Разработка методов повышения достоверности и автоматизации наземного контроля бортовых систем и комплексов воздушного судна для обеспечения безопасности полетов (02.03.2009)

Автор: Лебедев Алексей Михайлович

Разработка метода бездефектного допускового контроля.

Анализ методологии создания, внедрения и эксплуатации автоматизированных систем контроля для окончательного производства самолетостроительного предприятия.

Обобщение результатов внедрения автоматизированных систем контроля и САПР программ контроля.

Разработка технических требований к автоматизированным системам контроля; требования к бортовым системам и комплексам ВС. Проработка технологических характеристик АСК для применения на ремонтных заводах.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в работе используются математический анализ, аналитическая геометрия, элементы тензорного анализа, теория вероятностей и математическая статистика, теория автоматического управления, теория контроля и испытаний, теория проектирования автоматизированных систем управления техническими процессами (АСУ ТП), автоматизированных систем контроля (АСК), САПР.

Научная новизна

Проведен анализ отказов ВС, порожденных дефектом допусков. В рамках модели Л.Г.Евланова получены аналитические зависимости риска изготовителя и риска заказчика путем интегрирования в n-мерном пространстве при распределении контрольных параметров по закону равной плотности и по нормальному закону. Получены аналитические выражения условных вероятностей признания годного изделия годным, негодного негодным, негодного годным и годного негодным; общей достоверности контроля при наличии дефекта допусков. Исследованы зависимости рисков заказчика и изготовителя, условных вероятностей от числа контрольных параметров и от взаимного расположения зон контрольных допусков и гиперповерхности качества.

Разработана математическая модель контрольных параметров для многоуровневой организации допускового контроля, которая позволяет представить функцию критерия качества как функцию критерия качества от контрольных параметров, представленной в виде разложения в степенной ряд.

Выполнена оценка влияния дефекта допусков и субъективного фактора при наземном контроле на уровень безопасности полетов. Технико-экономический эффект, полученный за счет повышения достоверности контроля, позволяет сделать вывод о целесообразности дальнейшей автоматизации испытательных работ.

Из качественного анализа структуры решения системы линейных дифференциальных уравнений для различных этапов полета получена трехмерная диагностическая матрица, описывающая ситуации отказов (по комбинациям контрольных параметров) и параметров внешней среды для этапов полета.

Разработаны критерии качества, обеспечивающие отклонения выходного сигнала от заданного уровня или от расчетного переходного процесса бортовой системы или ВС в целом. Исследована гиперповерхность качества и получено ее более точное представление в виде гиперовалоида, вместо принятого ранее в теории гиперэллипсоида.

Применен гиперовалоид качества к техническим вопросам: комплексирования бортовых систем и комплексов ВС; представления диаграммы «ВС – внешняя среда» в n-мерном пространстве.

6. Разработан метод бездефектного допускового контроля, который позволяет исключить влияние рисков изготовителя и заказчика с точностью, определяемой количеством членов ряда Тейлора.

7. Проанализирован опыт внедрения автоматизированных систем контроля, САПР программ контроля и программных комплексов для испытаний; разработаны технические требования к новому поколению АСК и требования к бортовым системам ВС.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

В промышленную эксплуатацию в цехах окончательного производства самолетостроительного предприятия внедрено: автоматизированных систем контроля на базе ЭВМ – 9, САПР программ контроля – 5, программных комплексов для решения испытательных задач – 12 с общим экономическим эффектом 1531313 рублей в ценах 1985 года. Проведенные работы позволили повысить достоверность и объективность контроля, снизить влияние субъективного фактора, снизить трудоемкость контроля.

Разработаны методы повышения достоверности наземного контроля путем разработки АСК для обеспечения безопасности полетов. Оценено повышение достоверности и автоматизации контроля на уровень безопасности полетов. Повышение уровня безопасности полетов составит от 4,91% до 7,85%, предотвращенный ущерб от повышения достоверности и автоматизации наземного контроля за счет исключения ущерба от дефекта допусков и субъективных ошибок оператора составит от 5,6 до 9,1 млрд. руб.

Разработаны комплекты конструкторской, технологической и эксплуатационной документации для развертывания отраслевого внедрения. Документация сдана в архив Министерства авиационной промышленности.

Разработана математическая модель контрольных параметров для многоуровневой организации допускового контроля.

Разработана математическая модель достоверности допускового контроля при наличии дефекта допусков. Исследован дефект допусков, получены формулы рисков изготовителя и заказчика в зависимости от числа контрольных параметров.

Разработаны критерии качества, которые можно применить для реальных бортовых систем. Исследована гиперповерхность качества и установлено, что она является гиперовалоидом, ранее принимаемая гиперэллипсоидом.

Разработан метод бездефектного допускового контроля.

Проанализированы методология проектирования, внедрения и эксплуатации, а также обобщенные результаты внедрения АСК и САПР программ контроля.

Разработаны технические требования к АСК; требования к бортовым системам и комплексам, которые можно использовать при составлении тактико-технических требований (ТТТ), общих технических требований (ОТТ), тактико-технических заданий (ТТЗ).

Обобщенные результаты внедрения могут быть применены при составлении ТЗ на новые образцы указанных систем.

Достоверность результатов исследования обеспечивается: верификацией полученных формул путем проверки их логического непротиворечия; проверкой теоретических положений на экспериментальных данных; практической эксплуатацией автоматизированных систем контроля и САПР программ контроля в окончательном производстве УАПК в течение нескольких лет.

Основные положения, выносимые на защиту

Математическая модель контрольных параметров при многоуровневой организации допускового контроля, позволяющая выразить критерии качества как функции контрольных параметров, при представлении критерия качества в виде ряда Тейлора.

Оценка влияния повышения достоверности контроля за счет исключения дефекта допусков и субъективных ошибок оператора при наземном контроле на уровень безопасности полетов.

Математическая модель дефекта допусков и метод расчета по полученным аналитическим зависимостям величины вероятности признания годного изделия негодным и наоборот. Результаты исследования зависимости рисков изготовителя и заказчика от числа контрольных параметров и от взаимного расположения гиперпараллелепипеда допусков и гиперповерхности качества.

Метод бездефектного допускового контроля, применение которого позволяет исключить влияние рисков изготовителя и заказчика на результаты контроля.

Критерии качества, обеспечивающие отклонения выходного сигнала бортовых систем от заданного уровня или от расчетного переходного процесса. Представление критерия качества в виде гиперповерхности качества, имеющей форму гиперовалоида, вместо принятого ранее в теории контроля и испытаний гиперэллипсоида. Применение гиперовалоида качества к следующим техническим вопросам: комплексирование бортовых систем и комплексов ВС; представление диаграммы «ВС – внешняя среда» в n-мерном пространстве.

6. Диагностическая трехмерная матрица как модель представления состояния ВС, описывающая ситуации отказов (по комбинациям контрольных параметров), параметров внешней среды для этапов полета и рекомендаций по их устранению.

7. Технические требования к проектированию нового поколения АСК и САПР программ контроля.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 20 научно-технических конференциях и семинарах: на отраслевом семинаре «Состояние и перспективы развития автоматизированного технологического оборудования в области контроля и испытаний бортовых систем» (г. Москва, НИАТ) в 1984 г.; на республиканской конференции «Практика и проблемы создания гибких автоматизированных производств на предприятиях республики» (г. Казань) в 1984 г.; на отраслевом совещании «Состояние и перспективы развития производства автоматизированного технологического оборудования для контроля и испытаний бортовых систем» (г. Москва, НИАТ, ДСП) в 1987 г.; на отраслевой конференции «Проблемы комплексной автоматизации функциональных испытаний изделий в машиностроении» (г. Москва, НИАТ, ДСП) в 1988 г.; на НТС предприятия п/я А-1046 в 1988 г.; на научно-методической конференции Казанского авиационного института в 1990 г.; на межотраслевом семинаре «Автоматизация отработки и испытаний систем автоматики с цифровым обменом информации» (Москва-Куйбышев, НИАТ) в 1990 г.; на международной конференции «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации» (г. Москва, МГТУ) в 1996 г.; на НПК «Проблемы совершенствования подготовки авиационных специалистов» (г. Ульяновск, УВАУ ГА) в 1997 г. и в 1999 г.; на международной конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта России» (г. Ульяновск, УВАУ ГА) в 1999 г. и в 2000 г.; Interactive System: The Problem of Hu-men-Computer Interaction Proceeding of the International Conference 22-24 septem-ber 1999-Ulyanovsk-1999 г.; на НПК: «Подготовка специалистов гражданской авиации» (г. Ульяновск, УВАУ ГА) в 2001 г.; на международной конференции «Гражданская авиация на рубеже веков» (г. Москва, МГТУ ГА) в 2001 г.; на международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию гражданской авиации России «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (г. Москва) в 2003 г.; на пятой международной научно-технической конференции «Чкаловские чтения» (г. Егорьевск, ЕАТК ГА им. В.П. Чкалова) в 2004 г.; на международной научно-технической конференции «Гражданская авиация на современном этапе развития науки техники и общества» (Москва, МГТУ ГА) в 2006 г.; международная научно-техническая конференция, посвященная 85-летию гражданской авиации «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (Москва, МГТУ ГА) в 2008 г.

Публикации. Основные результаты исследований изложены в 62 печатных работах, из них 11 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов работы, списка литературы (207 наименований) и содержит 303 стр. основного текста, 68 рисунков, 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены основные цели, методы, охарактеризована научная новизна и практическая значимость; кратко описано основное содержание работы; сформулированы основные положения, выносимые на защиту.


загрузка...