Надежность и качество сложных систем

В развитие практических аспектов применения теоремы Андронова - Понтрягина о структурной устойчивости динамических систем, описываемых дифференциальными уравнениями, изложены принципиальные основы определения показателей безопасности функционирования нелинейных автономных динамических систем гамильтонова типа и построен метод их оценки.

Актуальность и предмет исследования . Проблема отказов в космических полетах остается одной из наиболее важных и сложных. Важнейшую роль в обеспечении отказоустойчивости играют бортовые программные средства автономного управления. Методы . В отличие от прямого кодирования правил управления в случае возникновения неисправностей, в коде бортового программного обеспечения намного более гибким и экономным является подход на основе интеллектуальных средств, например, бортовых интерпретаторов правил реального времени. Правила при этом могут быть в оперативном режиме изменены по радиоканалу с Земли. Существенно, что правила могут быть заданы проектантами и другими специалистами, не являющимися профессиональными программистами. В работе предложено применение для этого интуитивно понятной визуальной нотации. Результаты . Разработан визуальный язык для эргономичного представления правил бортовых интеллектуальных средств автономного управления. Созданные инструментальные средства позволяют визуализировать ранее построенные правила управления, а также строить новые в графическом конструкторе. Ведется работа над средствами автоматизации верификации правил и средствами автоматизации документирования. Выводы . Эргономичное представление правил позволяет улучшить взаимопонимание в коллективе разработчиков правил, сократить число неточностей и ошибок, за счет этого повысить надежность космических миссий.

Актуальность и цели. В практике эксплуатации технических систем в большинстве случаев приходится иметь дело с вероятностными (случайными) процессами, когда функция отражает аргумент с некоторой вероятностью. Наиболее полно случайная величина описывается законом распределения вероятностей, основным из которых в теории надежности технических систем является экспоненциальное (показательное) распределение. В условиях неопределенности информации о законе распределения времени наступления отказов вследствие малых объемов статистических данных, что как правило бывает на начальных этапах разработки техники, исследователю приходится принимать решение о выборе априорной модели надежности, исходя из опыта предыдущей эксплуатации прототипов или аналогов. Систематизация информации о практическом использовании показательного распределения при прогнозировании и оценке надежности различных технических систем является актуальной научной задачей. Материалы и методы. В основе изложенного материала лежит систематизация информации, опубликованной в отечественной и зарубежной литературе и представляющей анализ результатов модельных и экспериментальных исследований надежности техники, а также статистические данные, полученные в ходе эксплуатации. Результаты. Представленная теоретическая информация о применении показательного закона в теории надежности может быть использована в качестве первого приближения и подлежит обязательному уточнению с использованием различных критериев проверки гипотез по мере увеличения объема статистических данных в ходе последующих испытаний. Выводы. Надо иметь достаточно оснований для применения экспоненциального закона распределения, как и любого другого. Поэтому статья может быть полезна исследователям на ранних этапах разработки или модернизации технической системы в качестве априорной информации для построения моделей и критериев, используемых для обеспечения и контроля надежности.

Обосновывается метод оптимизации распределения требований к уровням достижения заданных показателей надежности, живучести, помехозащищенности исходя из требования к обобщающему показателю эффективности (устойчивости). Информационно-управляющий комплекс космической системы представляется элементом структуры, выполняющим функции автоматизированной системы управления космическими аппаратами и систем передачи-приема и распространения данных информации целевого назначения - специнформации. Решена задача обоснования характеристик информационно-управляющих комплексов гибридной космической системы наблюдения на основе совместных свойств «надежность-живучесть-помехозащищенность», пассивной и активной составляющей по каждому свойству, включающей управляемость и самоорганизацию исследуемых объектов, объединенных обобщенным свойством «устойчивость». Разработанный метод решения задачи оптимального распределения требований к уровням достижения тактических целей сложной системы, исходя из требования к обобщающему показателю эффективности (устойчивости), позволил математически формально декомпозировать задачу, а также сформулировать направления дальнейших исследований по каждому свойству сложной системы.

Предлагаются технические решения по созданию и применению наземно-космических информационных сетей для повышения структурной устойчивости информационно-управляющих комплексов космических систем. Приведено обоснование направлений и возможности кардинальных изменений структуры информационно-управляющих комплексов с оценкой реализуемости их характеристик в новом качестве и ожидаемого положительного эффекта.

Сегодня весь монтаж технических средств электроники и, в частности, авионики строится на печатных платах, неизбежно имеющих сквозные монтажные металлизированные отверстия, выполняющие роль трансверсальных соединений. Основания печатных плат авионики - фольгированные медью композиционные материалы на основе стеклоткани с эпоксидным связующим. Основной способ получения отверстий в основаниях плат - сверление. От качества сверления во многом зависит надежность трансверсальных межслойных соединений и надежность аппаратуры в экстремальных условиях эксплуатации. В результате проведенных исследований сформулированы критерии качества сверления, предложены условия формирования качественных отверстий, несколько отличающихся от общепринятых представлений.

Рассмотрен путь повышения виброустойчивости бортовых систем летательных аппаратов. Предлагается для решения задачи сохранения их функциональной надежности использовать схемотехнические методы, слабоосвещенные, применительно к воздействию вибраций, в известной авторам литературе. На основе выбранного в качестве объекта анализа приемника РЛС обнаружения определены его каскады, дающие наибольший вклад в снижение виброустойчивости - антенное устройство, и в меньшей степени смеситель и гетеродин. Определены параметры флуктуаций электрических параметров антенн, смесителей и гетеродинов. Для проведения анализа предложено рассмотрение частей приемного устройства в виде линейных параметрических четырехполюсников. Определена методика приведения результатов воздействия модулирующих помех в вид, позволяющий использовать методы борьбы с флуктуационными помехами. Рассмотрен схемотехнический путь повышения виброустойчивости путем изменения передаточной функции оптимального фильтра и значения порога принятия решения. Приведенные в статье результаты позволяют обратить внимание разработчиков бортовой аппаратуры на такую важную составляющую методов защиты от механических воздействий, как учет реакции аппаратуры на вибрацию при схематическом и системотехническом проектировании.

Актуальность и цели . В настоящее время задача аппроксимации является актуальной темой решения в различных технических исследованиях. Целью является нахождение моделей аппроксимации с максимально возможной точностью и низкой погрешностью. Доказана необходимость разработки эффективных методов анализа экспериментальных кривых и построения моделей аппроксимации. Материалы и методы . Дана модель повышения точности аппроксимации. Описана методика снижения погрешности аппроксимации за счет многопроходных расчетов и нахождения случайной ошибки аппроксимации, которая позволяет проводить оценку результатов исследования технических систем и получать результаты, более приближенные к исходным данным. Разработан алгоритм повышения точности модели аппроксимации, на основе которого разработано программное обеспечение, позволяющее загрузить экспериментальные данные и произвести расчеты для нахождения моделей аппроксимации. Приведена методика, позволяющая уточнить модели аппроксимации, а также выявить лучшую с точки зрения погрешности аппроксимации. Результаты . Показано, что разработанная математическая модель повышения точности и методика снижения погрешности аппроксимации позволили повысить точность выходной модели экспериментальных данных до 10 %. Выводы . Применение моделей аппроксимации позволяет оценивать полученные результаты исследования технических систем и получать результаты, более приближенные к исходным данным.

Актуальность и цели. Классический статистический критерий хи-квадрат плохо работает на малых тестовых выборках. Статья посвящена исследованию поведения статистического критерия Крамера - фон Мизеса. Целью работы является оценка того, на сколько мощность критерия Крамера - фон Мизеса выше мощности критерия хи-квадрат. Материалы и методы. Предложено оценивать мощность сравниваемых критериев в точке равновероятных ошибок первого и второго рода. Показано, что в логарифмической шкале равной вероятности ошибок мощность критерия Крамера - фон Мизеса описывается прямой линией. Это упрощает вычисления. Результаты и выводы. Использование критерия Крамера - фон Мизеса вместо критерия хи-квадрат на выборке из 20 примеров позволяет снизить вероятность ошибок принимаемых решений в полтора раза. Если рассматривать сравниваемые критерии как некоторые нелинейные низкочастотные цифровые фильтры, то критерий Крамера - фон Мизеса оказывается эффективнее критерия хи-квадрат из-за того, что имеет более высокую частоту и меньшую амплитуду скачков шума квантования данных.

Показано, что теория принятия решений позволяет сделать выбор линии поведения в различных ситуациях. Основное свойство рационального решения - это оптимальность, т.е. при прочих равных условиях выбранный вариант должен иметь самую высокую оценку. Этот простой принцип стремления к максимизации выигрыша и минимизации потерь представляется наиболее разумным в простых ситуациях. Однако при работе с техническими объектами (техническими системами) человеческий фактор (неправильные решения) могут привести к невыполнению их основного назначения, потерям финансового и временного характера. В условиях научно-технического прогресса, становления нового технологического уклада, основанного на новых и, прежде всего, информационных технологиях, выбор правильного и научно-обоснованного решения приобретает первостепенное значение. В рамках созданной системы мер по управлению и обеспечению выпуска качественной продукции сформировалась новая наука - квалиметрия, под которой специалисты понимают науку об измерении качества различных объектов. Данная наука основана на современных методах и моделях оценки качества и технического уровня создаваемой продукции и успешно развивается. Применительно к продукции специального назначения был предложен метод оценки ТУ образцов вооружения и военной техники с привлечением математических методов теории принятия решений и экспертных оценок, который затем получил применение и апробацию при оценке конкретных образцов ВВТ. Данный метод, получил широкое распространение среди ученых и специалистов оборонно-промышленного комплекса в силу простоты, доступности, надежности и оперативности получения результатов. Рассмотрены особенности и уточнены основные понятия процедуры принятия решений, а также один из подходов к постановке задачи при оценке технического уровня сложных технических систем и выбора альтернатив при их создании.

В статье рассматриваются методы оценки техногенного риска. Получены новые аналитические зависимости для функции и плотности распределения риска для случаев независимых и зависимых случайных величин вероятности исходных событий и ущерба сложных систем применительно к законам гамма-распределения. Получены аналитические зависимости для оценки показателей техногенного риска при независимых случайных величинах вероятностей исходных событий и ущерба. Проведено математическое моделирование функций плотности распределения техногенного риска. Получены аналитические зависимости для оценки показателей техногенного риска при зависимых случайных величинах вероятностей исходных событий и ущерба. Приведены результаты математического моделирования функций плотности распределения техногенного риска для различных форм зависимости ущерба от вероятности исходных событий.

Актуальность. Для транспортного комплекса города в условиях современной России характерна высокая динамика изменения количества транспортных средств как следствие воздействия на окружающую среду и влияние на здоровье человека. Возникает необходимость мониторинга и прогнозирования экологической обстановки городов для своевременного принятия мер по уменьшению данного воздействия. Результативность планирования, контроля любых стабилизационных воздействий, направленных на сокращение негативного влияния транспорта, базируется на принципе предварительного анализа параметров транспортных средств и факторов внешней среды, определяющих формирование экологической ситуации на рассматриваемой территории. Материалы и методы. На основе анализа, отбираются параметры экомониторинга, которые полностью будут описывать состояние объекта как системы в любой момент времени. Для решения поставленной задачи мы будем использовать методы проектирования нечетких систем. Данная система позволит не зависеть от неполноты получаемых данных. Результаты . Проведено исследование в рамках задач управления экологической обстановкой в районе наиболее загруженных автомагистралей города Пенза. Выработан алгоритм, в основу которого положен аппарат нечеткого моделирования при выполнении задания на уменьшение времени сбора информации. Выводы . Экспериментальные исследования, проведенные в г. Пенза, показали в достаточной степени удовлетворительную сходимость теоретических и экспериментальных результатов при оценке загазованности угарным газом на автомагистралях города.