на наземную и лётную отработку – до 10…35% и на эксплуатацию – 10…20%. В ряде случаев для программ, связанных с созданием уникальных систем (комплексов) ЛА расходы на опытную отработку могут составлять до 90% [1-5].
Причём практика показывает, что с увеличением сложности ЛА и системы (комплекса) ЛА неуклонно возрастает для расходов и средств на их опытную отработку, что заставляет заказчика исполнителя, эксплуатирующие органы подробно анализировать и исследовать процессы опытной отработки, изыскивать возможности оптимального управления этими процессами.
4.4.Изменение надёжности летательного аппарата при его отработке в составе организационно-технической системы
В процессе создания ЛА можно выделить этапы проектирования, наземных автономных испытаний (НАИ) или стендовой отработки (СО), наземных комплексных испытаний (НКИ) и летно-конструкторских испытаний (ЛКИ) или летной отработки (ЛО), на которых контроль (проявление) надежности осуществляется в различных условиях. Между этими этапами происходит смена объектов испытаний, (отдельные агрегаты, комплекс агрегатов, ЛА в целом) как это следует из рис.1.1. и рис.3.1. Надежность ЛА, проявляемая им в процессе создания и эксплуатации, может быть представлена сложной функцией P(t) (рис. 4.3). На рисунке показаны периоды: проектирования (t0, t1); НАИ (t1,t3), включающий конструкторско-доводочные испытания (КДИ) (t1,t2); зачетные испытания (t2,t3); НКИ (t3,t4); ЛКИ (t4,t5) и летные зачетные испытания (t5,t6); испытания установочной партии серийного производства (t6,t7), эксплуатации в течение гарантийного срока TГ (t7,t8).
Падение функции P(t) при переходе от проектной надежности PП к начальному значению PС0 в условиях стендовых испытаний стендовой отработки вызвано изменением объектов и условий испытаний. При отработке первых опытных образцов агрегатов и систем ЛА, как правило, не подтверждается высокая проектная надежность PП, обычно совпадающая с требуемой PТР, поэтому скачок функции надежности в момент t1 достаточно большой. В результате внесения доработок и устранения причин отказов надежность каждого агрегата и системы, а следовательно и ЛА в целом, повышается до величины PС. При переходе к НКИ за счет утяжеления режимов работы и возникновения дополнительных источников отказов при совместном действии автономно отработанных агрегатов надежность ЛА уменьшается до величины Pk0. Затем при проведении доработок надежность возрастает до величины PK, с которой объект поступает на летные испытания. Переход к летным испытаниям опытных образцов ЛА сопровождается снижением функции надежности до значения PЛ0. В процессе дальнейших доработок конструкции изделия надежность в летных условиях PЛ растет. Аналогичный скачок надежности P имеет место и при начале испытаний образцов установочных партий, так как при этом технологию опытного производства заменяют новой технологией серийного производства. В процессе эксплуатации ЛА его надежность PЭ падает из-за старения и износа элементов.
Анализ представленной на рисунке качественной картины изменения надежности позволяет сделать ряд практических выводов. Так, если выполняется условие PП= Pс0, то процесс стендовой отработки агрегатов и систем ЛА с точки зрения обеспечения надежности оказывается излишним, так как в этом случае при проектировании полностью учитывают и исключают причины отказов, связанные с конструктивными и технологическими просчетами, а следовательно, можно сразу же проводить НКИ. К сожалению, несовершенство моделей, как аналитических, так и физических, с которыми имеют дело проектанты, а также слабое отражение в этих моделях особенностей технологии производства приводят обычно к большому падению функции надежности в момент t1.
         Аналогично, при PС= Pk0 можно полагать, что НКИ не дают новой информации о надежности ЛА. Это может быть вызвано неудачным выбором режимов комплексных испытаний, а также отсутствием дополнительных источников отказов за счет взаимодействия отдельно отработанных агрегатов ЛА. Если бы удалось получить PK= PЛ0 то, с точки зрения обеспечения надежности ЛА, можно было бы отказаться от летных испытаний. Такой путь представляется основным при создании дорогостоящих тяжелых ракетоносителей космических аппаратов. Наконец, при PЛ=P0 нет необходимости в организации испытаний ЛА установочной партии.
 
Таким образом, скачки функции надежности характеризуют степень несоответствия объектов и режимов испытаний, а также качество отработки ЛА на предыдущих этапах. Рост надежности в ходе однотипных испытаний отражает эффективность усилий персонала, ведущего отработку ЛА.
Анализ характера изменения надёжности позволяет сделать один важный практический вывод. Так, для обеспечения требуемого обеспечения надёжности PТР на каждом из этапов необходимо уметь пересчитывать полученные показатели надёжности на другие условия и объекты испытания. Обычно принимается, что интенсивность отказов электронной аппаратуры в полёте в тысячу раз больше, чем при лабораторных испытаниях, а при режиме хранения – в тысячу раз меньше, чем во время работы. Кроме того, для контроля качества отработки и полноты выполнения требования ТТЗ необходимо получить аналитическую модель изменения надёжности, как отдельных элементов, так и ЛА (опытного комплекса) на всех этапах создания и эксплуатации (см. пп.4.1.-4.3). Эти модели, описывающие рост надёжности ЛА необходимы для прогнозирования изменения надёжности, управления процессом создания и эксплуатации ЛА, оценки роста надёжности по результатам отработки.
Похожие статьи:
Обновлено 13.01.2015 11:21
Поделиться с друзьями:
Комментарии:

Дисциплины