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 обслуживаниестоимость запасных частейстоимость инфраструктуры логистики (материально-технического снабжения) — стоимость простоевинвестиции 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, 2006 г.
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.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.
1. Разработанная на основе событийно-динамической модели БРЭО методика автоматизированного анализа жизненного цикла БРЭО позволяет автоматизировать анализ процессов жизненного цикла с целью определения причин систематических отказов, оценки результативности корректирующих действий и оценки надежности элементов и узлов БРЭО при проектировании по результатам эксплуатации.
2. Внедрение методики автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО позволяет уменьшить трудоемкость определения причин систематических отказов в 3 раза, разработки корректирующих действий и определения объема коррекции — в 10 раз, оценки результативности корректирующих действий — в 2 раза, что приводит к сокращению срока повышения надежности от выявления несоответствия до требуемого уровня на 30−50%.
3. Внедрение методики автоматизированного анализа процессов ЖЦ БРЭО позволяет уменьшить трудоемкость анализа надежности элементов и узлов БРЭО для новых проектов при проектировании по данным реальной эксплуатации.
4. Внедрение системы автоматизированного анализа процессов ЖЦ позволяет минимизировать персонал, задействованный в цикле FRACAS, за счет автоматизации определения причин систематических отказов, определения объема коррекции и оценки результативности корректирующих действий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
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.
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. 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 г.
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. Участие в научно-технических выставках. Разработанная система автоматизированного анализа процессов жизненного цикла была продемонстрирована на выставке информационных и коммуникационных технологий «Softool-2011».
Публикаций результатов работы. По теме «Повышение эффективности процесса обеспечения надежности бортового радиоэлектронного оборудования» опубликовано 20 работ [115−133], в том числе три в журнале списка ВАК [124, 125, 127].
Практические результаты работы применяются в ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения».
