Методика контролю технічного стану аналогових модулів радіоелектронних засобів озброєння на місці їх зберігання з використанням пара імпульсного методу діагностування

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

МЕТОДИКА КОНТРОЛЮ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ АНАЛОГОВИХ МОДУЛІВ РАДІОЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ ОЗБРОЄННЯ НА МІСЦІ ЇХ ЗБЕРІГАННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ПАРАІМПУЛЬСНОГО МЕТОДУ ДІАГНОСТУВАННЯ

Спеціальність 20.02.14 - озброєння і військова техніка

Шваб Віктор Костянтинович

Київ-2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка, МО України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Лєнков Сергій Васильович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, начальник науково-дослідного центру.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Жердєв Микола Костянтинович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, професор кафедри бойового застосування і експлуатації (радіоелектронного озброєння);

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Добровольський Юзеф Броніславович, Національний авіаційний університет, начальник навчальної частини факультету військової підготовки.

Провідна установа Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”, МО України, м. Київ.

Захист відбудеться 08.06. 2007 р. о 16 год.. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.40 Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03680, Київ-680, просп. Глушкова 2, корп. 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, Київ-33, вул. Володимирська 58, зал 12.

Автореферат розісланий 26.04. 2007 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради ПАШКОВ С.О.

АНОТАЦІЯ

Шваб В.К. Методика контролю технічного стану аналогових модулів радіоелектронних засобів озброєння на місці їх зберігання з використанням пара імпульсного методу діагностування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 20.02.14 -- озброєння і військова техніка. Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Київ, 2007.

Дисертація присвячена розробці методики контролю технічного стану аналогових модулів радіоелектронних засобів озброєння на місці їх зберігання з використанням параімпульсного методу діагностування. Метою дисертаційної роботи є обґрунтування можливості удосконалення системи технічного обслуговування і ремонту РЕЗО, зменшення вартості і часу контролю ТС аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання. Це відрізняє запропоновану методику від відомих і дозволяє автоматизувати процес контролю технічного стану аналогових модулів РЕЗО безпосередньо на місці їх зберігання, а також сприяє значному зменшенню (в 4,0...4,5 рази) середнього часу відновлення та збільшенню коефіцієнта готовності аналогових модулів РЕЗО на 6... 10%.

Ключові слова: радіоелектронні засоби озброєння, контроль технічного стану, аналоговий модуль, параімпульсний метод діагностування, технічне обслуговування.

АННОТАЦИЯ

Шваб В.К. Методика контроля технического состояния аналоговьіх модулей радиозлектронньгх средств вооружения на месте их хранения с использованием параимпульсного метода диагностики. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 20.02.14 - вооружение и военная техника. Военный институт Киевского национального университета имени Тараса Шевченко, Киев, 2007.

Диссертация посвящена разработке новой методики контроля технического состояния аналоговых модулей РЕСВ с использованием параимпульсного метода диагностирования непосредственно на месте их хранения.

Проведенный в работе анализ системы технического обслуживания и ремонта РЭСВ, которые эксплуатируются в ВС Украины, показал, что существующая система имеет существенные недостатки. Это обусловлено самой ее структурой, которая имеет три уровня ремонта. Эти уровни ремонта территориально отдалены один от другого, а реализуемые ими функции частично дублируются. Существующие системы встроенного контроля не в состоянии выявить неисправный аналоговые модули, а определяют только группу АМ подозреваемых в неисправности. Локализация действительно неисправного АМ и его ремонт производиться соответственно на втором и третьем уровнях ремонта. При этом ЗИП объекта длительное время оказывается недостаточно укомплектованным, что приводит к уменьшению вероятности достаточности ЗИП объекта и уменьшению среднего времени восстановления, а также к увеличению стоимости восстановления аналоговых модулей РЭСВ.

Такую ситуацию можно исправить, если укомплектовать группу объектов РЭСВ на месте их хранения относительно простым и недорогим диагностическим устройством, которое бы проводило контроль технического состояния (ТС) аналоговых модулей быстро и с допустимой вероятностью.

Анализ существующих методов и средств контроля ТС аналоговых модулей показал, что они имеют серьезные недостатки, основными из которых являются сложность, высокая стоимость и длительное время диагностирования, вследствие чего их нецелесообразно использовать непосредственно на месте хранения объектов РЭСВ.

В ходе исследований был разработан новый параимпульсный метод диагностирования аналоговых модулей. Научная новизна метода заключается в том, что впервые обосновано использование в качестве диагностического параметра значения напряжения, которое измеряется в установившемся режиме работы аналоговых модулей на дополнительном сопротивлении, которое включается в шину питания экспериментально установлено, что при измерении данного диагностического параметра выполняются условия проявления и транспортирования любого дефекта в контрольную точку.

При разработке диагностической модели был реализован новый подход к описанию аналогового модуля. Научная новизна диагностической модели

заключается в том, что в отличие от существующих моделей, полученная ДМ аналогового модуля построена на основе использования передаточных функций при разнополярной входной информации, которая позволяет провести его полную элементарную проверку. Впервые разработанная методика контроля технического состояния АМ с использованием параимпульсного метода диагностики РЕЗО на месте их хранения. Научная новизна методики заключается в том, что в ее основе лежит новый научно обґрунтованый параимпульсный метод контроля технического состояния, диагностическая модель АМ и новая методика построения проверяющих тестов. Это отличает предложенную методику от известных и позволяет автоматизировать процесс контроля технического состояния аналоговых модулей РЕЗО на месте их хранения без дополнительных доработок контролируемых АМ.

На основе полученных научных результатов разработана структурная схема унифицированного ремонтного модуля для проведения контроля ТС аналоговых модулей РЕСВ непосредственно на месте их хранения.

Ключевые слова: радиоэлектронные средства вооружения, контроль технического состояния, аналоговый модуль, параимпульсный метод диагностики, техническое обслуживание.

радіоелектронний озброєння ремонт автоматизація

SUMMARY

Shvab V.K. Methodology of Control over the Technical Status of Analogue Modules of Radio-Electronic Armament Facilities in their Storage Places with the Use of Paraimpulse Diagnostic Technique. - Manuscript.

Thesis for Candidate Degree in Technical Science. Speciality 20.02.14 - armaments and military equipment. Military Institute, Kyiv National Taras Shevchenko University, Kyiv, 2007.

The dissertation is dedicated to the development of control methodology for the technical status of analogue modules of radio-electronic armament facilities in their storage places with the use of paraimpulse diagnostic technique. The aim of the dissertation work is substantiation of the possibility of improvement of the system of REAF maintenance and repairs, lowering the cost and the time of TS control of the analogue REAF modules in their storage places. This distinguishes the proposed methodology from the already known and allows to automate the control process of the technical state of the analogue REAF modules immediately in their storage places, as well as helps considerably lower (by 4,0...4,5 times) the approximate time for restoration and increase the coefficient of readiness of the analogue REAF modules by 6...10%.

Key terms: radio-electronic armament facilities (REAF), technical status control, analogue module, paraimpulse diagnostic technique, maintenance.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підтримка високої бойової готовності всіх видів і родів військ є одним з найважливіших завдань Збройних Сил України. Бойова готовність військ залежить від ефективності експлуатації зразків радіоелектронних засобів озброєння (РЕЗО). У сучасних економічних умовах це може бути досягнуто, з одного боку, шляхом раціонального використання виділених державою коштів, з іншого боку - забезпеченням ефективної експлуатації зразків РЕЗО, а також РЕЗО, які знімаються з довгострокового зберігання.

Одним з актуальних напрямів наукової роботи в Збройних Силах України на сьогоднішній день є модернізація РЕЗО, військової техніки і вдосконалення їх системи технічного обслуговування і ремонту (СТОР). Це забезпечує підвищення бойових і експлуатаційних характеристик озброєння і військової техніки при прийнятних фінансових затратах за визначений час.

Найбільш характерним способом побудови РЕЗО є їх агрегатування з уніфікованих функціональних компонентів багаторазового застосування - аналогових модулів (АМ). Сучасні РЕЗО містять в своєму складі від кількох десятків до кількох сотень аналогових модулів. Кількість АМ може складати від 20% до 65% від загального об'єму апаратури радіоелектронних засобів озброєння.

Одним із способів удосконалення діагностичного забезпечення АМ є розробка і укомплектування кожного об'єкту РЕЗО уніфікованим, відносно простим, автоматизованим пристроєм контролю технічного стану (ПКТС), який дозволить швидко виділити непрацездатні АМ з групи підозрюваних (12-20 одиниць), виявлених вбудованою системою технічного діагностування (СТД). Наявність таких ПКТС дозволить удосконалити діагностичне забезпечення РЕЗО безпосередньо на місцях їх зберігання і усунути недоліки існуючої системи технічного обслуговування і ремонту.

Для АМ сучасних об'єктів РЕЗО характерний ряд особливостей, до яких відносяться: наявність зовнішнього логічного управління, випадковий характер значень їх діагностичних параметрів (ДП), збільшення щільності монтажу електрорадіокомпонентів (ЕРК) на монтажних платах. Для контролю технічного стану (ТС) таких об'єктів діагностування (ОД) використовуються внутрішньосхемне тестування, функціональне тестування, периферійне сканування, методи параметричної ідентифікації і довідників несправностей. Використання цих методів веде до збільшення вартості СТД, великих матеріальних і часових затрат на етапі експлуатації об'єктів радіоелектронних засобів озброєння. Тому, ці методи не доцільно використовувати для контролю ТС аналогових модулів об'єктів РЕЗО на місці їх зберігання і для побудови сучасних пристроїв контролю технічного стану. Таким чином необхідно розробити методику контролю технічного стану АМ з використанням параімпульсного методу діагностування, що є сутністю наукової задачі, яка вирішується у роботі.

Тематика дисертаційної роботи спрямована на розробку нової методики контролю технічного стану аналогових модулів РЕЗО з використанням параімпульсного методу на місці їх зберігання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану наукової роботи та плану науково-дослідної роботи “Діагностика” № РК 0101U002251, які виконувались у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Особисто автором у НДР “Діагностика” розроблена математична модель аналогового модуля РЕЗО.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є обґрунтування можливості удосконалення системи технічного обслуговування і ремонту РЕЗО, зменшення вартості і часу контролю ТС аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання. Дана мета досягається шляхом розробки нового діагностичного забезпечення аналогових модулів.

Задачі, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети:

1. Аналіз існуючих методів і засобів діагностики для контролю ТС аналогових модулів радіоелектронних засобів озброєння.

2. Розробка параімпульсного методу отримання діагностичної інформації (ДІ), який дозволяє зменшити кількість контрольних точок (КТ) і створює умови для підвищення показників якості контролю ТС аналогових модулів.

3. Розробка діагностичної моделі АМ радіоелектронних засобів озброєння.

4. Розробка методики побудови тестової послідовності для контролю ТС аналогових модулів.

5. Розробка методики контролю технічного стану АМ з використанням параімпульсного методу діагностування РЕЗО на місці їх зберігання.

6. Розробка технічних рішень направлених на реалізацію ПКТС для визначення працездатності аналогових модулів.

Об'єкт дослідження - лінійні АМ радіоелектронних засобів озброєння.

Предмет дослідження - процес контролю ТС аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання.

Методи дослідження. Використані методи теорії технічної діагностики (при аналізі існуючих методів і засобів контролю ТС аналогових модулів РЕЗО та методів їх побудови, а також при розробці методики побудови перевіряючих тестових послідовностей); методи теорії ланцюгів (для обґрунтування можливості використання в якості джерела ДІ параметрів сигналів на додатковому опорі, який примусово включений в шину живлення АМ); методи теорії автоматичного управління (для побудови діагностичної моделі аналогових модулів РЕЗО); методи теорії надійності (для визначення показників надійності аналогових модулів РЕЗО); методи математичної статистики (для перевірки статистичного зв'язку сигналів на виході і в КТ аналогових модулів, а також при обробці результатів експериментів).

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше розроблено параімпульсний метод контролю технічного стану аналогових модулів радіоелектронних засобів озброєння.

Наукова новизна методу полягає в тому, що вперше обґрунтовано, що в якості діагностичного параметра можна використовувати значення напруги, яка вимірюється на додатковому опорі АМ при подачі на його вхід різнополярних імпульсів, і доведено, що при вимірюванні даного діагностичного параметра виконуються вимоги прояву і транспортування будь-якого дефекту в КТ, яка розташована на опорі, включеному в шину живлення.

2. Вперше розроблена діагностична модель аналогового модуля.

Наукова новизна діагностичної моделі полягає в тому, що на відміну від існуючих моделей, отримана ДМ аналогового модуля побудована на основі використання передавальних функцій при різнополярній вхідній інформації, яка дозволяє провести його повну елементарну перевірку.

3. Вперше розроблена методика контролю технічного стану АМ з використанням параімпульсного методу діагностування РЕЗО на місці їх зберігання.

Наукова новизна методики полягає в тому, що в її основі лежить новий науково обґрунтований параімпульсний метод контролю технічного стану, діагностична модель АМ і нова методика побудови перевіряючих тестів. Це відрізняє запропоновану методику від відомих і дозволяє автоматизувати процес контролю технічного стану аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання без додаткових доопрацювань контрольованих АМ.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати можуть бути використані при розробці уніфікованого пристрою для контролю технічного стану аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання. Даний пристрій може забезпечити швидкий пошук несправного АМ з групи 5-20, які підозрюються в несправності, що виявила вбудована СТД об'єкту РЕЗО. Це дозволить збільшити коефіцієнт готовності аналогової частини об'єктів РЕЗО шляхом зменшення середнього часу їх відновлення, який, у свою чергу, зменшується за рахунок збільшення вірогідності достатності ЗІП об'єкту.

Основні наукові результати дослідження впроваджені в холдинговій компанії ВАТ „Укрспецтехніка” і у ВАТ “Завод Маяк”.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові й прикладні результати дисертаційної роботи отримані здобувачем самостійно. Зі спільних публікацій особисто здобувачеві належить: у [2] - розроблено два варіанти тестових

послідовностей для діагностики аналогових модулів, [3] - розробив діагностичну модель базового логічного елемента напівпровідникової ВІС ТТЛ - структури, у [4] - запропонована математична модель для аналогових мікросхем, проведено експеримент для серії 140, у [5] - розробив рекомендації щодо удосконалення процесу ремонту техніки зв'язку та розробив алгоритм визначення часу дефектації, у [6] - обґрунтував ефективність моделі поновлення ресурсу РЕЗО з використанням розробленої методики контролю ТС., у [7] - сформулював задачу, мету, вихідні передумови і допущення, у [8] - запропонував методику визначення параметрів скляного компонента, що забезпечує одержання композиційних матеріалів із заданими характеристиками, у [9] - показав вплив дефектів структури напівпровідникових матеріалів та приладів на їх параметри.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертації оприлюднені на Міжнародній науково-технічній конференції “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні”(2006р.,м. Харків), на Міжнародній науково-технічній конференції "Датчики, прилади та системи"(2006р.,м. Ялта) та на Міжвузівській науково-практичній конференції "Сучасні напрямки розвитку сухопутних військ Збройних Сил України"(2005р.,м. Одеса).

Публікації. Основні наукові результати дисертації опубліковані автором в 9 статтях (одна стаття без співавторів) у виданнях, які приведені в переліку ВАК України, в 3 тезах доповідей на наукових конференціях.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Загальний об'єм складає 132 сторінок машинописного тексту, з яких 20 сторінок займають ілюстрації, таблиці, та список використаних джерел, який складається з 91 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі сформульовано актуальність роботи, мету та завдання дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено апробації й публікації, а також основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі проведено аналіз існуючих методів і засобів діагностування для контролю ТС аналогових модулів при знятті РЕЗО з довгострокового зберігання. В результаті аналізу виявлені недоліки діагностичного забезпечення АМ, які знижують ефективність СТОР, призводять до зменшення коефіцієнту готовності і збільшення середнього часу відновлення. Недоліки, в основному, обумовлені двома основними причинами: недостатньою глибиною діагностування АМ вбудованими системами технічного діагностування і відсутністю ПКТС аналогових модулів на об'єкті РЕЗО. На теперішній час така глибина діагностування не задовольняє висунутим вимогам до СТД зразків РЕЗО.

Існуюча СТОР має трьохрівневу структуру. На першому рівні ремонт об'єктів РЕЗО проводить обслуговуючий персонал агрегатним методом з використанням одиночного ЗІП об'єкта. Результат даного ремонту - відновлення працездатності об'єкта та виявлення групи АМ (3...12), які підозрюються у несправності. Виявлені АМ відправляються на другий рівень системи ремонту - у військові ремонтні органи, де визначаються несправні АМ із групи підозрюваних. Несправні АМ відправляються на третій рівень - на підприємства промисловості, а справні повертаються на об'єкт РЕЗО. На третьому рівні здійснюється відновлення працездатності АМ, після чого вони також повертаються на об'єкт РЕЗО.

Таким чином, недостатня глибина діагностування примушує застосовувати агрегатні методи усунення несправностей. При цьому другий і третій рівні СТОР зазвичай віддалені від місць дислокації РЕЗО на відстань до десятків-сотень кілометрів. Внаслідок цього необґрунтовано збільшуються матеріальні і часові витрати на доставку групи АМ до місць контролю ТС та ремонту і назад.

При такому переміщенні ЗІП об'єкта довгостроковий час є недостатньо укомплектованим. Зменшується імовірність достатності ЗІП об'єкта, що призводить до збільшення середнього часу відновлення - Т_В і, як наслідок, до зменшення коефіцієнта готовності - К_Г об'єктів РЕЗО в цілому.

Тому необхідно вирішити актуальну наукову задачу - розробити методику контролю технічного стану аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання з використанням параімпульсного методу діагностування.

У другому розділі розроблено параімпульсний метод контролю технічного стану АМ і побудована діагностична модель АМ.

Виходячи з вимог до скорочення часу діагностування та зменшення вартості діагностичного пристрою, мінімізація кількості контрольних точок і діагностичних параметрів є актуальною задачею. Цю задачу дозволяє вирішити використання параімпульсного методу діагностування АМ.

Сутність даного методу полягає в тому, що в якості діагностичного параметра можна використовувати значення напруги, яка вимірюється на додатковому опорі АМ при подачі на його вхід різнополярних імпульсів, і доведено, що при вимірюванні даного діагностичного параметра виконуються вимоги прояву і транспортування будь-якого дефекту в КТ, яка знаходиться на додатковому опорі, включеному в шину живлення. Розроблений метод є першим науковим результатом.

Структурно АМ представляє собою плату, на якій розміщена певна кількість функціональних елементів. Як приклад, на рис. 1 наведена схема АМ, який складається з двох базових функціональних елементів (БФЕ).

Всі активні функціональні елементи АМ зв'язані з шинами живлення. Вони є локальними споживачами електричної енергії джерела сигналу. Таким чином, дефект у функціональних елементах АМ приводить до змін його електричних характеристик. Ці зміни проявляються в ланцюзі живлення базових функціональних елементів у вигляді відхилення струму від номінальних значень. Тому контроль струму в шині живлення дає можливість отримання ДІ про ТС функціональних елементів АМ.

Для контролю величини сили струму в розрив корпусної шини АМ включається вимірювальний елемент у вигляді додаткового опору R_к (рис. 1). Значення напруги на R_к залежить від багатьох факторів, основними з яких є внутрішня структура функціональних елементів АМ, структура самого АМ та значення величини додаткового опору.

При виникненні несправності АМ, він перестає реагувати на вхідні сигнали (константна несправність), на його виході фіксується постійний рівень напруги або рівень напруги відрізняється від рівня справного АМ. Цей рівень з будь-якого виходу АМ транспортується в КТ. Подаючи на входи АМ тестові впливи (параімпульсний сигнал), можна визначити значення напруги в КТ, порівняти ці значення з розрахованими значеннями, для працездатного стану АМ і зробити висновок про його технічний стан.

При виборі значення R_к виникає суперечність. З одного боку, його необхідно збільшувати для отримання більшої амплітуди напруги з метою перевищення рівня сигналу над шумами, а з іншого - зменшувати, оскільки значне збільшення опору шини заземлення призводить до зниження завадостійкості функціональних елементів АМ. Цю задачу можна вирішити, задавши таке значення R_к, щоб виконувалися наступні вимоги:

1. , де ,

- динамічний опір АМ, а -загальний опір АМ, до корпусної шини якого підключений додатковий опір R_к.

2. Відношення рівнів сигнал-шум в КТ повинно складати:

.

Для підтвердження основних положень методу проведено експеримент. У ході експерименту й обробки статистичних даних була підтверджена наявність сильного лінійного кореляційного зв'язку (коефіцієнт кореляції складав близько 0,9…0,95) між параметрами сигналів на виходах АМ і в КТ на R_к. В результаті проведеного експерименту можна зробити висновок, що будь-яка несправність АМ транспортується і проявляється в КТ.

Другим науковим результатом є діагностична модель АМ. Вона необхідна для визначення ДП аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання та на етапі експлуатації. Кінцевою метою розробки даної моделі є отримання аналітичного виразу, за допомогою якого можна визначити значення ДП у КТ при параімпульсному тестовому впливі.

Діагностичну модель АМ побудуємо з використанням математичного апарату методу простору стану. Перевага даного методу полягає в можливості опису процесів в часовій області у всіх важливих точках АМ при його дослідженні. При цьому використовується векторний-матричний підхід для дослідження процесів, які відбуваються в аналоговому модулі. Також метод простору стану дає можливість зручної алгоритмізації процесів, які досліджуються і його уніфікації при використанні цифрових обчислювальних машин.

Змінні величини, які характеризують будь-яку динамічну систему діляться на три групи:

зовнішні дії (і=1, 2,..., m), які впливають на динаміку системи;

змінні стани (k=1, 2,…, n), які характеризують динаміку системи;

вихідні змінні (j=1, 2,…, p).

Зовнішні дії и, змінні стани і вихідні змінні є функціями часу і визначають значення вказаних величин у момент часу t. Перераховані змінні зручно представляти у виді векторів-стовпців які зв'язані між собою наступними рівняннями. Вона залежить від структури системи, параметрів елементів і їх взаємних зв'язків; В - матриця управління розмірністю (nxm), яка показує зв'язок між зовнішніми діями і змінними стану; С - матриця спостереження (матриця виходу) розмірністю (рxn), яка формує вихідні змінні із змінних стану; D - матриця обходу системи розмірністю (рxm).

Побудову діагностичної моделі АМ проведемо в два етапи:

1) декомпозиція АМ на елементарні модулі;

2) синтез діагностичної моделі АМ.

На першому етапі на основі аналізу функціональної схеми АМ проводиться його декомпозиція. У основі декомпозиції лежить принцип побудови одномірних шляхів. Кожен одномірний шлях представляє собою систему з одним входом і одним виходом. Елементи в одновимірному шляху можуть бути сполучені довільним чином. Надалі одновимірний шлях називатимемо елементарним модулем.

На другому етапі для кожного елементарного модуля синтезується діагностичний модуль, а потім будується ДМ аналогового модуля.

Принцип побудови ДМ розглянемо на прикладі АМ, функціональна схема якого приведена. Для спрощення введемо обмеження: навантаження всіх елементів активні (R).

В результаті декомпозиції отримаємо функціональні схеми першого і другого елементарних модулів.

Проведемо синтез ДМ для першого елементарного модуля.

Для кожного елементу, який входить до складу першого елементарного модуля, визначаються передавальні функції. Після цього за функціональною схемою елементарного модуля будується структурна схема, на якій його елементи, представляються у вигляді з'єднання динамічних ланок.

За структурною схемою будується схема в змінних стану структурним методом. Для проведення перевірки АМ необхідно подавати на його вхід параімпульсний сигнал у вигляді двох різнополярних імпульсів. Якщо всі елементи елементарного модуля працюють в лінійному режимі, то досить отримати ДМ елементарного модуля для імпульсу однієї полярності, а результат для імпульсу іншої полярності прийняти як інверсне значення для першого.

Для визначення ДМ зовнішній тестовий вплив (ТВ) представляється схемою змінних стану. При цьому будується розширена схема змінних стану першого елементарного модуля, в якій ТВ і досліджувана система розглядаються спільно рис. 7.

При використанні розширеної схеми в змінних стану матриці В і D (2) рівні нулю. Тому необхідно знайти розширені матриці А_р і С_р.

Допустимо, що система лінійна і на вхід подаємо тільки позитивний імпульс. По розширеній схемі в змінних стану першого елементарного модуля складемо систему рівнянь стану.

Вихідний вектор

має чотири складові:

у₁(t)=х₁(t), у₂(t)=х₂(t), у₃(t)=х₃(t), у₄(t)=х₄(t), рівняння виходу є систему

а розширені матриці А_р і С_р мають вигляд

Рівняння стану першого елементарного модуля є наступною системою

Вирішуючи систему рівнянь (6) отримаємо значення сигналів на виходах елементів першого елементарного модуля у вигляді вектора виходу системи

З урахуванням R_к розширена схема в змінних стану матиме вигляд, приведений на рис. 8. Струм, який протікає через R_к прямопропорційний вихідній напрузі кожного елементу елементарного модуля і оберненопропорційний його динамічному опору R_д. Враховуючи, що система лінійна, струм, який протікає через R_к рівний сумі струмів елементів. Отже падіння напруги на R_к може бути визначене виразом

Вираз (7) для у_к(t) є діагностичною моделлю першого елементарного модуля. Таким же чином знаходиться ДМ для другого елементарного модуля.

Діагностичні моделі елементарних модулів для випадку, коли на їх вхід подається негативний імпульс визначаються аналогічно шляхом внесення відповідних змін до розширених матриць А_р і С_р (5).

Сукупність діагностичних моделей елементарних модулів є діагностичною моделлю АМ в цілому.

Оскільки ДМ безпосередньо залежить від структури АМ, то для її визначення запропонована така методика:

1. Виділення функціональної схеми АМ.

2. На основі аналізу функціональної схеми АМ проводиться його декомпозиція на елементарні модулі.

3. Побудова функціональної схеми елементарного модуля.

4. Побудова структурної схеми елементарного модуля у вигляді з'єднання динамічних ланок.

5. Побудова схеми елементарного модуля в змінних стану структурним методом.

6. Представлення вхідного зовнішнього впливу у вигляді схеми змінних стану.

7. Побудова розширеної схеми змінних стану елементарного модуля для позитивного і негативного вхідних імпульсів параімпульсного сигналу.

8. Визначення розширених матриць А_р і С_р.

9. Визначення сигналів на виходах складових елементів першого елементарного модуля у вигляді вектора виходу системи

і обчислення вектора за допомогою комерційної програми.

10. Визначення діагностичних моделей елементарних модулів відповідно до виразу (7).

11. Визначення діагностичної моделі АМ у вигляді сукупності діагностичних моделей елементарних модулів.

Використовуючи запропоновану методику, можна визначити реакцію АМ в контрольній точці на вхідну тестову дію у вигляді параімпульсного сигналу.

Оскільки побудована модель має послідовну структуру, то дефект у будь-якій ланці АМ, що описується моделлю, призведе до розриву електричного кола проходження сигналу або зміни передавальної функції. Це приведе до зміни значення сигналу в КТ і відмінності його від розрахованого для справного технічного стану АМ, тобто будь-який дефект АМ проявиться в шині живлення.

Отже, побудована модель є коректною й адекватно відображає реальні фізичні процеси, які відбуваються в об'єкті контролю.

У третьому розділі розроблена методика побудови перевіряльних тестів (ПТ) АМ, а також нова методика контролю технічного стану АМ з використанням параімпульсного методу діагностування при знятті з довгострокового зберігання об'єктів РЕЗО - це третій науковий результат.

При контролі ТС аналогового модуля параімпульсним методом необхідно визначити критерії, по яких в системі контролю ухвалюється рішення про його справний або несправний стан. Аналітична форма критерію працездатності визначається відповідно до ДМ аналогового модуля рішенням рівнянь, що описують його динаміку.

Функція працездатності лінійного АМ у(t) графічно може бути представлена кривими перехідного процесу (рис. 9). З графіків видно, що вони обмежують параметри сигналу на виходах АМ заданими граничними значеннями функцій , при цьому вид цих функцій залежить від значень параметрів елементів контрольованого аналогового модуля.

Розрахункова формула для граничних кривих

де - функція при ; ,,, - параметри АМ, які визначаються його структурою.

Таким чином, вираз (8) служить початковими даними для формування критеріїв працездатності за швидкістю і прискоренню вхідної величини за допомогою породжуючої функції працездатності, а також для формування перевіряючого тесту аналогового модуля.

Оскільки робоча точка АМ знаходиться на середині лінійної ділянки його вольт-амперної характеристики, то обмежимося тільки двома різнополярними імпульсами Ш₁ і Ш₂ в якості перевіряючого тесту. Амплітуди Ш₁ і Ш₂ знаходяться за формулами

Тривалість імпульсів пропорційна смузі пропускання АМ Дf, тобто ф_и?1/Дf.

Суть методики побудови перевіряючого тесту АМ полягає в наступному. Амплітуда першого імпульсу в ПТ вибирається так, щоб вона не перевищувала вхідної напруги обмеження аналогового модуля. Після дії першого позитивного імпульсу елемент переводиться в стійкий нульовий стан, а потім на його вхід подають другий негативний імпульс. Таким чином перехідний процес у(t) АМ в справному стані визначається при подачі позитивного, а потім негативного вхідного імпульсу.

Для АМ який складається з двох аналогових елементів загальний вигляд перехідних процесів на виходах аналогових елементів АМ і на пристрої визначення ТС аналогового модуля R_к представлені на рис. 10, де х_вх - амплітуда першого вхідного позитивного імпульсу перевіряючого тесту; у_ет1(t) і у_ет2(t) - перехідні функції на виході кожного аналогового елемента відносно R_к; у_ет1.ст. і у_ет2.ст. - сталі значення еталонних перехідних функцій для першого і другого аналогових елементів АМ відповідно; у_к.ет(t) - сумарний перехідний процес на пристрої визначення ТС аналогового модуля R_к; у_{к.ет.ст.} - стале значення еталонної перехідної функції АМ; t_ет - час початку сталого процесу для позитивного вхідного імпульсу; ?у_ет=у_{к.ет.ст.}-у_к.ет(t_ет) - різниця між сталим значенням еталонної перехідної функції і значенням еталонної перехідної функції у момент часу t_ет.

За допомогою системи рівнянь (1) визначаються перехідні функції на виході кожного аналогового елемента у_ет1(t) і у_ет2(t) відносно R_к - рис. 10а. Відповідно до (2) визначається сумарний перехідний процес у_к.ет(t) на пристрої визначення ТС аналогового модуля R_к по якому визначається час початку сталого процесу t_ет - рис. 10б. на якому Реакція АМ на тестову дію не є детермінованою. Одна з причин її випадкового характеру обумовлена промисловими допусками на параметри електрорадіокомпонентів та іншими випадковими факторами. Отже, реакція АМ на ПТ є випадковим процесом. Тому різниця ?у_ет показує точність визначення початку сталого процесу, залежить від типу АМ і складає 3-5% від у_{к.ет.ст.} Значення часу t_ет (рис. 10б) є діагностичним параметром при контролі ТС аналогового модуля в цілому.

При негативному вхідному імпульсі АМ вид перехідних процесів буде аналогічним.

Таким чином, для визначення ТС аналогового модуля необхідно провести вимір значення t_вим.ет і порівняти його з розрахованим значенням t_ет.

Узагальнюючи вищевикладене, можна визначити методику контролю технічного стану АМ з використанням параімпульсного методу діагностування об'єктів РЕЗО на місці їх зберігання, яка направлена на вдосконалення процесу контролю технічного стану аналогових модулів. Призначенням методики є розробка організаційно-технічних заходів направлених на розпізнавання несправних аналогових модулів в радіоелектронних засобів озброєння. Вихідними даними для її реалізації є: масив АМ, які підлягають проведенню контролю їх ТС; принципові схеми АМ; дані про режими роботи пристрою визначення технічного стану АМ; максимально допустимий час контролю ТС одного аналогового модуля.

Методика контролю технічного стану АМ, що базується на параімпульсному методі діагностування, складається з двох етапів.

Перший етап (етап підготовки). Здійснюється при підготовці до проведення контролю ТС аналогового модуля.

Перший етап проводиться в наступній послідовності:

1. Побудова функціональної схеми АМ за принциповою схемою.

2. Аналіз функціональних особливостей АМ і декомпозиція його на канали, тракти і блоки на основі динамічних, інформаційних, конструктивних і інших зв'язків.

3. Представлення елементів АМ елементарними динамічними ланками.

4. Побудова структурної схеми АМ, що складається з типових динамічних ланок з використанням структурних перетворень.

5. За структурною схемою АМ будується розширена схема в змінних стану за допомогою якої визначається діагностична модель аналогового модуля.

6. За допомогою ДМ проводиться побудова ПТ для контролю ТС аналогового модуля.

Результатом першого етапу є створення паспорта АМ, який містить тип АМ, порядок комутації АМ і пристрою контролю ТС аналогового модуля, значення і порядок подачі х_івх, а також значення еталонного ДП t_ет.

Другий етап (проведення контролю технічного стану АМ). Здійснюється під час контролю ТС аналогових модулів РЕЗО. Другий етап проводиться в наступній послідовності.

1. Комутація АМ з пристроєм контролю ТС аналогового модуля.

2. Приведення пристрою контролю ТС аналогового модуля в робочий стан (введення паспортних даних АМ).

3. Подача перевіряючого тесту на АМ і вимір t_вим.ет для позитивного і негативного вхідних імпульсів.

4. Порівняння виміряного значення t_вим.ет з t_ет і ухвалення рішення про працездатність АМ.

Результатом другого етапу і всієї методики в цілому є визначення технічного стану аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання.

Наукова новизна методики полягає в тому, що в її основі лежить новий науково обґрунтований параімпульсний метод контролю технічного стану, діагностична модель АМ і нова методика побудови перевіряючих тестів. Це відрізняє запропоновану методику від відомих і дозволяє автоматизувати процес контролю технічного стану аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання.

Використання методики дозволяє уніфікувати контроль ТС шляхом мінімізації необхідної кількості інформації для проведення діагностування і зменшити матеріальні затрати на розробку і виробництво пристрою контролю ТС аналогового модуля шляхом використання параімпульсного методу діагностування, який дозволяє використовувати тільки один ДП і одну контрольну точку без доопрацювань аналогового модуля.

У четвертому розділі розроблені технічні рішення для практичної реалізації методики контролю технічного стану АМ з використанням параімпульсного методу діагностування РЕЗО на місці їх зберігання. Була розроблена структурна схема ПКТС для контролю технічного стану аналогового модуля.

Даний пристрій складається з 4-х основних модулів і працює у 2-х режимах: режим автоматичного контролю АМ і режим ручного введення паспортних даних. Проведений у розділі техніко-економічний аналіз показав, що розроблений ПКТС доцільно використовувати безпосередньо на місці зберігання об'єктів РЕЗО. Він дешевше у 2-3 рази порівняно з існуючими та запропонованими пристроями і окупить себе досить швидко.

Отже, застосування ПКТС безпосередньо на місці зберігання об'єктів РЕЗО допоможе вдосконалити систему технічного обслуговування і ремонту РЕЗО, зменшити вартість і середній час відновлення та, врешті-решт, збільшити коефіцієнт готовності АМ об'єктів РЕЗО.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення актуальної наукової задачі, яка полягала в розробці методики контролю технічного стану АМ з використанням параімпульсного методу діагностування РЕЗО на місці їх зберігання.

Головні наукові та практичні результати роботи:

1. Вперше розроблено параімпульсний метод контролю технічного стану АМ радіоелектронних засобів озброєння. Наукова новизна методу полягає в тому, що вперше науково обґрунтовано, що в якості діагностичного параметра можна використовувати значення напруги, яка вимірюється на додатковому опорі АМ, примусово включеному в розрив корпусної шини живлення. Доведено, що при вимірюванні даного діагностичного параметра виконуються вимоги прояву та транспортування будь-якого дефекту в контрольну точку, що міститься на додатковому опорі.

Використання параімпульсного методу дозволяє зменшити кількість контрольних точок, а кількість діагностичних параметрів звести до одного, що приводить до значного зменшення об'єму діагностичної інформації, яку необхідно обробити для ухвалення рішення про ТС аналогового модуля. Експериментальні дослідження й обробка статистичних даних підтвердили достовірність отриманих основних теоретичних положень методу.

2. Вперше розроблено ДМ аналогового модуля. Необхідність розробки нової ДМ визначалась новим методом діагностування та необхідністю (на етапі проектування) визначення значень ДП на тестові впливи, які використовуються для складання діагностичного формуляра аналогового модуля. Наукова новизна ДМ полягає в тому, що на відміну від існуючих моделей, вона побудована на основі використання передавальних функцій алгоритмів перетворення інформації, а не на основі структурного методу.

3. Вперше розроблено методику контролю технічного стану АМ з використанням параімпульсного методу діагностування РЕЗО на місці їх зберігання. Наукова новизна методики полягає в тому, що в її основі лежить новий науково обґрунтований параімпульсний метод контролю технічного стану, нова діагностична модель АМ і нова методика побудови перевіряльних тестів. Це відрізняє запропоновану методику від відомих і дозволяє автоматизувати процес контролю ТС аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання, а також сприяє значному зменшенню (в 4...4,5 рази) середнього часу відновлення та збільшенню коефіцієнта готовності аналогової частини РЕЗО на 6...10%.

На основі отриманих наукових результатів розроблена структурна схема ПКТС для проведення контролю ТС аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання. Даний пристрій враховує виробничі допуски на параметри ЕРК, а також характеризується універсальністю щодо можливості здійснювати контроль ТС нових зразків АМ, виходячи з їхніх паспортних даних, прийнятною вартістю, часом контролю та простотою використання.

Результати проведеного техніко-економічного аналізу підтвердили доцільність розробки і впровадження уніфікованого ремонтного модуля для контролю ТС аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання.

Таким чином, розроблена в дисертаційній роботі методика контролю технічного стану АМ з використанням параімпульсного методу діагностування об'єктів РЕЗО на місці їх зберігання є результатом вирішення сформульованої наукової задачі і дозволяє досягти мети дослідження - обґрунтувати можливість удосконалення СТОР, зменшення вартості та середнього часу відновлення аналогових модулів РЕЗО на місці їх зберігання.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шваб В.К. Методика контролю технічного стану аналогових модулів з використанням параімпульсного методу діагностування // Нові технології. - Кременчук, - 2006,-№3( 13).- С. 115-118.

2. Лєнков С.В., Шваб В.К. Побудова тестової послідовності для контролю технічного стану аналогових модулів // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - Черкаси, 2006. - С. 184-186.

3. Лєнков С.В., Жиров Г.Б., Шваб В.К. Діагностична модель базового логічного елемента транслятора напівпровідникової ВІС ТТЛ - структури в статичному режимі // Труды Одесского политехнического института. - Одеса, 2006.-№1(25).-С.165-І70.

4. Лєнков С.В., Вишнівський В.В., Шваб В.К., Видолоб В.В. Математична модель аналогової ІМС для контролю її технічного стану параімпульсним методом.// Збірник наукових праць Одеського інституту Сухопутних військ. - Одеса, 2006. -№12. - С.70-73.

5. Вишнівський В.В., Толюпа С.В., Шваб В.К., Павлов В.П. Дослідження процесу ремонту техніки зв'язку з аварійними пошкодженнями // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Військово - спеціальні науки. - К., 2006. - №12. - С.7-11.

6. Браун В.О., Цицарєв В.М., Захрабов М.Н., Шваб В.К., Невзоров А.В. Модель процесу витрат і поповнення ресурсу складного відновлювального об'єкта РЕТ // Збірник Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка. - К., 2005. - №1. - С.22-28.

7. Лєнков С.В., Браун В.О., Буяло О.В., Шваб В.К. Математична модель функціонування уніфікованого ремонтного модуля при проведенні поточного ремонту сучасних РЕЗО // Збірник наукових праць Одеського інституту Сухопутних військ. - Одеса, 2006. -№11. - С. 120-123.

8. Лєнков С.В., Лукомський Д.В., Шваб В.К. Математичні моделі керування властивостями композиційних матеріалів для фотоелектричних систем енергопостачання радіоелектронних засобів озброєння // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Військово-спеціальні науки. - К., 2005. -№11.- С.66-69.

9. Лєнков С.В., Горшков О.В., Шваб В.К. Вплив дефектів структури матеріалів на параметри напівпровідникових датчиків // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - Черкаси, 2005. -№ 3. -С. 168-169.

10. Лєнков С.В., Вишнівський В.В., Шваб В.К., Охрамович М.М. Математична модель аналогової ІМС на основі параімпульсного методу діагностування // Труди Міжнародної науково-технічної конференції “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні”. - Харків, 2006. -С.250.

11. Лєнков С.В., Горшков О.В., Шваб В.К. Вплив дефектів структури матеріалів на параметри напівпровідникових датчиків // Матеріали міжвузівської науково-практичної конференції "Сучасні напрямки розвитку сухопутних військ Збройних Сил України". - Одеса, 2005. -№ 3. - С. 168 - 169

12. Лєнков С.В., Шваб В.К. Побудова тестової послідовності для контролю технічного стану аналогових модулів // Труди Міжнародної науково-технічної конференції "Датчики, прилади та системи". - Ялта, 2006. - С.22.

Размещено на Allbest.ru