Методика визначення залишкового ресурсу сучасних радіоелектронних засобів озброєння

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ

УДК 621.396

МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВОГО РЕСУРСУ СУЧАСНИХ РАДІОЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ ОЗБРОЄННЯ

Спеціальність 20.02.14 - озброєння і військова техніка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

НЕВЗОРОВ Андрій Володимирович

Київ - 2005



Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Рєзніков Михайло Ігорович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, начальник кафедри бойового застосування і експлуатації (радіоелектронного озброєння).

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Соловйов Володимир Ілліч, Національна академія оборони України, начальник кафедри інженерно-авіаційного забезпечення;

кандидат технічних наук, доцент Бахвалов Валентин Борисович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, начальник кафедри радіолокаційного озброєння.

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

Захист відбудеться “ 11 ” листопада 2005 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 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 “ 11 ” жовтня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради МІХНО О.Г.



АНОТАЦІЯ

Невзоров А.В. Методика визначення залишкового ресурсу сучасних радіоелектронних засобів озброєння. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 20.02.14 - озброєння і військова техніка. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Військовий інститут. Київ, 2005. радіоелектронний озброєння експлуатація військо

Дисертація присвячена розвитку теорії і практики технічної експлуатації радіоелектронних засобів озброєння (РЕЗО) радіотехнічних військ Повітряних Сил ЗСУ. У роботі розроблена методика визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів сучасних РЕЗО. Відмінністю методики є використання запропонованих у роботі нових математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності, що більш точно описують процеси зміни технічного стану об'єктів РЕЗО у процесі тривалої експлуатації внаслідок витрати ресурсу.

Розроблені нові математичні моделі безвідмовності і ремонтопридатності елементів декомпозиції і об'єкту РЕЗО в цілому. Відмінність моделі безвідмовності полягає в урахуванні структури об'єкту РЕЗО і можливості спільного виникнення відмов двох типів: раптових і поступових. Відмінність моделі ремонтопридатності полягає в тому, що вона, незважаючи на припущення про сталість інтенсивності відновлення кожного елементу декомпозиції, дозволяє врахувати зміну в часі середнього часу відновлення об'єкту РЕЗО у цілому за рахунок запропонованої моделі безвідмовності.

З урахуванням розроблених математичних моделей і методики запропоновані і обґрунтовані рекомендації з визначення термінів виводу радіоелектронних засобів озброєння радіотехнічних військ Повітряних Сил ЗСУ на плановий ремонт за технічним станом.

Ключові слова: радіоелектронні засоби озброєння, залишковий і призначений ресурси, безвідмовність, ремонтопридатність, елемент декомпозиції, статистична модель.



АННОТАЦИЯ

Невзоров А.В. Методика определения остаточного ресурса современных радиоэлектронных средств вооружения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 20.02.14 - вооружение и военная техника. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Военный институт. Киев, 2005.

Диссертация посвящена развитию теории и практики технической эксплуатации радиоэлектронных средств вооружения (РЭСВ) радиотехнических войск Воздушных Сил ВСУ. В работе изложены научные результаты, направленные на обоснование рекомендаций по определению сроков вывода радиоэлектронных средств вооружения радиотехнических войск Воздушных Сил Вооруженных Сил Украины на плановый ремонт по техническому состоянию на основе разработанной методики. Сущность рекомендаций состоит в том, что вывод объекта РЭСВ на плановый ремонт целесообразно производить при достижении коэффициентом готовности объекта предельного значения. С этой целью в течение эксплуатации объекта РЭСВ определяется его остаточный ресурс с использованием методов статистического моделирования.

Для возможности осуществления статистического моделирования разработаны математические модели безотказности и ремонтопригодности элементов декомпозиции и объекта РЭСВ в целом. Математическая модель безотказности учитывает структуру объекта РЭСВ и возможность возникновения в нем двух типов отказов - внезапных и постепенных, обусловленных старением аппаратуры в процессе длительной эксплуатации. Математическая модель ремонтопригодности учитывает изменение среднего времени восстановления объекта РЭСВ в процессе длительной эксплуатации несмотря на допущение о постоянстве интенсивности восстановления каждого из элементов декомпозиции. Для данных математических моделей предложена методика определения их параметров, основанная на условном „разграничении” внезапных и постепенных отказов, которая использует статистические данные о времени возникновения отказов и времени окончания восстановлений однотипных образцов РЭСВ.

На основе предложенных математических моделей безотказности и ремонтопригодности, а также разработанной статистической модели разработана методика определения остаточного и обоснования значения назначенного ресурсов объекта РЭСВ. Методика включает в себя следующие этапы: разработку математических моделей безотказности и ремонтопригодности элементов декомпозиции и объекта РЭСВ в целом; разработку методики определения параметров этих математических моделей; сбор и обработку статистических данных по безотказности и ремонтопригодности однотипных объектов РЭСВ с разбиением этих данных (моментов возникновения отказов и моментов окончания восстановлений) по элементам декомпозиции, разработку статистической модели для определения остаточного и обоснования значения назначенного ресурсов объекта РЭСВ, реализацию алгоритма этой статистической модели на ЭВМ, анализ полученных результатов и рекомендации по обоснованию значения назначенного ресурсов для заданных исходных данных.

В работе приведен результат реализации методики для конкретных значений исходных данных и показана сходимость полученного значения остаточного ресурса с его истинным значением. Полученные в диссертации научные результаты способствуют дальнейшему развитию теории технической эксплуатации и теории надежности.

Ключевые слова: радиоэлектронные средства вооружения, остаточный и назначенный ресурсы, безотказность, ремонтопригодность, элемент декомпозиции, статистическая модель.



SUMMARY

Nevzorov A.V. A technique of definition of residual life of modern radio electronic means of arms. - Manuscript.

Thesis on obtaining of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 20.02.14 _ arms and military engineering. The Kyiv National Taras Shevchenko University, Military Institute. Kyiv, 2005.

The thesis is dedicated to development of the theory and practice of technical exploitation of radio electronic means of arms (REMA) of radio troops of Air Forces of Armed Forces of Ukraine. In activity a designed technique of definition residual lifes and substantiation of value assigned operating time of modern REMA. Difference of a technique is usages of new mathematical models, offered in activity, of reliability and maintainability, which one describe processes of change of availability index of product of objects REMA during long-lived exploitation owing to consumption of useful life more precisely.

The new mathematical models of reliability and maintainability of members of decomposition and object REMA as a whole are designed. The difference of model of reliability is encompass byed the count of construction of object REMA and capability of joint originating of failures of two phylums: sudden and gradual. The difference of model of maintainability is encompass byed volume, that she, despite of an assumption about a constancy of intensity of recovery of each member of decomposition, allows to take into account a time history of a mean time of recovery of object REMA as a whole at the expense of offered model of reliability.

With allowance for of designed mathematical models and the techniques are offered and the guidelines on definition of terms of a conclusion of radio electronic means of arms of radio troops of Air Forces of Armed Forces of Ukraine on light overhaul on technical state.

Keywords: radio electronic means of arms, residual life and assigned operating time, reliability, maintainability, member of decomposition, statistical model.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні радіоелектронні засоби озброєння (РЕЗО), що використовуються у радіотехнічних військах Повітряних Сил ЗС України, характеризуються багатофункціональністю і складністю, зумовленими обсягом і характером задач, які вони вирішують. РЕЗО відносяться до класу складних відновлюваних об'єктів, що містять у собі велику кількість різнотипних комплектуючих елементів (далі - елементів декомпозиції), робота яких базується на різних фізичних принципах, а надійність РЕЗО залежить від багатьох факторів, зумовлених як внутрішніми, так і зовнішніми впливами. Технічну основу радіотехнічних військ Повітряних Сил Збройних Сил України становить значне число різноманітних РЕЗО, успадкованих Україною після розпаду СРСР. Переважна більшість цих зразків є застарілими, тому що на сьогоднішній день вони витратили призначений ресурс, визначений керівними документами та технічною документацією. У ситуації, що склалась, витрати на відновлення ресурсу стають порівняними з первісною вартістю всього парку РЕЗО, а витрати на їхню експлуатацію істотно перевищують цю вартість. Існує протиріччя між необхідністю відновлення технічного ресурсу РЕЗО і економічними витратами, зумовленими необхідністю його відновлення за рахунок ремонтів, заміни зразків РЕЗО тощо. Основним способом відновлення ресурсу РЕЗО є проведення планових ремонтів, при яких здійснюється відновлення деякої частки елементів декомпозиції об'єкту. Виведення об'єктів РЕЗО на такі ремонти здійснюється після відпрацювання ними призначеного ресурсу

().

Аналіз показав, що існуючі методи призначення ресурсу складних РЕЗО і планування їх відновлення мають серйозні недоліки, основними з яких є:

_ недостатнє врахування реальних значень показників надійності зразків РЕЗО;

_ недостатня точність і наукова обґрунтованість оцінки призначеного ресурсу об'єктів РЕЗО.

Ці недоліки призводять до таких випадків, коли продовжується експлуатація об'єктів РЕЗО, що вже відпрацювали свій ресурс, і навпаки, відправляються в ремонт об'єкти, реальний технічний ресурс яких ще не вироблено.

У зв'язку з цим постає актуальна задача визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів об'єктів РЕЗО. У роботі пропонується нова методика, що дозволяє вирішити дану задачу для наявних зразків РЕЗО. Методика базується на розроблених автором математичних моделях безвідмовності і ремонтопридатності елементів декомпозиції і об'єкту РЕЗО в цілому. Ідея методики полягає в здійсненні збору статистичної інформації про відмови і відновлення однотипних об'єктів РЕЗО, визначення за цими даними параметрів математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності, і здійсненні статистичного моделювання процесу експлуатації об'єкту РЕЗО згідно з отриманими параметрами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з планом наукової роботи та планом науково-дослідної роботи “Діагностика”, які виконувались у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Основними керівними документами, які визначили напрямок наукових досліджень, є: Закон України “Про наукову і науково-технічну діяльність” №1977-ХII від 13.12.1991 р., Закон України “Про основи державної політики у сфері науки і науково-технічної діяльності” № 284-XIV від 01.12.1998 р., Концепція наукової роботи у Збройних Силах України, введена в дію наказом Міністра оборони України № 154 від 07.05.1997 р., Положення про наукову і науково-технічну діяльність у Збройних Силах України, введене в дію наказом Міністра оборони України № 90 від 04.04.2000 р. В цих документах з метою реалізації завдань першого та другого етапів Державної програми будівництва і розвитку Збройних Сил України та Державної програми розвитку озброєння і військової техніки підкреслюється необхідність зосередження тем науково-дослідних робіт, спрямованих на вдосконалення процесів ремонту, подовження ресурсу і модернізації наявного озброєння і військової техніки.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є обґрунтування рекомендацій з визначення термінів виводу радіоелектронних засобів озброєння радіотехнічних військ Повітряних Сил Збройних Сил України в ремонт за технічним станом на підставі розробленої методики.

Для досягнення поставленої мети вирішена наукова задача, яка полягає в розробці методики визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів радіоелектронних засобів озброєння радіотехнічних військ Повітряних Сил Збройних Сил України з використанням розроблених математичних моделей безвідмовності та ремонтопридатності.

Об'єкт дослідження - ресурс як показник надійності, що впливає на боєздатність складних відновлюваних радіоелектронних засобів озброєння радіотехнічних військ Повітряних Сил Збройних Сил України, а предмет дослідження - визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів радіоелектронних засобів озброєння радіотехнічних військ Повітряних Сил Збройних Сил України.

Методи дослідження. В дисертаційній роботі використовуються методи теорії ймовірностей і математичної статистики, теорії надійності, а також методи статистичного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті проведення дисертаційного дослідження здобувачем отримані наступні нові наукові результати:

1. Вперше одержано математичні моделі безвідмовності і ремонтопридатності елементів декомпозиції і об'єкту РЕЗО в цілому радіотехнічних військ Повітряних Сил ЗСУ.

Відмінність моделі безвідмовності від відомих, що визначає її новизну, полягає в урахуванні структури об'єкту РЕЗО і можливості виникнення відмов двох типів: раптових (аварійних) і поступових, зумовлених зносом і старінням апаратури внаслідок витрати ресурсу в процесі тривалої експлуатації. Це дозволяє наблизити модель до реальних процесів виникнення та усунення відмов і підвищити її адекватність.

Відмінність моделі ремонтопридатності від відомих, що визначає її новизну, полягає в тому, що вона, незважаючи на припущення про постійність інтенсивності відновлення кожного елементу декомпозиції, дозволяє врахувати зміну в часі середнього часу відновлення об'єкту РЕЗО в цілому за рахунок запропонованої моделі безвідмовності.

2. Вперше одержано методику визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів об'єкту РЕЗО радіотехнічних військ Повітряних Сил ЗСУ.

Відмінність цієї методики від відомих, призначених для вирішення аналогічних задач, що визначає її новизну, полягає у використанні запропонованих у роботі нових математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності, що більш точно описують процеси зміни технічного стану об'єктів РЕЗО в процесі тривалої експлуатації внаслідок витрати ресурсу. Вона дозволяє науково обґрунтувати рекомендації з визначення термінів виводу розглянутого класу об'єктів РЕЗО в ремонт за технічним станом і кількісно визначити їх залишковий ресурс у довільний момент часу експлуатації.

Практичне значення одержаних результатів. На основі отриманих у дисертаційній роботі наукових результатів були запропоновані рекомендації з практичного застосування розробленої методики визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів об'єкту РЕЗО. Застосування розробленої методики дозволить уникати ситуацій, коли відправляються в ремонт об'єкти РЕЗО, технічний ресурс яких ще не вироблено, і навпаки, коли продовжується експлуатація об'єктів, які вже перейшли у граничний стан. У якості „індикатора” витрати ресурсу об'єкту РЕЗО в процесі тривалої експлуатації запропоновано використовувати зміну (зменшення) комплексного показника надійності - коефіцієнта готовності, зумовлене зростанням інтенсивності відмов елементів декомпозиції за рахунок зносу і старіння апаратури.

Результати досліджень реалізовані в авіакомпанії “Міжнародні авіалінії України”, у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка у навчальному процесі та у науково-дослідній роботі “Діагностика”, що підтверджується відповідними актами впровадження.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Зі спільних публікацій у дисертаційну роботу включені тільки результати, отримані автором самостійно. Здобувачу належать наступні наукові результати:

В [2] - запропоновано принципи декомпозиції об'єкту РЕЗО на елементи, що підлягають дефектації при проведенні планового ремонту.

В [4] - розроблено структурну схему алгоритму статистичної моделі для оцінки залишкового ресурсу об'єкту РЕЗО.

В [7] - отримано вираз для щільності розподілу імовірності безвідмовної роботи з урахуванням двох типів відмов - раптових і поступових.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження оприлюднено на науково-практичній конференції на честь 70-річчя заснування військової підготовки в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка “Військова наука і освіта: сьогодення і майбутнє” (14 _ 15.10.2003 р., м. Київ), II науково-практичній конференції “Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем спеціального призначення” ВІТІ НТУУ “КПІ” (24 _ 25.11.2004 р., м. Київ), VII міжнародній науково-практичній конференції “Наука і освіта _ 2005” (7 _ 21.02.2005 р., м. Дніпропетровськ), VI міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні і електронні технології” (23 _ 27.05.2005 р., м. Одеса), міжнародній науково-практичної конференції “Шевченківська весна. Сучасний стан науки: досягнення, проблеми та перспективи розвитку” у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка (10 _ 11.03.2005 р., м. Київ).

Публікації. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковані автором у чотирьох статтях у фахових виданнях, опубліковані у трьох тезах доповідей, впроваджені у науково-дослідній роботі.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Загальний обсяг становить 135 сторінок машинописного тексту, з яких 9 сторінок займає список використаних джерел, що містить 98 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, розкрита сутність і стан наукової задачі, необхідність проведення дослідження, сформульовані мета і задача дослідження. Викладені підстави і вихідні дані для розробки методики.

Перший розділ присвячений аналізу стану і напрямків удосконалення системи технічної експлуатації сучасних РЕЗО, зокрема термінів виводу об'єктів в ремонт і визначення їх залишкового ресурсу, формулюванню задачі, мети і основних питань дослідження.

На основі аналізу експлуатації сучасних РЕЗО робиться висновок про те, що існуюча система технічної експлуатації не завжди задовольняє вимогам, що висуваються до неї. Основними причинами такого положення є:

_ недостатнє врахування реальних значень показників надійності зразків РЕЗО при їх відправленні у плановий ремонт;

_ недостатня точність і наукова обґрунтованість оцінки призначеного ресурсу об'єктів РЕЗО.

В якості одного із шляхів забезпечення підвищення ефективності системи технічної експлуатації в плані вирішення поставленої в дисертаційній роботі наукової задачі пропонується нова методика, спрямована на наукове обґрунтування термінів проведення планових ремонтів для кожного типу об'єктів РЕЗО. Наявні результати досліджень у цьому напрямку показують важливість і необхідність застосування нових підходів до визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів сучасних РЕЗО, що знаходяться на озброєнні радіотехнічних військ Повітряних Сил ЗСУ.

Існуючі методики, що використовуються для вирішення поставленої у дисертаційній роботі наукової задачі, мають суттєві недоліки, які призводять до виникнення ситуацій, коли продовжується експлуатація об'єктів РЕЗО, що вже відпрацювали свій ресурс, і навпаки, відправляються в ремонт об'єкти, реальний технічний ресурс яких ще не вироблено. В першому випадку знижується ефективність застосування об'єктів РЕЗО за призначенням, у другому ж випадку виникають очевидні економічні втрати.

З проведеного аналізу можна зробити наступні висновки:

1. Призначений ресурс різних типів зразків РЕЗО, записаний у технічній документації і керівних документах, визначений без достатнього наукового обґрунтування. Значення цього ресурсу не враховують реальний технічний стан зразків РЕЗО, умови і режими їх експлуатації, кваліфікацію та кількість обслуговуючого персоналу, укомплектованість ЗІП та інші істотно впливові фактори.

2. Виникає необхідність розробки методичного апарату, що дозволяє науково обґрунтувати величину призначеного ресурсу з урахуванням основних факторів реальної експлуатації об'єктів РЕЗО, а також кількісно визначити їх залишковий ресурс у довільний момент часу експлуатації.

3. Використання розроблених методик, методів і моделей надійності для наукового обґрунтування значення призначеного ресурсу і кількісного визначення залишкового ресурсу зустрічає серйозні труднощі внаслідок властивих їм недоліків, які проявляються при вирішенні сформульованих вище завдань.

На основі проведеного аналізу і виявлених недоліків існуючих методик, методів і моделей надійності для наукового обґрунтування значення призначеного ресурсу і кількісного визначення залишкового ресурсу сформульована задача дисертаційного дослідження та часткові задачі, на які вона розбивається. У розділі обґрунтовані необхідність та можливість розробки методики, що дозволяє здійснити наукове обґрунтування рекомендацій з визначення термінів виводу радіоелектронних засобів озброєння радіотехнічних військ Повітряних Сил Збройних Сил України в ремонт за технічним станом.

Другий розділ присвячений вирішенню наступних задач:

_ представлення у формалізованому вигляді структури (конструктивної і надійнісної) об'єкту РЕЗО;

_ побудова математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності елементів декомпозиції і об'єкту РЕЗО в цілому;

_ розробка методики визначення параметрів цих математичних моделей.

Конструктивна структура складного об'єкта РЕЗО практично завжди є модульною, причому з міркувань забезпечення ремонтопридатності модульність проектується ієрархічною. Наприклад, ієрархічні модулі можуть називатися системами, шафами, блоками, ТЕЗами і т.п. При цьому вважається, що системи складаються із шаф, шафи _ з блоків, блоки - з вузлів, вузли - з ТЕЗів тощо. В дисертаційній роботі такі ієрархічні модулі названі елементами декомпозиції об'єкту РЕЗО.

Індекс вказує на ланцюжок номерів елементів декомпозиції старших рівнів (включаючи даний) у послідовності їхнього входження в елементи попередніх (більше високих) рівнів. Нумерація елементів декомпозиції -го рівня, що входять до складу елемента декомпозиції ()-го рівня, є незалежною всередині цього елемента декомпозиції. Кожен елемент декомпозиції деякого l-го рівня може містити в собі елементи декомпозиції наступного (l+1)-го рівня і (або) окремі елементи декомпозиції, які розглядаються як єдине ціле і є нерозбірними (наприклад, резистори, конденсатори, трансформатори, підшипники тощо). Такі елементи називають елементами нижнього рівня. Елементом нижнього рівня може виявитися елемент декомпозиції будь-якого рівня. Це залежить насамперед від того, у якому обсязі та на якому рівні проводяться ремонти того або іншого зразка РЕЗО.

При розгляді надійнісної структури об'єкту РЕЗО введено наступні припущення:

1. Об'єкт РЕЗО вважається системою ненадлишковою, тобто його структурна схема надійності являє собою послідовне з'єднання всіх елементів декомпозиції.

2. Враховуються тільки одиночні відмови об'єкту РЕЗО.

3. Інтенсивність відновлення кожного -го елементу декомпозиції вважається величиною постійною на всьому етапі експлуатації об'єкту РЕЗО.

З урахуванням введених вище позначень і припущення про ненадлишковість надійнісної структури об'єкту РЕЗО, можна записати наступний вираз для інтенсивності відмов об'єкту РЕЗО як елемента декомпозиції : де - множина всіх елементів декомпозиції нижнього рівня.

Якщо відома щільність імовірності наробітку на відмову елементу нижнього рівня , то інтенсивність відмов можна знайти за наступною формулою. Отже, для моделювання необхідно знати функції щільності ймовірності наробітку на відмову елементів декомпозиції або пов'язані з ними функції розподілу : або ймовірність безвідмовної роботи:

Крім функції інтенсивності відмов для визначення коефіцієнту готовності об'єкту РЕЗО необхідне знання його інтенсивності відновлення .

Під математичною моделлю безвідмовності елементів декомпозиції і об'єкту РЕЗО у цілому будемо розуміти щільність розподілу ймовірностей наробітку на відмову елементів декомпозиції .

При розробці математичної моделі безвідмовності введено наступні припущення:

1. Об'єкт РЕЗО перед початком експлуатації проходить штучне „тренування”. Це дозволяє виключити спадну ділянку інтенсивності відмов на початку експлуатації.

2. Розподіл наробітку на відмову елементів декомпозиції РЕЗО через раптові відмови описується експоненціальним законом розподілу з постійною інтенсивністю відмов .

3. Розподіл наробітку на відмову через старіння описується нормальним законом розподілу з параметрами і .

4. Події, що полягають у відмові елементів декомпозиції через аварії та через старіння, незалежні.

5. Відмови елементів декомпозиції об'єкту РЕЗО є події незалежні.

6. Відмова будь-якого елементу декомпозиції призводить до відмови об'єкту РЕЗО у цілому.

Розробка математичної моделі безвідмовності РЕЗО складається з наступних кроків:

Відмови виникають у результаті аварій, а _ у результаті старіння.

На другому кроці визначено закони розподілу показників безвідмовності і . На підставі припущень для щільність імовірності наробітку на відмову визначається наступним виразом де _ інтенсивність аварійних відмов -го елемента декомпозиції об'єкту РЕЗО.

Щільність імовірності наробітку на відмову визначається наступним виразом де _ математичне очікування, а _ середньоквадратичне відхилення наробітку на відмову -го елементу декомпозиції внаслідок старіння.

Імовірності безвідмовної роботи для даних умовних елементів декомпозиції відповідно визначаються за наступними формулами.

На третьому кроці визначено щільність розподілу наробітку на відмову -го елементу декомпозиції об'єкту РЕЗО з урахуванням раптових відмов і відмов внаслідок старіння.

Таким чином, розроблена математична модель безвідмовності елементів декомпозиції об'єкта РЕЗО представлена у вигляді аналітичної залежності для щільності розподілу ймовірностей наробітку на відмову (формула (7)), і отримані формули для основних показників безвідмовності і (формули (8) і (10) відповідно), що використовують цю модель.

Аналіз адекватності моделі проводився шляхом порівняння показників безвідмовності, розрахованих за статистичними даними і отриманих в результаті статистичного моделювання. Розбіжності результатів не перевищують 5% ... 7%.

Для розробки математичної моделі ремонтопридатності об'єкту РЕЗО введено наступні припущення:

1. Елементи декомпозиції об'єкту РЕЗО мають два можливих стани: працездатний і непрацездатний (відмова).

2. Час відновлення будь-якого елементу декомпозиції не залежить від стану інших елементів декомпозиції.

3. Інтенсивність відновлення -го елементу декомпозиції є величиною постійної на всьому періоді експлуатації об'єкту РЕЗО: .

З урахуванням висунутих припущень отримано вирази для середнього часу відновлення та інтенсивності відновлення об'єкту РЕЗО.

Таким чином, математична модель ремонтопридатності об'єкту РЕЗО представлена у вигляді аналітичної залежності середнього часу відновлення об'єкту РЕЗО від інтенсивності відмов кожного елементу декомпозиції, а також від інтенсивності відмов об'єкту РЕЗО у цілому. Адекватність представленої моделі ремонтопридатності підтверджується адекватністю математичних моделей безвідмовності елементів декомпозиції і об'єкту РЕЗО у цілому.

Методика визначення параметрів розроблених математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності (інтенсивності раптових відмов , математичного очікування і середньоквадратичного відхилення поступових відмов та інтенсивності відновлення ) заснована на умовному „розмежуванні” раптових і поступових відмов елементів декомпозиції об'єкту РЕЗО і використовує статистичні дані про час виникнення відмов і час закінчення відновлень елементів декомпозиції однотипних об'єктів РЕЗО.

У третьому розділі розроблена статистична модель для визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів об'єкту РЕЗО.

Розроблена статистична модель використовує запропоновані математичні моделі безвідмовності і ремонтопридатності, і базується чисельних методах Монте-Карло.

У представленій структурній схемі використані наступні позначення: _ змінна, що ставиться у відповідність кожному інтервалу моделювання; _ номер поточного інтервалу моделювання; _ кількість реалізацій моделі; _ тривалість одного інтервалу моделювання; _ кількість інтервалів моделювання; _ коефіцієнт готовності в -му інтервалі модулювання; _ граничне значення коефіцієнта готовності; _ момент часу виникнення відмови; _ момент часу закінчення відновлення; _ номер інтервалу, у який потрапляє момент часу виникнення відмови; _ номер інтервалу, у який потрапляє момент часу закінчення відновлення; _ час наступання граничного стану об'єкту РЕЗО; _ залишковий ресурс об'єкту РЕЗО.

У результаті аналізу розробленої статистичної моделі встановлено, що для досягнення точності моделювання 95 % і більше кількість реалізацій статистичної моделі N повинна становити не менше ніж 128. При величині інтервалу моделювання Дt = 1000 год. і кількості інтервалів h = 20 год. моделювання з використанням сучасних ЕОМ становить 7 - 9 хв.

Адекватність моделі підтверджується адекватністю математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності, які вона використовує.

Четвертий розділ присвячений розробці методики визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсу сучасних РЕЗО.

Отримані у попередніх розділах результати у сукупності становлять наукову базу для досягнення основної мети дисертаційного дослідження _ наукового обґрунтування рекомендацій з визначення термінів виводу об'єктів радіоелектронних засобів озброєнь радіотехнічних військ Повітряних Сил ЗСУ на плановий ремонт за технічним станом і визначення їх залишкового ресурсу в довільний момент часу поточної експлуатації. Ця наукова база містить у собі нові математичні моделі безвідмовності і ремонтопридатності, методику визначення параметрів цих моделей, а також статистичну модель для визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів розглянутого класу об'єктів РЕЗО.

Для реалізації методики використовується наступний набір вихідних даних: статистичні дані про відмови і відновлення однотипних об'єктів РЕЗО; поточний час наробітку об'єктів РЕЗО, для яких необхідно визначити залишковий ресурс; необхідна точність визначення залишкового ресурсу; граничне значення коефіцієнту готовності об'єкту РЕЗО.

При розробці методики використані наступні припущення і обмеження:

1. Структурна схема надійності об'єкту РЕЗО являє собою послідовне з'єднання елементів декомпозиції.

2. Враховуються лише одиночні відмови об'єкту РЕЗО.

3. Інтенсивність відновлення кожного елементу декомпозиції є постійною протягом всього періоду експлуатації.

4. Перед початком експлуатації об'єкт РЕЗО проходить штучне „тренування”, що дозволяє уникнути відмов припрацювання.

5. В об'єкті виникає два типи відмов - раптові і поступові.

6. Раптові і поступові відмови є сумісними і незалежними подіями.

7. Час виникнення раптових відмов елементів декомпозиції має експоненціальний розподіл з параметром .

8. Час виникнення поступових відмов елементів декомпозиції має нормальний розподіл з математичним очікуванням і середньоквадратичним відхиленням .

9. Відмови елементів декомпозиції об'єкту РЕЗО є події незалежні.

10. Елементи декомпозиції об'єкту РЕЗО мають два можливих стани - працездатний і непрацездатний (відмова).

11. Час відновлення будь-якого елементу декомпозиції не залежить від стану інших елементів декомпозиції.

12. Період часу, протягом якого здійснюється збір даних про час виникнення відмов елементів декомпозиції об'єкту РЕЗО, значно менший математичного очікування їх напрацювання на відмову внаслідок старіння.

Розробка методики визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсу сучасних РЕЗО передбачає такі основні етапи (в авторефераті надана стисло):

1. Розробка математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності елементів декомпозиції і об'єкту РЕЗО в цілому. Математичні моделі представлені у вигляді цільових функцій для щільності розподілу імовірності безвідмовної роботи елементів декомпозиції об'єкту РЕЗО (7) і інтенсивності відновлення об'єкту РЕЗО (11).

2. Розробка методики визначення параметрів математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності. Методика базується на умовному розмежуванні раптових і поступових відмов об'єктів РЕЗО і використовує статистичні дані про час виникнення відмов і час закінчення відновлення елементів декомпозиції однотипних зразків РЕЗО.

3. Збір і обробка статистичних даних про безвідмовність і ремонтопридатність однотипних об'єктів РЕЗО (моментів часу виникнення відмов і моментів закінчення відновлень) з розбиттям цих даних за елементами декомпозиції. За цими даними з використанням розробленої на попередньому етапі методики визначаються параметри математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності, розроблених на першому етапі.

4. Розробка статистичної моделі для визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів об'єктів РЕЗО. Структурна схема алгоритму, що реалізовує таку модель, представлена на рис. 3.

5. Реалізація алгоритму статистичної моделі на ПЕОМ і отримання результатів моделювання. В якості результату моделювання є ступінчаста крива залежності коефіцієнту готовності об'єкту РЕЗО від його наробітку, а також обраховані значення залишкового і рекомендованого призначеного ресурсів.

6. Аналіз результатів і рекомендації з обґрунтування значення призначеного ресурсу для заданих вихідних даних. На цьому етапі на підставі проведеного моделювання приймається рішення про терміни виводу об'єктів РЕЗО на ремонт за технічним станом. Крім того, для зразків, що поступають в експлуатацію, рекомендується значення призначеного ресурсу.

Наприкінці у даному розділі наведено приклад реалізації методики для конкретних значень вихідних даних. Аналіз результатів показав, що розбіжність між дійсним значенням залишкового ресурсу і отриманими результатами складають 5 % ... 7 %, а розбіжність між часом переходу об'єкту РЕЗО у граничний стан і його призначеним ресурсом складає 35 % ... 40 %, що свідчить про доцільність застосування розробленої методики.



ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що полягає в розробці методики визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів радіоелектронних засобів озброєння радіотехнічних військ Повітряних Сил Збройних Сил України з використанням розроблених математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності.

Основним науковим результатом роботи є розроблена методика визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів об'єкту РЕЗО.

Розробка цієї методики стала можливою завдяки одержанню іншого наукового результату _ математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності елементів декомпозиції і об'єкту РЕЗО в цілому, а також розробці статистичної моделі для визначення залишкового і обґрунтування значення призначеного ресурсів об'єкту РЕЗО.

Розроблені математичні моделі і методика є новими. Новизна математичної моделі безвідмовності від відомих полягає в урахуванні структури об'єкту РЕЗО і можливості спільного виникнення відмов двох типів: раптових (аварійних) і поступових, зумовлених зносом і старінням апаратури внаслідок витрати ресурсу в процесі тривалої експлуатації. Це дозволяє наблизити модель до реальних процесів виникнення і усунення відмов і підвищити її адекватність. Новизна математичної моделі ремонтопридатності полягає в тому, що вона, незважаючи на припущення про сталість інтенсивності відновлення кожного елементу декомпозиції, дозволяє врахувати зміну в часі середнього часу відновлення об'єкту РЕЗО у цілому за рахунок запропонованої моделі безвідмовності.

Відмінність розробленої методики від відомих, призначених для вирішення аналогічних задач, полягає у використанні запропонованих у роботі нових математичних моделей безвідмовності і ремонтопридатності, що більш точно описують процеси зміни технічного стану об'єктів РЕЗО у процесі тривалої експлуатації внаслідок витрати ресурсу. Вона дозволяє науково обґрунтувати рекомендації з визначення строків виводу розглянутого класу об'єктів РЕЗО на плановий ремонт за технічним станом і кількісно визначити їх залишковий ресурс у довільний момент часу експлуатації.

Наукове значення роботи полягає в тому, що отримані наукові результати сприяють вирішенню актуальної задачі технічної експлуатації - наукового обґрунтування термінів виводу об'єктів РЕЗО на плановий ремонт за технічним станом.

Практичне значення роботи полягає в тому, що отримані у ній наукові результати дозволяють призначати терміни виводу об'єктів РЕЗО на плановий ремонт, які будуть відповідати термінам витрати ресурсу об'єктами. Це дозволить підвищити ефективність застосування об'єктів за призначенням з одного боку, і зменшити питомі витрати на їх експлуатацію - з іншого.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Невзоров А.В. Математична модель прогнозування параметрів безвідмовності об'єкту радіоелектронної техніки на основі статистичних даних // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. - 2003. - Ювілейний випуск. - С. 127 - 133.

2. Креденцер Б.П., Буяло О.В., Невзоров А.В. Математична модель дефектації складових частин радіоелектронних засобів озброєнь при проведенні середнього ремонту у ремонтному органі // Зб. наук. пр. ВІТІ НТУУ „КПІ”. - 2004. - № 3. - С. 81 - 89.

3. Невзоров А.В. Математична модель оцінки залишкового ресурсу складних технічних систем // Зб. наук. пр. ОІСВ. - 2005. _ № 10. _ С. 103 - 107.

4. Рєзніков М.І., Гахович С.В., Невзоров А.В., Буяло О.В. Статистична модель надійності складних технічних систем з кінцевим часом відновлення // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. - 2005. - № 10. - С. 33 - 36.

5. Невзоров А.В. Математическая модель надежности сложных технических систем // Матеріали VII міжнародної науково-практичної конференції „Наука і освіта - 2005”. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2005, Т. 62. - С. 24 - 26.

6. Невзоров А.В. Статистична модель надійності складних технічних систем // Матеріали ІІ науково-практичної конференції „Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем спеціального призначення”. - К.: 2005. - С. 143.

7. Креденцер Б.П., Рєзников М.И., Невзоров А.В., Зубарев В.В. Математическая модель прогнозирования остаточного ресурса сложных технических систем // Матеріали VI міжнародної науково-практичної конференції „Сучасні інформаційні і електронні технології”. - Одеса: 2005. - С. 255.

Крім того, окремі результати викладено у звіті про НДР „Діагностика” (№ РК0101U002251), що виконувалась у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Размещено на Allbest.ru