Введение к работе
Актуальность. 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, 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, А.В. 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 рассматриваются вопросы анализа данных и ускоренных испытаний на надежность. В работах Х. Кунтшера, З. 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. Patterson-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:
-
Анализ современных моделей, методов и инструментальных средств обеспечения надежности на различных этапах жизненного цикла.
-
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.
-
Разработка методики автоматизированного анализа жизненного цикла с целью повышения эффективности обеспечения надежности БРЭО.
-
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 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.
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:
-
Научно-техническая конференция «Улучшение качества проектов и процессов», - Ульяновск, УлГТУ, 2004.
-
Международная заочная научно-техническая конференция «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук», - Ульяновск, 2004.
-
III Международная научно-техническая конференция «Современные научно-технические проблемы транспорта», - Ульяновск, 2005.
-
2-я Всероссийская научно-техническая конференция «Опыт применения статистических методов управления качеством на производстве», - Ульяновск, 2005.
-
Международная молодежная научная конференция «XXXII Гагаринские чтения», - Москва, 2006г.
-
Международная конференция «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», - КЛИН-2006.
-
Международная конференция «Программные продукты информационного обеспечения безопасности полетов, надежности и технической эксплуатации авиационной техники», Москва, 2006.
-
Международная научно-практическая конференция «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации», - Ульяновск, 2008.
-
Всероссийская научно-техническая конференция «Наследие А.Н. Туполева развивается и воплощается в жизнь», - Ульяновск, 2009.
-
Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации», – Ульяновск, УлГТУ, 2009.
-
Российская конференция аспирантов, студентов и молодых ученых «Информатика и вычислительная техника» ИВТ-2010, - г. Ульяновск, 2010.
-
Научно-практическая конференция «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники», Ульяновск, ЗАО «Авиастар-СП», 2010.
-
Международный симпозиум. Надежность и качество. Россия, Пенза, 23-31 мая, 2011.
-
1-я Всероссийская научно-практическая конференция «Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах», - Ульяновск, 2011.
-
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 «Softool-2011».
Структура и объем работы. Основное содержание работы изложено на 206 страницах машинописного текста, который включает 27 иллюстрации и 32 таблицы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 133 наименований и одного приложения.
