CC BY
36МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ВООРУЖЕНИЯ И ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ НА ЭТАПАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ И КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА
Мищенко Владимир Ильич,
д.т.н., профессор кафедры материально-технического обеспечения Военной академии войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М.Василевского,
Дупенков Андрей Юрьевич,
адъюнкт Военной академии войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М.Василевского
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается моделирование процесса функционирования радиоэлектронных средств вооружения и военной техники, являющихся сложными техническими системами, на этапах эксплуатации и капитального ремонта. Выделен показатель, определяющий их эффективность, рассчитываемый на основе модели процесса эксплуатации сложных технических систем. Проведен анализ существующих математических моделей процесса эксплуатации сложных технических систем, указаны их достоинства и недостатки. Обоснована необходимость разработки математической модели процесса функционирования радиоэлектронных средств вооружения и военной техники как сложной технической системы на этапах эксплуатации и капитального ремонта, которая позволяет учесть восстановление исправности и работоспособности сложной технической системы в результате проведения как технического обслуживания и текущего ремонта, так и плановых видов ремонта. Эта модель описывается полумарковским процессом, который задается в виде графа состояний процесса с исходным работоспособным состоянием, матрицей вероятностей переходов и матрицей условных законов распределения пребывания в состояниях. Описан процесс восстановления исправности и работоспособности сложной технической системы в процессе технического обслуживания, текущего и плановых видов ремонта (среднего и капитального ремонтов). В частности, описана степень восстановления избыточности в результате проведения технического обслуживания, текущего и плановых видов ремонта. Предложена полумарковская модель, позволяющая учесть восстановление сложной технической системы в процессе не только технического обслуживания и текущего ремонта, но и при проведении плановых видов ремонта. Это позволяет комплексно обосновать периодичность и объем восстановительных работ сложных технических систем.
Ключевые слова: сложная техническая система, функционирование, восстановление, объект контроля, модель.
Для цитирования: Мищенко В.И., Дупенков А.Ю. Модель процесса функционирования радиоэлектронных средств вооружения и военной техники на этапах эксплуатации и капитального ремонта // I-methods. 2017. Т. 9. №. 4. С. 26-31.
26
-МСТИЮОБ. 4-201:
ТБСИМОЮвУ ДШ СОММиКПСДТЮМ
Рис. 1. Граф состояний процесса эксплуатации СТС
Е - ОК работоспособен;
Е2 - ОК отказал или неисправен до начала проверки;
Е(Е) - ОК проверяется при условии, что он к началу проведения проверки работоспособен (исправен) или отказал (неисправен);
Е5 - ОК проходит расширенный контроль в случае ложной регистрации неисправности (отказа);
Е6 - ОК функционирует с неисправностью до очередной проверки (при имеющейся заданной полноте контроля данный отказ СТС не обнаруживается, самостоятельно не проявляется и приводит к снижению эффективности функционирования ОК);
Е7 - ОК проходит расширенный контроль, подтверждающий наличие неисправности (отказа) и восстанавливается.
Современные радиоэлектронные средства (РЭС) образцов вооружения и военной техники (ВВТ), в том числе оборудование полевых лабораторий измерительной техники, представляют собой сложные технические системы (СТС). Очевидно, что одной из основных их характеристик является эффективность. Традиционно в качестве такой характеристики используется один из комплексных показателей надежности. При этом в силу достаточно большого количества серийно производимых образцов ВВТ для оценки этой характеристики использовалась и продолжает использоваться вероятность застать образец ВВТ в работоспособном состоянии в произвольный момент времени. Эта вероятность в ГОСТ 27.002-2015 определена как коэффициент готовности.
Расчет этой вероятности основывается на той или иной модели процесса эксплуатации. При этом уровень сложности модели определяется не только перечнем учитываемых факторов, но и соответствующим уровнем сложности самой технической системы, наличием в последней разнородных подсистем и элементов.
Сложные технические системы обладают некоторым уровнем избыточности, позволяющим накапливать соот-
ветствующее этому уровню количество отказов элементов, не приводящих к отказу системы в целом. Эти отказы относительно системы, очевидно, являются неисправностями. Для восстановления этой избыточности на СТС проводится техническое обслуживание и ремонт, в рамках которых осуществляются контроль технического состояния (КТС). По результатам КТС определяются объем и сроки проведения технического обслуживания и ремонта. В рамках плановых ремонтов в качестве такого контроля осуществляется дефектация элементов, узлов, подсистем и образца в целом. Таким образом, поддерживается готовность системы к применению. В рамках технического обслуживания, большую часть которого занимают проверки и регулировки, при необходимости может проводиться текущий ремонт. Текущий ремонт восстанавливает ресурс элемента. Для современных СТС это восстановление заключается в замене отказавшего элемента. Плановые виды ремонта восстанавливают ресурс подсистемы (агрегата) или системы в целом. Такое восстановление заключается в замене всех дефектных элементов всех подсистем. Таким образом, возникает необходимость разработки модели, позволяющей описать процесс функционирования СТС и
1-К'ТТ1Ю[)8. 4-2 (
27
\Л/ =
0 Ра 1-Ра 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0
1-Г 0 0 0 Т7 0 0
0 0 0 0 0 1-В в
1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0
Рис. 2. Матрица переходов вложенной марковской цепи
Здесь:
Ра - вероятность возникновения отказа в аппаратуре ОК; Рк - вероятность возникновения отказа в аппаратуре контроля; д> - вероятность обнаружения отказа в ОК; F - вероятность ложной регистрации отказа в ОК.
учесть восстановление СТС в процессе текущего и плановых ремонтов для комплексного обоснования параметров системы эксплуатации СТС.
Анализ математических моделей процесса функционирования СТС показал, что существующие модели имеют ряд ограничений в их использовании [1,2,4,8,14]. При моделировании метрологического обеспечения эксплуатации ВВТ ограничиваются учетом ошибок контроля, но не учитывается зависимость этих ошибок от безотказности средств измерений [3]. Вместе с тем, достаточно полно описывающей процесс функционирования СТС является полумарковская модель, предложенная профессором В.И.Мищенко [7]. Единственным ограничением в использовании данной модели для комплексного обоснования параметров эксплуатации СТС является то, что она учитывает восстановление элемента СТС только при проведении текущего ремонта. Восстановление работоспособности (исправности) при проведении плановых ремонтов не учитывается. С учетом этого целесообразно расширение возможностей этой модели для комплексного описания процесса функционирования СТС.
Полумарковский процесс считается заданным, если представлен граф состояний процесса, матрица вероятностей переходов и матрица F(t) условных законов распределения пребывания в состояниях.
Размеченный граф процесса функционирования СТС включает семь состояний. Он представлен на рисунке 1. Матрица вероятностей переходов Ж представлена на рисунке 2.
СТС, ее подсистемы и элементы представляют собой некий объект контроля (ОК). ОК может находиться в трех состояниях: исправности, работоспособности и состоянии отказа. В состоянии исправности все технические параме-
28
тры ОК находятся в поле допуска. В работоспособном состоянии все параметры, отвечающие за выполнение основных функций ОК, находятся в поле допуска, в противном случае ОК находится в состоянии отказа.
Процесс восстановления СТС представляет собой замену отказавших элементов. Если заменяется один или несколько элементов, отвечающих за выход из поля допуска некоторого технического параметра, то такая замена соответствует текущему ремонту. Этот ремонт проводится в рамках технического обслуживания. Если заменяется подсистема (агрегат), то при этом заменяются все ее дефектные элементы и такая замена соответствует среднему ремонту. Если заменяются дефектные элементы всей СТС, то такая замена соответствует капитальному ремонту. Таким образом можно считать, что при наличии отказавших элементов (или выходе за поле допуска хотя бы одного из технических параметров) и при техническом обслуживании, и при среднем ремонте, и при капитальном ремонте происходит восстановление хотя бы одного или некоторой совокупности элементов. И каждое такое восстановление осуществляется со своей периодичностью.
Перейдем к получению элементов матрицы F(t).
Введем:
ТВ - периодичность восстановления работоспособности (исправности) в результате текущего ремонта (в т.ч. технического обслуживания) и плановых видов ремонта (среднего и капитального);
тВ - продолжительность восстановления работоспособности (исправности) в результате текущего и плановых видов ремонта (среднего и капитального);
тоб - продолжительность обслуживания.
При расчетах необходимо учитывать тот факт, что надежность СТС зависит от интенсивности его эксплуата-
-МТПЮОБ, 4-2017
ции. Учет этого фактора производится с помощью коэффициента интенсивности эксплуатации К и параметра потока отказов ОК юа и аппаратуры контроля (АК) юк в этом случае рассчитывается по формуле
где к=-
Т „ + Т вкл
Здесь Твкл - среднее время работы ОК и АК под током в течение заданного периода эксплуатации;
Т выкл - среднее время пребывания в обесточенном состоянии (отождествляемом с режимом хранения) в течение того же периода эксплуатации.
Тогда с учетом специфики функционирования СТС получим:
F =
0, t < 0 1 -exp(-at)
10, t < T 0<t<T ; F (t) = -| В• * 13 w 11, t > T ;
F24 =
1 -exp(-a TJ 1, t > 0 0, t < 0 exp (-®TB ))exp (-Ю t ) -1 1 -exp (-&TB ) 1, t > 0
0 <t<T ( );
F (t ) = F, (t ) = F, (t )= F (t ) =
0, t < 1, t > T
^ [0, t < T. Î0, t < TB /N Î0, t <т
F"{t )={l, t* T.; (t )=|i, t, T ; F»(t H, t ^
Соответствующие вероятности запишутся в виде
Pc =-
9 -104 • P •100'1(Gc ( fc )+Gp ( f ))
(4n)2 • DH • fC
Итоговая формула для коэффициента готовности СТС примет вид
9 • 104 • P* • И* (* ^(Л ))
Рп =-
(4п )2 •( ^ )2 • /с2
Здесь - вероятность застать ОК исправным в любой произвольный момент времени, которая соответствует коэффициенту готовности СТС и является функцией основ-
ных параметров системы эксплуатации.
Таким образом, предложенная модель позволяет учесть восстановление СТС в процессе не только технического обслуживания и текущего ремонта, но и при проведении плановых видов ремонта. Что позволяет комплексно обосновать периодичность и объем восстановительных работ СТС.
Литература:
1. Барзилович Е.Ю., Беляев Ю.К., Каштанов В.А. и др. Вопросы математической теории надежности. М.: Радио и связь, 1983. 376 с.
2. Волков Л.И. Управление эксплуатацией летательных аппаратов М.: Высшая школа, 1981. 368 с.
3. Воробьев В.Г., Глухов В.В., Козлов Ю.В. и др. Диагностирование и прогнозирование технического состояния авиационного оборудования / Под ред. И.М. Синдеева. М.: Транспорт, 1984. 191 с.
4. Дедков В.К., Северцев НА. Основные вопросы эксплуатации сложных систем. М.: Высш. школа,1976. 406с.
5. Королюк В.С., Турбин А.Ф. Фазовое укрупнение сложных систем. К.: Вища школа, 1978. 112 с.
6. Методика функционального диагностирования объектов, представленных линейными обыкновенными дифференциальными или разностными уравнениями, с помощью введения избыточных переменных / Филиал ВНИИНМАШ. Г., 1977. 33 с.
7. Мищенко В.И.Проблематика эксплуатации сложных технических систем. СПб.: Политехника-сервис, 2016. 172 с.
8. Мищенко В.И. Эволюция моделей процесса эксплуатации вооружения и военной техники. Вестник академии военных наук. №4. 2003.144 с.
9. Надежность и эффективность в технике: Справочник в 10 т. / Ред. совет: В.С. Авдуевский (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1986. Т. 1. 224 с.
10. Нечаев Д.Ю., Чекмарев Ю.В. Надежность информационных систем. М.: ДМК Пресс, 2012. 64 с.
11. Проектированиевнешних средствавтоматизированного контроля радиоэлектронного оборудования / Под ред. Н. Н. Пономарева. М.: Радио и связь, 1984. 296 с.
12. Резиновский А.Я. Испытания на надежность радиоэлектронных комплексов. М: Радио и связь, 1985. 168 с.
13. Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. 2-е изд. М.: Транспорт, 1987. 196с.
14. Сычев Е.И.Метрологическое обеспечение радиоэлектронной аппаратуры. М.: РИЦ «Татьянин день», 1994. 277 с.
15. Холл А. Д. Опыт методологии для системотехники. М.: Сов. радио, 1975. 311 с.
T
I-K'TTIIODS. 4-20
29
MODEL OF THE PROCESS OF FUNCTIONING OF RADIO ELECTRONIC ARMAMENTS AND MILITARY EQUIPMENT AT STAGES OF OPERATION AND DEPOT OVERHAUL
Vladimir I. Mishtchenko,
Smolensk, Russia, [email protected]
Andrey Y. Dupenkov,
Smolensk, Russia, [email protected]
ABSTRACT
The article deals with the simulation of the process of the functioning of radio electronic weapons and military equipment, which are complex technical systems, during operation and depot overhauls. The indicator defining their efficiency, calculated on the basis of the operation model of complex technical systems, is singled out. The analysis of existing mathematical models of the operation of complex technical systems is carried out, their advantages and disadvantages are indicated. The necessity of developing a mathematical model of the process of functioning of radioelectronic weapons and military equipment as a complex technical system at the operational and depot overhauls stages is substantiated. It allows to take into account the restoration of the serviceability and operability of a complex technical system as a result of both maintenance and current repairs and planned types of repairs. This model is described by a semi-Markov process, which is specified as a state graph of the process with the initial operable state, the transition probability matrix, and the matrix of conditional distribution laws of states in states. The process of restoration of serviceability and efficiency of a complex technical system in the process of maintenance, current and planned types of repairs (medium repairs and depot overhauls) is described. In particular, the degree of redundancy restoration as a result of maintenance, current and planned repairs is described. A semi-Markov model is proposed that allows to take into account the recovering of a complex technical system in the process of not only maintenance and current repair, but also during scheduled repairs. This makes it possible to justify comprehensively the periodicity and volume of recovering works of complex technical systems.
Keywords: complex technical system; recovery; object of control; functioning; model.
References
1. Volkov L.I. Upravlenie expluataciey letatelnih apparatov. [Management of the operation of aircraft]. Moscow: Higher School, 1981. 368 p. (In Russian)
2. Sichev E.I. Metrologicheskoeobespechenieradioelektronnoyapparaturi. [Metrological support of radio electronic equipment]. Moscow: RIC "Tatyanin Day", 1994. 277 p. (In Russian)
3. Mishchenko V.I. Evolyutsiya modeley protsessa ekspluatatsii vooruzheniya i voennoy tekhniki. [Evolution of models of the process of the exploitation of weapons and military equipment]. Article. Moscow: Bulletin of the Academy of Military Sciences. No. 4. 2003.144 p. (In Russian)
4. Mishchenko V.I. Problematika ekspluatatsii slozhnykh tekhnicheskikh sistem. [The problem of operation of complex technical systems]. Saint-Petersburg: Politechnica-service, 2016. 172 p. (In Russian)
5. Smirnov N. N., Itskovich A. A. Obsluzhivaniye i remont aviatsionnoy tekhniki po sostoyaniyu. [Maintenance and repair of aviation equipment as of]. 2-nd ed. Moscow: Transport. 1987. 196p. (In Russian)
6. Rezinovskiy A.YA. Ispytaniya na nadezhnost' radioelektronnykh kompleksov. [Tests on the reliability of radio-electronic complexes]. Moscow: Radio and Communication. 1985. 168 p. (In Russian)
7. Ponomareva N. N. Proyektirovaniye vneshnikh sredstv avtomatizirovannogo kontrolya radioelektronnogo oborudovaniya. [Design of external means of automated control of radio electronic equipment]. Moscow: Radio and Communication, 1984. 296p. (In Russian)
8. Barzilovich E. Yu., Belyaev Yu., Kashtanov V. A., and other. Voprosy matematicheskoy teorii nadezhnosti. [Questions of the mathematical theory of reliability]. Moscow: Radio and Communication, 1983. 376p. (In Russian)
9. Dedkov V K., Severtsev N.A. Osnovnyye voprosy ekspluatatsii slozhnykh sistem. [The basic operation of complex systems]. Moscow: Higher School, 1976. 406p. (In Russian)
10. Korolyuk V S., Turbin A. F. Fazovoye ukrupneniye slozhnykh sistem. [Phase consolidation of complex systems]. Moscow:
30
-METHODS, 4-201:
Higher School, 1978. 112 p. (In Russian)
11. Avduevskii V. S. Nadezhnost'i effektivnost'v tekhnike. [Reliability and efficiency in engineering]. Guide in 10 volumes / Ed. tip: (pred.) etc. Moscow: Mechanical Engineering, 1986. Vol. 1. 224 p. (In Russian)
12. Vorobjev V. G., Glukhov V. V., Kozlov Yu. V, etc. Diagnostirovaniye i prognozirovaniye tekhnicheskogo sostoyaniya aviatsionnogo oborudovaniya. [Diagnosis and prediction of technical condition of aviation equipment]. Moscow: Transport, 1984. 191p. (In Russian)
13. Nechayev D.YU., Chekmarev YU.V. Nadezhnost'informatsionnykh system[Nechaev D.Yu., Chekmarev Yu.V. Reliability of information systems]. Moscow: DMK Press, 2012. 64 p. (In Russian)
14. Metodika funktsional'nogo diagnostirovaniya ob"yektov, predstavlennykh lineynymi obyknovennymi differentsial'nymi ili raznostnymi uravneniyami, s pomoshch'yu vvedeniya izbytochnykh peremennykh. [The method of functional diagnosis of objects represented by linear ordinary differential or difference equations, by introducing redundant variables]. Gorky: Branch of VNIINMASH, 1977. 33 p. (In Russian)
15. Hall A. D. Opytmetodologii dlyasistemotekhniki. [Experience methodology for systems engineering]. Moscow: Sov. Radio, 1975. 311 p. (In Russian)
Information about authors:
Mishtchenko V.I., PhD, Professor of the Military Academy named after A.M.Vasilevskiy; Dupenkov A.Y., postgraduate of the Military academy named after A.M.Vasilevskiy.
For citation: Mishtchenko VI., Dupenkov A.Y. Model of the process of functioning of radio electronic armaments and military equipment at stages of operation and depot overhaul. I-methods. 2017. Vol. 9. No. 4. Pp. 26-31. (In Russian)
I-METI IODS, 4-20
31
