Федоров Владимир Вячеславович. Формирование оптимальной программы контроля состояния авиационной техники в изменяющихся условиях эксплуатации

Краткое описание

Федоров Владимир Вячеславович. Формирование оптимальной программы контроля состояния авиационной техники в изменяющихся условиях эксплуатации : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.01.- Иркутск, 2002.- 142 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/2066-0

БАЙКАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭКОНОМИКИ/И ПРАВА
На правах рукописи
Фёдоров Владимир Вячеславович
ФОРМИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ КОНТРОЛЯ
' " V ' ' " Г--- ^ * Ч ' ' ч
СОСТОЯНИЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ В -:' і - -
Ч % Ч ’ Ї 1 t
ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИЙ -'
Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и
, - обработка информации (региональные , . ^народнохозяйственные комплексы)
I V ч *
> I Г
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель
Заслуженный работник высшей школы РФ,
доктор технических наук, профессор
Г’.П. Хамитов
Иркутск - 2002 год
S / f
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПРИЧИННОСТЕЙ
АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ И СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ
КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ УРОВНЯ РИСКА ПОЛЕТА 14
1.1. Безопасность полетов как важнейшая проблема
развития авиации 14
1.2. Анализ групп причинностей и основных факторов, влияющих на безопасность полетов 15
1.3. Уровень риска авиационного происшествия, .
связанного с возможными отказами авиационное /
техники 19
1.4. Формулировка задач исследования 27
Выводы по главе 1 30
Глава 2. ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА И УПРАВЛЕНИЕ ПРОГРАММОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 31
2.1. Объект исследования и его описательная модель 31
2.2. Граф состояний подсистемы
«самолет - подготовка к полету - полет» 33
2.3. Количественная оценка уровня риска авиационного происшествия при возможном ■
отказе функциональной системы 44
2.4. Математическая модель оценки влияния личностного фактора на уровень риска авиационного происшествия
по причине отказа авиационной техники 46
Выводы по главе 2 51
з
Глава 3. МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ
«САМОЛЕТ - ПОДГОТОВКА К ПОЛЕТУ - ПОЛЕТ» 53
3.1. Выбор метода оценки 53
3.2. Особенности методики организации и проведения экспертного опроса летного и инженерно-технического
состава строевых частей ВВС 54
3.3. Особенности составления экспертной документации
и организации экспертног о опроса 58
3.4. Методика расчета вероятностей парирования
отказов техники летным и техническим составом частей 63
3.5. Согласованность мнений специалистов при оценивании параметров авиационной системы методами экспертного опроса.... 73
3.6. Методика оценки функциональной надежности ,
систем летательного аппарата 80
3.7. Основы статистической проверки данных экспертного
оценивания уровня безопасности полетов по отказам техники 86
Выводы по главе 3 90
Глава 4. РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ САМОЛЕТА ИЗ УСЛОВИЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕГО БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТА И БОЕВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 92
4.1. Содержание программы технической эксплуатации летательного аппарата 92
4.2. Особенности программы технической эксплуатации
военной авиации 94
4.3. Ачгоритм формирования программы технической эксплуатации из условия обеспечения принципа , - - 
равнобезопасности -функциональных -систем.т.ч... .-.-.т- .-95-
I I I I »
г'. У1.
^ Ч — и ^ Ч — и ^ Ч _ ^ ^ X в / ^ Ч
4.4. .Алгоритм формирования программы технической, ",
// Ч / / Ч / ✓ Ч / / Ч / /
Ч ^ % ^ Ч ^ % ^ Ч ^ % ^ % v V ^
эксплуатации авиационной техники из условия обеспечения заданного уровня боеготовности 97
4.5. Алгоритм формирования программы технической
эксплуатации из условия заданного максимально допустимого
* * ч * *
уровня риска .'полета в данных .'УСЛОВИЯХ боерой подготовки1.... 98
“ 4 * " 4 Г “ 4 - % * " 4 " “ 4
Ч Ч * Ч > ч *
I I Г I t і і г і
- '4.6. Исследование влияния основных эксплуатационных ' факторов на уровень риска авиационного происшествия
по отказу авиационной техники 99
4.7. Исследование влияния основных факторных признаков
Г — — — ■* f — — — “» Ґ — — — “» * — — — -* # — —
на потребные трудозатраты для достижения заданного уровня ’
/ * - X*- X*— У*— /* —
- ■* и % |у * - «* ^ ^ ^ V
•риска авиационного происшествие по причине отказа '
/ / V / У Ч / У S / N /
« ч ^ ч ^ ч ^ ч w ч ч - ч^. ч . ч ^
авиационной техники (обратная задача} 110
4.8. Программное обеспечение вычислительного эксперимента 114
Выводы по главе 4 115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 116
' " ч ' ' ' S ' ' " % Г--- ' ' >
I • • I I
ЛИТЕРАТУРА'...к:.- Лл; А 117
У ч * ч V
І / І і I J I I Г
ч ч ч ч
/ чу / ч / / ч / у ч / У
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 .' 7. .'.'128
141
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
ATI . - авиационное происшествие.
4 / v 1 / v / . '
;АТ - - авиационная техника "
4 — * 11 - ^ /
■АТС’ - авиациогіцо-тр&нспорхная система
- БзТІ' - безопасность полётов-
ВВС - военно-воздушные СИЛЫ • • .
ЕРТЭ - единый регламент технической эксплуатации
ИТС - инженерно-технический состав
ЛС - летный состав ,
ЛА - летательный аппарат
ОАТ - отказы авиационной техники
''ПТ'} ”- програм,чіате^нй,ческой эксплуатации
,ТЗ техническая эксплуатация " !
.ФС -.. - функциональны,Є сксте'мы
ЭО - экспертный опрос •
ВВЕДЕНИЕ
На всех этапах мирового развития авиации обеспечение безопасности 'полетов летательных аппаратов-являлось.и остается важнейшей'научной;и'
% ' I'',/"'. 1 Iі I ' ' ' / * 1 і
j і J і * і * f f ^
практической задачей. , .. , ^ ^
Ее решение осуществлялось, прежде всего, через комплекс организа-ционных, профилактических и технических мероприятий.
На всех этапах развития авиационной техники мероприятия по обеспе¬чению безопасности полетов базировались на систематизации фактов, их на-
S / ч ** / ч ” "* / ч N
учном анализе. В последние годы развивается системн-ый подход к исследо- ■
f 1 i I / _ і ** ✓ 1 І ч f ' fcgi *»
1 Iі , / * / , % I I " ' , ** ** »
ванию сложной-проблемы безопасности полети, учитывающий единство- технических, организационных и личностных факторов.
В последние десятилетия развитие авиационной техники характеризу¬ется появлением авиационных комплексов в виде авиационных транспорт¬ных систем, частным видом которых являются боевые авиационные ком¬плексы. •'' •
' ' / 1 / ч I і '
' 1 ' 1 ' ' 1 ч і ' 1
Эффективное решение .проблемы безопасности "полетов при функЦио-/ нировании современных авиационно-транспортных систем требует специ¬альных научных методов анализа. Проблему обеспечения безопасности поле¬тов обостряет все более растущая стоимость авиационной техники. Особен¬ностью эксплуатации летательных аппаратов в нашей стране в последние годы является их .старение и .исчерпывание ресурса. - ,
' / / * > ' ‘ і ] і 1 '
Ва5кным;резервом':в обеспечений безаварийной,летной работы является
I ^ , Ч/Ч
99 і ' І і г '
оптимальное пог минимуму затрат "управление' уровнем риска возникновения авиационного происшествия (катастрофы, аварии), в сложных и непрерывно изменяющихся условиях применения и технической эксплуатации авиацион¬но-транспортной системы.
В последние годы наблюдается явное противоречие между потенци- альными -возможностями развивающихся информационных технологий'и’
' ' / ** ', 1 і ' ', / * ', * * 1 і 7 ' ' /
уровнем теоретического и практического их использования в задачах управ¬ления уровнем риска полета летательных аппаратов на этапе их массовой эксплуатации. Важными проявлениями этого противоречия являются: отсут¬ствие бортовых и наземных микропроцессорных систем диагностики состоя¬ния функциональных систем летательного аппарата, отказ которых в полете с высокой вероятностью ведет к авиационному происшествию, тогда как су¬ществующие математические и технические средства позволяют создать та¬кого рода системы; неиспользование резерва человеческого фактора опера¬торов на земле (инженерно-технический состав) и в полете (летный состав) но выявлению и парированию опасных отказов функциональных систем ле¬тательных аппаратов и прежде всего тех, которые созданы ранее и эксплуа¬тируются сегодня. И это в то время, когда интенсивное развитие получили методы инженерно-психологических исследований, эргономики, математи-ческого моделирования, статистических исследований и др. /* 1585587604 */ Актуальность диссертационной работы определяется необходимо¬стью обеспечения достаточно высокого уровня безопасности полета в изме¬няющихся условиях эксплуатации путем использования современных мате¬матических методов и информационных технологий для управления челове¬ко-машинной подсистемой АТС «самолет - подготовка к полету - полет».
Целью работы является решение научно-технической задачи сниже¬ния риска авиационного происшествия в связи с возможными отказами авиа¬ционной техники за счет разработки новой технологии оперативного управ¬ления уровнем риска полета. /* 1585587604 */
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи.
1. Разработка математической модели подсистемы «самолет - подготовка к
I
полету - полет» с учетом возможностей инженерно-технического состава по выявлению отказов функциональных систем (ФС) и летного состава по их парированию. /* 1585587604 */
2. Разработка методов количественной оценки параметров модели «самолет - подготовка к полету - полет». /* 1585587608 */
3. Разработка методики выделения и ранжирования функциональных'систем
' к ” ' - W ~ If”*' - If ~ 4 - ^ ’ 4
' летательного аппарата, отказ которых существенно влияет на вероятность
у / Ч / / ч у / г / У ЧУ У
ч „ ч ^ ч ^ % ч ^ s ^ ч ^ ч ч
уровня риска АЛ. /* 1585587608 */
4. Разработка алгоритма и технологии автоматизированного формирования оптимальной программы контроля состояния авиационной техники в целях обеспечения минимального уровня риска полета при изменении условий технической эксплуатации и боевого-применения ЛА,- /-* 1585587608 */-' - ;
і і і • і
, 1 _ , 1 _ , 1 _ , 1 _ «* ^ ^ у % . ^ ^ ^ ^ ^
5. Разработка прикладной программы и экспериментальная апробация техно-
Ч Ч
4 у / / / ЧУ / ЧУ У ЧУ
_ ч ^ . ч ^ ч . ч ^ s . ч ^ s . ч
логии формирования оптимальной программы контроля состояния систем ЛА в реальных условиях эксплуатации военной авиации. /* 1585587608 */ Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа и математического моделирования, теории вероятностей и математи¬ческой статистики, инженерно-психологических исследований и экспертного -
I I I I I
I I I I 9
оценивания,,теории обеспечения безопасности полета';.теории надежности
I Г I 9 Г * 9 I /
Ч Ч Ч
сложных технических- системі. /* 1585587608 '*/
Обоснованность научных результатов. Исследование по теме вы¬полнялось с помощью современных математических методов с применением информационных технологий. Полученные результаты проверены с помо¬щью статистических методов и разработанной методики в процессе опытной
' ” Г ~ ч ' ’ ч г--- У ” ч ” ' ’ ч
I I I I I
эксплуатации в авиационных частях../* 1585587608 */.-;' : - -
5 * ч % * * * г 1
I Г I Г І 4 І І ft
' Научную новизну'диссертации представляют-следующие результаты/ выносимые на защиту. /* 1585587608 */
1. Математическая модель подсистемы авиационно-транспортной системы «самолет-подготовка к полету-полет», учитывающая возможности инже¬нерно-технического состава и летчиков по снижению уровня риска авиа-
* “ Г ' “ % ” ' ~ ч ' “ ' ” ч ' ' “ ч
дионного происшествия по причтів отказа авиационной техники. : ■ .
. X I, ч I ш ^ ' т _ / ^ в и ^ в У ^ >
2. Алгоритмы управления уровнем риска авиационного происшествия, свя-занного с возможными отказами авиационной техники при изменении ус¬
ловии применения и технической эксплуатации летательных аппаратов.
3. Результаты решения задач управления уровнем риска АП и оценки влия- ния эксплуатационных фактороЬ на уровень риска АН. /* 1585587612 */
У * — / ‘ - Xі— / 1 -
- V - -*ч v ** - v и к ' - ^ '
ч Пракгическая ценность и реализация работы. Разработана методика
ЧУ / У / У / / / / /
-ь * ч ^ s . Ч ч ^ ^ s в ^ ч и г
оценки уровня риска авиационного происшествия по причине отказа авиаци¬онной техники и минимизации риска путем оптимального распределения за¬данного из условия боевой готовности суммарного времени, выделяемого инженерно-техническому составу на контроль состояния функциональных ; систем, с учетом конкретных условий эксплуатации-самолета-. ’ - ;" ‘
I I t I
' - ' " ' - ' “ ‘ "
На основе разработанной методики управления уровнем риска авиаци-
ч ч ч
/ У У У У Ч У У У У
ч и ч . ч ^ ч . ч ^ % _ ч ^ N . ч ^
онного происшествия по отказам авиационной техники была проведена
опытная эксплуатация временного регламента контроля состояния авиацион¬ной техники в частях, участвующих в боевых действиях, и в частях, эксплуа¬тирующих летательные аппараты в сложных климатогеографических услови- , ях Сибири и Забайкалья. Получены акты о внедрении, по результатам .опыт-
I I I I I
I I # I I
жри эксплуатации-временного регламента. Акты приведены в Приложении 2
кдиСсертации.'/*'15855^7612 */'' '
Апробация работы. Теоретические и практические результаты работы представлялись и обсуждались на 12-ой Байкальской международной конфе-ренции (Иркутск, 2001г., секция «Управление летательными аппаратами и их системами»); 2-ой Всероссийской научно-технической конференции «Теория
г Г ' _ ч Г
I • I I I
^конфликта и, ее [приложения»;(Воронеж, Воронежская государственная тех-
I х і ч * ч v ч %
I > I I I I I I (
' пологическая'академия, 2002г.);' Всероссийской конференции. «Информаци¬онные технологии в энергетике, экономике, экологии» (Иркутск, Институт Систем Энергетики им. Л.А.Мелентьева СО РАН, 2002г.); ежегодных науч¬но-технических конференциях 4-ой ВА (2000, 2001гг.); 12-ой научно- технической конференции ИВАИИ (Иркутск, 2001 г.).
Работа по теме была выполнена в рамках двух научно- исследовательских работ: «Исследование функциональной надежности ос¬новных систем самолета» (шифр «Безопасность-И»); «Разработка путей со¬вершенствования системы эргономического обеспечения создания, испыта¬ний и эксплуатации вооружения и военной техники нового поколения в ус¬ловиях реформирования ВС РФ» (шифр «Эргономика-МО»), /* 1585587616 */ Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ и 3 отчета О НИР. /* 1585587616 */
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четы¬рех глав, заключения, списка литературы из 126 наименований и приложе¬ния. Основной текст диссертации изложен на 142 страницах машинописного текста.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разработана математическая модель подсистемы АТС «самолет- подготовка к полету-полет», включающая возможности специалистов И АС выявить - отказ ‘ФС - в' -процессе' подготовки - самолета к подету ц-'
' 1 / / 1 | ' I | / 1
9 1 * 1 / - ^ ш ш. * Г « Ч ; ^ ^ ^ 1 • Г
возможности1 летчика парировать ' опасность- ’ отказа ФС в цолете,
' . ' ' . ' і . ^ ' і . . . ' . ' ' . ' / v ^ '
Сформирована целевая функция подсистемы для реализации алгоритма управления уровнем риска АП по причине отказа АТ. /* 1585588111 */
2. Разработана методика оценки функциональной надежности функциональных систем, отказы которых существенно влияют на уровень
. риска АП. с учетом особенностей -работы летчика,, имеющего дело с -
, / • 1 ; , f ' і f ' ' і
-отказом ФС;в Целом и работы ИТС, контролирующего, состояние- каждого.
' і І і ^ ^ 9 * > /
t I 1 Г 1 ' If'
- ' -элемента ФС (агрегата, узла) в отдельности' /*' 1555588111 */' '''
3. Разработана методика получения количественных значений вероятностей выявления отказов ФС силами ИТС и парирования этих отказов летчиком в полете с использованием известных методов теории экспертного оценивания и с учетом особенностей решаемой задачи. /* 1585588111 */
4. Составлены алгоритмы формирования Оптимальных программ контроля
1 Iі I ' ' ' / ' ' , 1 ' 1 • * •
состояния' ФС» .обеспечивающих минимальный' уровень риска АП для- каждого изменения условий применения и условий 13 самолета.
5. С помощью предложенных алгоритмов проведено исследование влияния эксплуатационных факторов на уровень риска АП и оптимальную программу контроля состояния ФС. Полученные результаты позволяют
'.оценить степені» влияния располагаемого.времени на контроль!состояния ;
км" * і { ч ' і * і / ^ 1 • ч ;
/ % / / N ' Ч /
/ -* | 4 / ^ I ,1 , У S / у ^1 f
-ФС, погодных условий при подготовке АТ к полету/ а также опы та и.' квалификации ИТС и летного состава на уровень риска АП по причине отказа АТ и сформировать структуру оптимальной программы контроля ФС.
6. Разработана временная методика управления уровнем риска АП по отказам-АТ; которая прошла'Опытную эксплуатацию в частях ВВС,- /" - -
' 4 / 1 / і » ’ і , ч і ' ’
ЛИТЕРАТУРА
I. Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимостей. «Металлургия», М., 1968. ■/* 1585588,1-20, */ ' > ,- *. .' '' - -' -
і . ' - 1 , , ' 1 і ’ ,
! v-'a ' ' ' ' ’ ■ - !
-,2.'Анализ летных происшествии и /предпосылок- к'- летиым
, X ✓ ' / х ✓ 4 ' / 4 '
происшествиям в авиации ПВО, М., Войска ПВО’ 1966-1989."
3. Азгальдов Г.Г. Теория и практика оценки качества товаров, М., Экономика и статистика, 1982. /* 1585588120 */
4. Азгальдов Г.Г., Вартазаров И.С., Хвостунов P.M., Расчет
численности экспертов в зависимости от имеющихся сведений. о
УчУч/Хч///л'Ч/ ' ' ' ' /
’ / 1 / , і' 4 I ’ , _ і * X * К
распределении' экспертных^-: оценок.,! Депонированная [рукопись «Йнфорэлектро»,-рег-. '№-Д~8-15'. -/* 1585588120 */'
5. Барилович Е.Ф., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию. М., Транспорт. 1981. /* 1585588120 */