Влияние эксплуатационных факторов на надежность бортовых вычислительных систем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ВС

Структурная схема цифрового посадочного радиодальномера

- избирательность приемных устройств и уровни паразитных излучений передающих устройств должны быть согласованы так, чтобы не допустить попадания помех в приемные тракты запросчиков и мая-ков-ответчиков.Эта установка имеет ряд преимуществ по сравнению с другими радиотехническими средствами НПС для ВС МВЛ:

1. Бортовое оборудование строится на принципах комплексирования штатного бортового оборудования - радиолокатора или прецизионного дальномера БМБ/Р,а так же радиолокационного высотомера. При этом дополнительными устройствами при любой комплексации являются пульт управления системой и вычислительное устройство на основе микропроцессорного комплекса.

2. Наземное оборудование представляет собой ненаправленные, необслуживаемые, малогабаритные

маяки-ответчики (ретрансляторы) сантиметрового (для РЛС) или дециметрового (для БМБ) диапазона в количестве двух штук в каждом пункте размещения, которые легко разворачиваются и подготавливаются к работе.

3. Функционирование НПС в режиме «Запрос» -«Ответ», дают возможность с помощью одной и той же аппаратуры на его борту, но с разным программным обеспечением решать задачу как навигации, так и посадки ВС.

4. Навигационно-посадочная система ВС МВЛ должна обеспечивать дальность действия не менее 100 км при навигации и 18,5 км при посадке ВС.

© Сафонов С. В., Мусонов В. М., 2011

УДК 621.396.932.1

Д. А. Харитонов Научный руководитель - В. М. Мусонов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА НАДЕЖНОСТЬ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Эффективность использования воздушного транспорта и безопасность полетов зависит от многих факторов, в том числе от надежности авиационной техники. Надежность измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) зависит от своевременного контроля и технического обслуживания. В задачу технического обслуживания входят не только восстановление или ремонт отказавшего оборудования, но и предупреждение отказов авиационной техники. Обслуживание авиационной техники по ее состоянию основано на оценке технического состояния по данным контроля и прогнозирования дрейфа параметров.

Структура процесса прогнозирования показана на рис. 1. Основными его этапами являются: формулирование цели и задач прогнозирования, сбор и подго-

товка необходимых исходных данных о поведении прогнозируемого явления до настоящего момента времени (предыстория прогнозируемого явления или

интервал наблюдения), идентификация или формирование модели прогнозируемого явления, выбор метода и средств прогнозирования, накопление априорной информации о прогнозируемом явлении, принятие решения по результатам прогноза.

Техническое состояние объекта полностью характеризуется набором его выходных сигналов уь ..., уп. В качестве их могут рассматриваться характеристики входных сигналов (мощность, частота, фаза, длительность импульсов, напряжение, ток) или некоторые системные характеристики (амплитудные и фазовые характеристики, полоса пропускания, чувствительность, точность, эффективность).

Необратимые изменения параметров, происходящие в измерительно-вычислительных и управляющих комплексах, обычно вызываются старением и износом. Причинами старения является диффузия вещества, изменение структуры материала, химические взаимодействия и т. д. Воздействие температуры, влажности, перегрузок и других внешних факторов ускоряет процессы старения. Наряду со старением при эксплуатации имеет место износ, проявляющийся в стирании трущихся механических поверхностей, электрических контактах.

Связь прогнозирования технического состояния и прогнозирования надежности

Процедура прогнозирования технического состояния состоит в формировании по данным контроля и априорной информации некоторого апостериорного случайного процесса и последующей оценки его характеристик. Цель прогнозирования может заключаться в прямом прогнозировании, суть которого состоит в определении состояния объекта прогнозирования или совокупности объектов в упрежденный момент времени, являющийся правой границей заданного интервала упреждения. Под интервалом упреждения понимается промежуток времени, на который разрабатывается прогноз. Сущность обратного

прогнозирования состоит в определении работоспособности объекта или группы объектов. При этом отличие обратного прогнозирования от прямого состоит в том, что при прямом прогнозировании необходимо определять значение прогнозируемого параметра в заданный будущий момент времени, а при обратном -будущий момент времени, в который параметр достигнет границы допуска. Обратное прогнозирование называют прогнозированием надежности.

Решение задачи прогнозирования технического состояния и надежности можно рассматривать в двух аспектах:

1) прогноз У(1) в условиях полной априорной определенности;

2) прогноз У(1) при ограниченности исходных данных.

Применительно к модели У(1) вида (112) полная априорная определенность соответствует случаю, когда известны закон распределения случайных коэффициентов | а . I и детерминированный базис [Ф(1)]т -= о, а погрешность контроля е(1) описана как случайный процесс типа белого шума с известной дисперсией. Ограниченность априорных сведений чаще всего характеризуется отсутствием полного статистического описания У(1) и е(1). Основу алгоритмов решения задачи прогнозирования технического состояния при полной определенности исходных данных составляют классические методы математической статистики (метод наименьших квадратов, максимального правдоподобия и т. п.). Частью таких алгоритмов являются оптимальный фильтры, среди таких фильтров наиболее универсальным является фильтр Калмана-Бьюси. Благодаря рекуррентной форме представления этот фильтр легко реализуется на ПЭВМ. Оценки, получаемые с помощью фильтра, являются оптимальными в среднеквадратичном смысле, т. е. являются состоятельными, эффективными и несмещенными.

Рис. 1. Структура процесса прогнозирования

Объект прогнозирования (бортовое оборудование)

Датчик первичной информации № 1

Датчик первичной информации

№ 2

Датчик первичной информации

№ п

а

с сс О н X

р. щ

о з

й н о м Е

IX й —

СЗ с

В с. ей •6-

к с г и ш н

й к гп Г~1 1 к а г

и с Я" й

м С. о

л! н <л Н

С, о сг: с

г о

с и с. и <и с_ я ё и га М

с и 2 и

х с а. с

о Ч 1=5 а Ч

ио •е- из

ИЗ ч с И

Программное обеспечение

ЬСод формат^

115 - 232С

ПЭВМ

Прогноз технического состояния бортового оборудования

Лицо, принимающее решение

X

г

= к

Е

« а

X Й О.

И н

с£ о

с н

с. и

а Э ч> с. п о С-

о Е р

СЗ о о

с. Г- Е

я с и а

н С-

н и Й

5 н я 1 13 о И о н с

с.

с

ю

ч

с И от

со

Рис. 2. Структурная схема регистрации и прогнозирования состояния бортового оборудования

Надежность принадлежит к числу характеристик, определяющих техническое состояние изделий. Однако прогнозирование надежности имеет смысл выделять отдельно. В отличие от всех других характеристик надежность нельзя непосредственно измерить. Задачей прогнозирования надежности является предсказание количественных показателей надежности изделия на основе прогнозирования постепенных (параметрических) и внезапных (функциональных) отказов. Наиболее разработанными являются методы прогнозирования устойчивых параметрических отказов и гораздо труднее прогнозировать кратковременные, неустойчивые отказы (сбои). Прогнозирование надежности разбивается на ряд подзадач:

- прогнозирование надежности изделия на стадии проектирования;

- прогнозирование надежности изделия на стадии испытаний и эксплуатации;

- прогнозирование надежности изделия с учетом изменения внешних факторов;

- индивидуальное прогнозирование надежности изделия на основе измерения его прогнозирующих параметров;

- групповое прогнозирование надежности, т. е. такое прогнозирование, когда на основании изучения отдельных изделий высказывается предположение о надежности группы изделий в будущем.

Прогнозирование надежности ИВК на основе данных бортового устройства регистрации параметров

Бортовые устройства регистрации (БУР) предназначены для регистрации параметров, накопления и сохранения информации об условиях полета, техни-

ческом состоянии оборудования летательного аппарата, действий экипажа по управлению летательным аппаратом и другой летной информации.

Структурная схема регистрации и прогнозирования состояния бортового оборудования показана на рис. 2. Информация от датчиков первичной информации поступает на блок преобразования параметров. В блоке преобразования параметров происходит преобразование сигналов, поступающих от датчиков первичной информации в цифровой сигнал (фильтрация, усиление, если необходимо выпрямление, преобразование «напряжение - частота», счет цифровых импульсов). В этом блоке также происходит формирование сигнала об исправности системы регистрации. Информация в цифровом виде со счетчиков блока преобразования параметров поступает в блок регистрации параметров.

Блок регистрации параметров содержит программируемые процессоры, которые управляют работой всей системы, и производят преобразование сигналов в последовательный код формата Я8-232С, запись информации на оперативную память одного из процессоров блока регистрации параметра. Также в этом блоке формируется необходимая служебная информация (бортовой номер воздушного судна, бортовое время и т. д.). Затем информация из оперативной памяти процессора в последовательном коде Я8-232С поступает в блок накопления информации, где она хранится в течение всего полета.

При обслуживании воздушного судна, после выполненного полета, информация из блока накопления информации переносится в ПЭВМ, где с помощью программного обеспечения расшифровывается и ана-

лизируется. По полученным данным расшифровки, лицо, принимающее решение, отбирает необходимую информацию о параметрах работы бортового оборудования и заносит ее в исходные данные программного продукта системы прогнозирования. На данный момент существует программная реализация одного из методов прогнозирования РЯООМО2 - метода гарантированного прогнозирования. Для данной программы необходима информация о двух измерениях одного параметра на одном режиме работы, через известный промежуток времени. Чем больше интервал времени между измерениями, тем точнее результат прогнозирования, также на точность прогнозирования влияет погрешность первичных датчиков информации

и погрешность записи информации на бортовой накопитель.

ПЭВМ производит обработку этих данных по соответствующей программе и выдает результаты этой обработки. Результат обработки, это выдача данных о прогнозируемых предельных значениях параметра на заданном интервале времени и время выхода параметра за границы допуска, т. е. выполняется задача прямого и обратного прогнозирования (прогнозирования надежности). Лицо, принимающее решение, по этим данным делает заключение о техническом состоянии и надежности прогнозируемого оборудования.

© Харитонов Д. А., Мусонов В. М., 2011

УДК 621.396.932.1

Г. В. Шкляев Научный руководитель - В. М. Мусонов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ФОРМИРОВАНИЕ И ОБНОВЛЕНИЕ БОРТОВЫХ БАЗ ДАННЫХ В РАМКАХ КОНЦЕПЦИИ С^/АТМ

Рассмотрены некоторые вопросы формирования и обновления бортовых баз аэронавигационных данных.

В связи с тем, что на воздушных судах (ВС) последнего поколения функции штурмана выполняет вычислительная система самолетовождения (ВСС), на второго пилота накладываются дополнительные функции, такие как оперирование ВСС, спутниковой навигационной системой (СНС) и системой раннего предупреждения близости земли (СРПБЗ).

Увеличившиеся нагрузки на экипаж ВС создают предпосылки к сбою в работе экипажа по причине человеческого фактора. Для безопасного выполнения полетов при возникновении сложных ситуаций, изменении маршрута, смене циклов AIRAC (Aeronautical Information Regulation and Control), сбоях или появлении ошибок в работе баз данных (БД) ВСС, СРПБЗ или СНС, появляется необходимость оперативного получения аэронавигационной информации на ВС с наземных служб аэронавигационного обеспечения полетов или управления воздушным движением (УВД).

Базы аэронавигационных данных обеспечивают бортовое навигационное оборудование необходимой информацией с целью осуществления безопасного полёта от взлёта и до посадки в автоматическом или автоматизированном режимах. Они используются в таких системах как спутниковые навигационные системы, вычислительные системы самолётовождения (ВСС-85 и ВСС-95 самолётов Ту-204-100, Ту-214 и Ил-96-300) или системы управления полётом (Flight Management System FMS самолётов Boeing 767, 737), а также в системах раннего предупреждения близости земли (СРПБЗ).

Принципиально для всех типов баз данных существует необходимость обновлять данные в базе в соответствии с принятым во всём мире стандартом

ICAO - AIRAC (Aeronautical Information Regulation and Control). Аэронавигационные данные обновляются не реже, чем раз в 28 дней, данные о рельефе обновляются не реже, чем раз в 6 месяцев. Это связано с тем, что постоянно происходит процесс уточнения аэронавигационной информации: закрытие-открытие аэропортов, взлётно-посадочных полос, уточняются координаты пунктов маршрута и др.

На сегодняшний день процесс обновления происходит в два этапа: получение базы данных у производителя и загрузка базы данных в бортовое оборудование.

В основном для получения базы данных у производителя (поставщика) используется глобальная сеть Internet: доступ к серверу поставщика через его сайт или на прямую посредством специальной программы; электронная почта e-mail. Реже используется обычные почтовые службы.

Работая с бортовыми базами данных (ББД), а именно аэронавигационными (НБД) и рельефа местности (БДР), авиационная цифровая вычислительная техника лишена такой важной составляющей, как возможность оперативного обновления этих данных. Это необходимо для безопасного выполнения полетов при возникновении сложных ситуаций, изменении маршрута, смене циклов AIRAC (Aeronautical Information Regulation and Control), сбоях или появлении ошибок в работе баз данных (БД) ВСС, СРПБЗ или СНС. Под оперативным обновлением подразумевается обновление ББД по линиям передачи данных (ЛПД). Для повышения эксплуатационных качеств бортовых систем (ВСС, СРПБЗ, СНС), работающих с базами данных, необходимо внедрить комплекс оперативного информационного сопровождения бортовых аэронавигационных систем.