Планирование системы технического обслуживания Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Описанная в статье СЭП КА со стабилизатором напряжения вольтодобавочного типа позволяет значительно снизить запас на деградацию СБ по оптимальному напряжению, что является определяющим фактором при проектировании СЭП КА с бортовым напряжением 100 В и более.

Библиографический список

1. Гордеев, К. Г. Критерии выбора схемы стабилизации напряжения солнечных батарей для систем электроснабжения космических аппаратов / К. Г. Гордеев, Ю. А. Ши-няков, А. И. Чернышев // Электронные и электромеханические системы и устройства: тез. докл. XVII науч.-техн. конф. Томск : ФГУП НПЦ ПОЛЮС, 2006. С. 6-8.

2. Куцаров, С. Повышающие преобразователи постоянного напряжения в постоянное / С. Куцаров [Электронный ресурс] / электрон. дан. Режим доступа: http://radioradar.net/ hand_book/documentation/preobraz.html. Загл. с экрана.

3. Лесных, А. Н. Автоматизированная система научных исследований для синтеза систем электропитания космических аппаратов / А. Н. Лесных, В. А. Сарычев // Вестник Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Ре-шетнева / под ред. проф. Г. П. Белякова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Вып.7. Красноярск, 2005. с. 48-53.

4. Поляков, С. А. Выбор режима работы солнечных батарей систем электропитания космических аппаратов/ С. А. Поляков // Электронные и электромеханические системы и устройства: тез. докл. XVII науч.-техн. конф. Томск : ФГУП НПЦ ПОЛЮС, 2006. С. 8-11.

A. N. Lesnykh, V. A. Sarychev

THE RESEARCH OF HIGH-VOLTAGE POWER SUPPLY SYSTEMS FOR SPACECRAFTS WITH BOOST CONVERTER

It is considered the problem of design of the high-voltage power supply systems for spacecrafts. It is proposed to use power supply system with boost converter that allows reducing degradation reserve ofsolar battery voltage. The proposed system was researched and the main system shortcomings were found and the ways of its elimination were set.

ХЦК 630.36

E. H. Окладникова, E. В. Сугак ПЛАНИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Рассматривается определение параметров системы технического обслуживания в зависимости от вида и назначения объекта, основной принцип назначения сроков технического обслуживания, решение задач оптимизации системы технического обслуживания по графу состояний технического объекта, использование экономикоматематических критериев для определения продолжительности работы объекта между отказами.

Эксплуатация или использование по назначению -самый длительный и ответственный период в жизненном цикле любого технического объекта, в течение которого он испытывает нагрузки различного вида и находится под воздействием внешних условий. В процессе эксплуатации проверяются технологии, методы и приемы, использовавшиеся на всех предыдущих этапах, выявляются их недостатки, проявляются скрытые дефекты конструкционных материалов, погрешности изготовления, сборки и монтажа.

Эксплуатация технической системы - непрерывный процесс, требующий планового и регулярного контроля и воздействия на объект в целом или на его составляющие и элементы, что должно обеспечивать его рабочее состояние и высокий уровень эксплуатационной надежности, который может быть обеспечен при решении двух основных задач: обеспечение нормальных режимов работы элементов и объекта в целом; прогнозирование индивидуального ресурса и назначение оптимальных регламентов эксплуатации. Решение первой задачи предусматривает разработку специальных мер, обеспечивающих снижение предельных режимов нагружения, изно-

са и старения, уменьшение динамических нагрузок. Решение второй задачи включает выбор оптимальной системы обслуживания, разработку системы контроля, диагностики, сбора и обработки информации о качестве функционирования, принятие оптимальных с точки зрения технико-экономических критериев различных этапов эксплуатации, повышение качества восстановления.

При планировании и оптимизации системы технического обслуживания и ремонта исходная информация может быть задана в виде функции вероятности безотказной работы Р(г) или отказа Q(t), плотности распределения наработки на отказ /(г) или интенсивности отказов 1(г).

В зависимости от вида и назначения объекта и вида отказов для определения параметров системы технического обслуживания используются различные методы. При рассмотрении объектов, у которых возможны только явные отказы, проводится полное восстановление работоспособности. Если в предшествующем периоде отказов не было, то обслуживание проводится через интервал времени или наработки т (рис. 1). Если до момента обслуживания был отказ, после которого работоспособ-

ность была восстановлена, то график технического обслуживания перестраивается.

J P (t )dt

объекта между плановыми техническими обслуживани-ями при явных отказах.

Если у объекта возможны только неявные отказы, то при прочих равных условиях в выражении (1) в суммарных затратах необходимо учесть дополнительные потери от скрытого отказа

т

С (т) = С1 р (г < т)+С2р (г > т) + с31г/(т-г)dt =С1 [1 -

Рис. 1. Изменение интенсивности отказов при техническом обслуживании: о - техническое обслуживание; х - отказ

Считается, что проведение технического обслуживания снижает интенсивность отказов X(t) до начального значения и тем самым повышает безотказность системы. В этом случае техническое обслуживание эффективно только при возрастающей по времени интенсивности отказов X(t), связанных с износом, старением или накоплением повреждений элементов. При 1= const техническое обслуживание невыгодно и нецелесообразно, а при убывающей функции X(t) техническое обслуживание даже может снижать безотказность [1].

В качестве критерия для расчета периодичности технического обслуживания может приниматься минимум средних удельных (на единицу времени) суммарных потерь от отказов и планового технического обслуживания в течение периода между восстановлениями [2]:

С(т) = Cp(t < т) + Cp(t > т), (1)

где С1 - средняя стоимость затрат, связанных с отказом и последующим восстановлением отказавшего объекта; С2 - средняя стоимость затрат, связанных с проведением планового технического обслуживания.

Если известна функция вероятности безотказной работы P(t) или вероятности отказа Q(t) = 1 - P(t), то формулу (1) можно записать в виде

С(т) = CQ(t) + C2[1 - Q(t)] = Cj[1 - Р(т)] + C2P(t). (2) Очевидно, время работы между восстановлениями t = min{t, т}. Следовательно, математическое ожидание времени работы будет равно

т т

M (tp )= Jtf (t )dt + тР (т) = JP (t )dt. (3)

0 0

Тогда средние удельные затраты можно выразить формулой

(т)= с^= g [1- Р(т)]+с2 Р (т). (4)

I-Р (т)] + С2 Р (т)+с J[1 - Р (t )] dt =

= Cl + (C2 - Ci)P(t) + с

;-J P (t )dt

(6)

где c3 - средние удельные (в единицу времени) затраты.

Средние удельные затраты за время т равны

с(т) = ^ +(C2 -Ci)P(t) + с

:-J P (t )dt

(7)

Приравняв к нулю производную выражения (7) по т получим уравнение

т

- JP(t)dt

P OO + xf (т)-

C - C

^1 2

т-

C1

C - C

^1 ^2

(8)

при решении которого можно определить оптимальную периодичность технического обслуживания.

В отличие от предыдущего случая при неявных отказах объекта проведение технического обслуживания эффективно даже при постоянной интенсивности отказов, так как при этом сокращается время, в течение которого объект неработоспособен.

При оптимальном планировании индивидуального ресурса основной принцип назначения срока следующего технического обслуживания г может быть записан в виде

Q(í*+Тк) = Q*, (9)

где Хк = 1к+— гк - назначенный остаточный ресурс, Q* - предельно допустимое значение вероятности отказа.

Обычно при назначении периодичности технического обслуживания интервалы времени тк уменьшаются по мере накопления повреждений в основных элементах объекта, хотя общий уровень надежности возрастает (рис. 2).

Для определения значения времени или наработки т, при которых средние удельные затраты с(т) будут минимальными, необходимо производную функции (4) приравнять к нулю. После этого можно получить следующее выражение:

Р(т)+Цт)тР(г)Л = . (5)

0 С1 С 2 При известных функциях Р(г) и Х(г) уравнение (5) позволяет найти оптимальную продолжительность работы

Рис. 2. Изменение вероятности отказа при техническом обслуживании

Наряду с критерием предельно допустимой вероятности отказа для определения продолжительности работы объекта между очередными техническими обслужи-ваниями используются также экономико-математические критерии. При этом требования надежности выполняют роль ограничений [1].

Например, для оптимизации технического обслуживания можно использовать целевую функцию /(г), равную математическому ожиданию вклада объекта в произведенную продукцию или полезный экономический эффект при ее эксплуатации на отрезке (гк, г):

/(г) = П(г) - С - Е(г), (10)

где П(г) - разность между стоимостью произведенной продукции и ее себестоимостью (т. е. чистая прибыль); С - стоимость изделия; Е(г) - сумма прямых и косвенных потерь из-за достижения объектом предельного состояния.

Для выбора оптимального момента проведения следующего технического обслуживания должно выполняться условие

1 ( + тк) птах. (11)

1к

По мере накопления повреждений и снижения эффективности назначенный остаточный ресурс уменьшается (рис. 3). При некотором значении эксплуатация дол-

жна быть прекращена из-за нарушения ограничения на вероятность отказа Q(г) < Q*.

при техническом обслуживании

Оптимальную продолжительность работы между техническими обслуживаниями можно также оценивать с помощью безразмерного критерия е:

е = ^ [1п 1 ( +тк)] • (12)

Эксплуатация объекта прекращается, когда значение параметра е становится предельным.

Решение задач оптимизации системы технического обслуживания включает, как правило, построение графа состояний, составление модели надежности и определение характеристик системы технического обслуживания. При этом обычно рассматриваются установившиеся режимы и, соответственно, стационарные модели надежности и финальные значения вероятностей нахождения объекта в каждом из возможных состояний. Определение оптимальных параметров системы технического обслуживания обычно заключается в выборе таких параметров, удовлетворяющих предъявляемым требованиям, при которых возможные потери (ущерб) и затраты на техническое обслуживание минимальны.

В период нормальной эксплуатации интенсивность отказов примерно постоянна и условие стационарности соблюдается по определению [1]. В период же приработ-

ки для того, чтобы отличия индивидуальных законов распределения наработок элементов мало влияли на форму потока отказов системы в целом, необходимо выполнение соотношения [1]

М/т(г) > 10(Х0/ X - 1), (13)

где N - число элементов в системе; т(г) - математическое ожидание числа отказов или неисправностей на рассматриваемом отрезке времени; Х0 и X - интенсивности (параметры потоков) отказов или неисправностей в начальный момент времени и установившееся значение, соответственно.

Для проверки гипотезы о стационарности потока отказов или неисправностей можно также использовать стандартные процедуры проверки статистических гипотез, однако при интенсивности отказов или неисправностей менее 10-3-10-4 ч-1 наличие периода приработки практически не вызывает отклонений потока отказов от простейшего [1].

Например, в модели резервированного объекта с периодическим контролем технического состояния количество состояний равно шести и, соответственно, возможны переходы восьми видов (рис. 4) [3]. Если для периодического контроля объекты выводятся из работоспособного состояния, т. е. отключаются, то работоспособными являются только состояния 1 и 3 (готовности к работе двух и одного объекта) и поэтому основным показателем надежности можно считать суммарную вероятность Р = Р1+Р3. Если же контроль осуществляется без отключения, то работоспособными являются состояния 1, 2, 3 и 4 и основным показателем надежности является суммарная вероятность этих состояний Р = Р1 + Р2+Р3+Р4.

Рис. 4. Граф состояний резервированного объекта с периодическим контролем технического состояния:

1- работоспособное состояние (готовность к работе) основного и резервного объектов; 2 - периодический контроль при двух работоспособных объектах;

3 - работоспособное состояние (готовность к работе) одного из объектов; 4 - периодический контроль при одном работоспособным объектом; 5 - скрытый отказ второго объекта; 6 - периодический контроль при двух отказавших объектах

Интенсивность отказов X, периодичность контроля t, среднее время контроля т и устранения отказов (ремонта) т и, соответственно, интенсивности переходов

X12 = l/t, X13 = 2X, X21 = 1/т , X35 = X и X42 = X62 = 1/(т + т )

12 к’ 13 ’ 21 к’ 35 42 62 v к р'

могут быть получены по результатам экспериментальных исследований (испытаний) или задаются регламентом. Для нахождения интенсивностей переходов Х34 и Х56 можно воспользоваться свойствами марковских процессов с непрерывным временем [4].

ґ'-|2Х+7

X« -

+ 1

1

-. (14)

(1 + 2К )

1

\-1

2Х + -

ґ

V

2 1 + 2Хґ„

(15)

Система дифференциальных уравнений для ориентированного графа состояний (рис. 4) имеет вид

" dP1 (

йґ йР2 (

йґ

йґ йРА (

йґ йРъ (

йґ йр6 (

йґ

--(Х12 +Х13 )р1 ()+Х21Р2 ();

- X Р ()-КР* ()+^42 Р4 ()+х62 Р6 (); -Х13Р ()-(Хз4 +Хз5 )Рз ();

-Х34Рз О-Х42Р4 ();

-X Рз ()-Х56 Р5 ();

-X*Р5 ()-Хб2Рб ().

(16)

Хз4Рз -X42Р4 - 0; Хз5 Рз -X5бР5 - 0; X,Р -X«Р - 0.

(19)

ле без отключения Р1-4 = Р1 + Р2 + Р3 + Р4:

1 + -

X,

Р,з -■

Хз4 + Хз5

Х12 +Х1: Х„

Хз4 + Хз5

Хз

X.

Хз

X,

. (20)

Р-4 - 1 -

^ + — I 1 + -

X. X62

X34 + X35

1 +

^2 + X13

X-,

X з4 + X35

1 + X3L + X25 | ^5

^42 X56 X 62

-. (21)

Некоторые результаты расчетов представлены на рис. 5 [1].

Систему (16) необходимо дополнить нормирующим условием

Р^О + Р2(0 + Р3(г)+РДО + Р5(г)+Р£) = 1 (17) и начальными условиями, например

Л(0) = 1, Р2(0) = Р3(0) = Р4(0) = Р5(0) = 0. (18)

Численный анализ системы дифференциальных уравнений (16) показывает, что при

1 < 10-5ч1 переходные процессы в модели практически отсутствуют и при ее анализе можно перейти к системе алгебраических уравнений, составленных для установившегося режима и, соответственно, финальных вероятностей состояний [1]:

(Х12 +Х13 )Р +Х21Р2 =0;

Х12 Р1 - Х21Р2 + Х42Р4 + Х62Р6 = 0;

Х13Р -((34 +Хз5 )Рз = 0;

Из решения системы уравнений (19) с учетом нормирующего условия (17) можно получить выражения для вероятности работоспособных состояний для двух случаев - при контроле с отключением Р = Р1+Р3 и контро-

Рис. 5. Зависимость вероятности готовности резервированного объекта от периодичности контроля (Х = 10-4 ч-1)

Из анализа полученных зависимостей можно сделать следующие выводы:

- наибольшее влияние на вероятность Р13 оказывают интенсивность отказов 1 и периодичность контроля технического состояния г;

к’

- максимум значения Р13 с уменьшением Х смещается в сторону больших значений г (при Х = 10-4 ч-1 он соответствует значению гк 1-2 месяца, при Х = 10-5 ч-1 - 9-10 месяцев), график Р13(гк) при этом становится более пологим;

- оптимальная периодичность контроля пропорциональна его продолжительности тк (например, для Х = 10-4 ч-1 увеличение тк с 3 до 30 ч приводит к увеличению оптимальной периодичности с 1 до 2 месяцев, хотя максимальное значение вероятности Р13 при этом снижается на 2,5 %);

- отклонения периодичности контроля от оптимального значения (особенно в сторону уменьшения) существенно снижают вероятность готовности объекта, особенно при больших значениях интенсивности отказов (например, для Х = 10-4 ч-1, тк = 3 ч и тр = 60 ч уменьшение гк с 1 до 0,1 месяца снижает значение Р на 4 % по сравнению с максимальным, а увеличение до 2 месяцев - на 1,5 %).

Эксплуатация сложных технических систем, состоящих из большого числа различных подсистем и элементов, требует различных подходов к построению системы их технического обслуживания. В результате система технического обслуживания таких объектов включает в себя несколько видов: непрерывный и периодический контроль технического состояния (диагностирование), регламентное и межрегламентное техническое обслуживание и др.

Библиографический список

1. Сугак, Е. В. Надежность технических систем / Е. В. Сугак, Н. В. Василенко, Г. Г. Назаров и др. Красноярск : МГП «Раско», 2001. 608 с.

2. Болотин, В. В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций / В. В. Болотин. М. : Машиностроение, 1984. 312 с.

3. Емелин, H. М. Отработка систем технического об- 4. Сугак, Е. В. Теория случайных процессов. Основ-служивания летательных аппаратов / H. М. Емелин. М. : ные положения и инженерные приложения / Е. В. Сугак ;

Машиностроение, 1995.128с. Краснояр. филиал акад. гражд. авиации. Красноярск :

2004. 160 с.

E. N. Okladnikova, E. V. Sugak

DESIGN OF SYSTEM SERVICING

It is considers the parameters definition of the maintenance service system, depending on a object kind and purpose; the main principle ofpurpose of maintenance service terms; the solving of optimization system problems of maintenance service on the basis of construction the column of system state, drawing up of model reliability and definition of maintenance service characteristics; use of economic-mathematical criteria for the definition of operation time of object between refusals.

хцк

А. В. Гуткина

ТЕХНОЛОГИРОВАНИЕ ТАРИФНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ЛИЗИНГЕ ГРАЖДАНСКИХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДСТВА1

Рассмотрен концептуальный, системотехнический и методический облик технологии обоснования лизинговых тарифов применительно к гражданским авиационным двигателям российского производства.

Одним из относительно немногочисленных самодеятельных и достаточно конкурентоспособных секторов российского высокотехнологичного предпринимательства является авиационное предпринимательство, связанное с проектированием, производством, технической эксплуатацией и утилизацией летательных аппаратов.

Специфика создавшейся ситуации достаточно многообразна, однако следует выделить два особенно важных аспекта. Во-первых, российские производители гражданской авиационной техники являются недостаточно конкурентоспособными в финансово-экономическом аспекте и на внутреннем российском и мировом рынках, в том числе в части ценовых условий предложения своей товарной продукции. Во-вторых, финансово-экономическое состояние предприятий авиационной промышленности и гражданской авиации России является неприемлемым, что сужает их возможности в части создания режимов наибольшего благоприятствования для своих контрагентов и взаимные инвестиционные и кредитные возможности.

Исходя из того, что сфера маркетингового управления является критически важной и вместе с тем недостаточно развитой областью российского авиационного предпринимательства, следует признать, что все субъекты, связанные с авиационной техникой российского производства, испытывают потребность в привнесении в их деятельность принципиально новых управленческих технологий - новых концептуально, инструментально и результативно. Эти новые управленческие технологии призваны радикально улучшить финишную результативность

функционирования и развития сферы российского авиационного предпринимательства, причем прежде всего в финансово-экономическом аспекте. Данная потребность, несомненно, имеет преимущественно объективную природу ее инициирования, однако наряду с ней в том же направлении действуют и политические, и социальнопсихологические мотивации.

Лизинговая схема достаточно хорошо зарекомендовала себя в мировой практике и не противоречит нормам российского права, что тоже следует считать двумя важными доводами в пользу ее применения.

Следует отметить, что лизинговая схема чаще всего применяется в отношении финальных изделий, а применительно к проблематике исследования таковыми являются воздушные суда гражданской авиации. Такое суже-ние,ставшее традиционным в области распространения лизинга, является вполне объяснимым. Во-первых, доля лизинговых операций с гражданской авиационной техникой в совокупном объеме лизинговой деятельности относительно невелика. Во-вторых, применительно к традиционно лизингуемым сложным техническим изделиям осуществление лизинга их комплектующих изделий, в том числе для непосредственных источников кинетической энергии, не всегда имеет содержательный смыл, а нередко замена двигателя либо чрезмерно дорогостояща, либо технически не осуществима. Так, например, разделение лизинга двигателя автомобиля и лизинга автомобиля без двигателя, разделение моторного привода станка и самого станка без привода практически неосу-

1 Статья подготовлена на материалах исследования, поддерживаемого РГНФ (проект № 05-02-02012).