2018 год, №2

Содержание выпуска
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ОЦЕНОК ПОТОКА ОТКАЗОВ
Михайлов Виктор Сергеевич
Стр. 3 — 10
Целью настоящей работы является построение правила выбора эффективной оценки, основанного на интегральном подходе отличном от 1-го типа, и получение на основе построенного критерия эффективных оценок по результатам испытаний, проводимых в соответствии с планом типа NВ τ. Методы . Для нахождения эффективной оценки использовались интегральные числовые характеристики точности оценки, а именно: суммарный квадрат смещения (уклонения) ожидаемой реализации некоторого варианта оценки от всех возможных значений оцениваемой характеристики по различным значениям параметра пуассоновского закона распределения, характеризующего поток отказов совокупности испытуемых изделий. Результаты и выводы. 1. По результатам испытаний типа интегральные оценки 1-го типа используют в задачах, когда требуется найти эффективную оценку с минимальным смещением, а интегральные оценки 2-го типа - когда требуется найти эффективную оценку с минимальной дисперсией. 2. Идеальным вариантом в задачах оценивания является использование несмещенной оценки с минимальной дисперсией, если такая оценка существует. В противном случае следует искать оценки с минимальным смещением, а среди них - с минимальной дисперсией. Такой процесс поиска гарантирует получение оценок с хорошими точностными характеристиками. Поэтому в задачах надежности не следует ориентироваться на оценки, построенные минимизацией функционала 2-го типа. 3. Оценка СНДО является эффективной среди предложенных по критерию интегральных оценок 1-го типа, а оценка СНДО является эффективной среди предложенных по критерию интегральных оценок 2-го типа. 4. В качестве оценки вероятности безотказной работы всегда следует использовать традиционную несмещенную оценку, кроме безотказных испытаний. В этом случае следует использовать смещенную эффективную интегральную оценку ВБР 1-го типа или эффективную смещенную интегральную оценку ВБР 2-го типа в зависимости от задач надежности.
ГАРМОНИЧЕСКАЯ АППРОКСИМАЦИЯ И КУСОЧНО-ЛИНЕЙЧАТАЯ ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ЛАГРАНЖА ФУНКЦИЙ МНОГИХ ПЕРЕМЕННЫХ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К АВИАЦИОННЫМ ТРЕНАЖЕРАМ
Лапшин Эдуард Владимирович
Стр. 11 — 17
Модульное построение технических средств обучения вновь ставит вопрос о проблемно ориентированных вычислительных методах для тренажеров и компьютеризации профессиональной подготовки. Сюда можно отнести варианты методов, излагаемых в статье. Новый метод быстрой кусочно-линейной интерполяции на разряженной равномерной или неравномерной сетке ориентирован на функции многих переменных (до 8-10 и более). Его недостатки с лихвой окупаются вычислительной экономичностью, создающей возможность имитировать важные эффекты, в частности, в критических режимах полета. Метод решения многоэкстремальных многомерных задач позволяет быстро осуществлять сложную параметрическую оптимизацию. Некоторое продвижение достигнуто в задачах синтеза имитаторов физических факторов полета. Для задач моделирования в технических средствах обучения точность исходных массивов данных обычно невысока. Главным достоинством гармонического (спектрального) представления выражения аппроксимирующей функции является возможность формализованного анализа образа (топологии) функции с позиций необходимой детальности описания. Такой формализованный анализ требуется и для применения других более удобных методов аппроксимации (в том числе метода кусочно-линейного интерполирования на разреженной сетке). При этом максимальные ошибки кусочно-линейной интерполяции могут составлять единицы процентов. Дальнейшее обоснование подобных правил задания дискретности сетки будет изложено применительно к кусочно-линейчатой и кусочно-линейной интерполяции функций многих аргументов. Заметим, что тригонометрическая модель аппроксимируемой функции имеет еще одно положительное качество. Ввиду ортогональности базисных функций она удобна для процессов идентификации. При соответствующей информационной технологии идентификации коэффициенты гармоник определяются не по формулам, а непосредственно в ходе получения и обработки экспериментальных данных.
УПРАВЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТЬЮ И КАЧЕСТВОМ ДАТЧИКОВ КАК ИЗДЕЛИЙ ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Ишков Антон Сергеевич, Солодимова Галина Анатольевна, Кучковская Надежда Александровна
Стр. 18 — 25
Актуальность и цели. Для потребителей датчиков качество продукции является значимым вопросом в связи с негативными последствиями использования некачественных изделий, так как отказ датчика может привести к выходу из строя целого комплекса дорогостоящей высокопроизводительной аппаратуры. Менеджмент надежности предприятия является тем инструментом, который позволяет повысить эффективность координации и контроля всех бизнес-процессов, повысить степень рационального использования всех видов ресурсов и значительно быстрее реагировать на изменения рыночной конъюнктуры. Цель исследования - определение роли менеджмента надежности в формировании качества датчиков. Материалы и методы. В работе сделан анализ факторов, влияющих на показатели датчиков на разных стадиях их жизненного цикла. Предложены методы прогнозирования параметров надежности, позволяющие обеспечить регламентируемые показатели качества уже на стадии проектирования датчико-преобразующей аппаратуры. Результаты. Применение моделей расчета показателей надежности датчиков, базирующихся на прогнозной информации об однотипных, ранее созданных изделиях, позволит повысить качество и показатели надежности на этапах проектирования датчиков, работающих в экстремальных условиях воздействия на них комплекса влияющих величин. Выводы. Внедрение менеджмента надежности в системы управления качеством производственных процессов позволит значительно снизить затраты на разработку и производство датчико-преобразующей аппаратуры.
МОДЕЛЬ ПРЕДИКТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЕЙ
Власов Андрей Игоревич, Григорьев Павел Валерьевич, Кривошеин Алексей Игоревич
Стр. 26 — 35
Актуальность и цели . В работе основное внимание уделено методам предиктивного обслуживания (обслуживанию по фактическому техническому состоянию). При таком виде обслуживания состояние оборудования контролируется непрерывно или периодически. В зависимости от полученных результатов составляется прогноз технического состояния оборудования и формируются программы технического обслуживания. Системы предиктивного обслуживания способны прогнозировать состояние системы на основе текущего состояния оборудования и определяют необходимые мероприятия по техническому обслуживанию, что на сегодняшний день является актуальным и находит широкое применение в промышленности. Целью работы является разработка обобщенной концепции реализации системы предиктивного обслуживания на основе сенсорных сетей с радиочастотной идентификацией и оценка эффективности реализации такой системы по комплексной стоимостной модели. При реализации данного подхода вероятность незапланированного выхода системы из эксплуатации сводится к минимуму. Это повышает эффективность обслуживания и производительность системы и снижает затраты на техническое обслуживание. Материалы и методы . Для мониторинга текущего фактического состояния промышленных систем с целью предотвращения сбоев предложена модель системы, основанной на беспроводной сети датчиков. Системы предиктивного обслуживания, основанные на беспроводной сети датчиков, в отличие от остальных видов технического обслуживания сохраняют данные, полученные в процессе мониторинга, что позволяет применять прогрессивные методы контроля технического состояния и анализировать данные в реальном масштабе времени, а также делать прогнозы по техническому состоянию оборудования. Предложенная в статье модель предиктивного ремонта основана на минимизации затрат на обслуживание, диагностику и риски сбоя компонентов. При оценке среднего времени работы предлагается применять упрощенную модель, в которой ухудшение технического состояния (изменение диагностического сигнала) проходит по прямой линии от начального состояния до предельного значения технического состояния (до отказа) i -го объекта. Результаты . Предложена концепция построения системы предиктивного обслуживания на основе сенсорных сетей с радиочастотной идентификацией. Для оценки эффективности предиктивного обслуживания предложена стоимостная модель оптимизации предиктивного обслуживания оборудования с применением беспроводных сенсорных сетей, основанная на минимизации затрат на обслуживание, диагностику и развертывание системы мониторинга оборудования. Выводы . Предиктивное обслуживание оборудования направлено на предсказание места и времени вероятного возникновения неполадок, а также на избежание простоя ресурсов и сокращения расходов на обслуживание. Применение беспроводных каналов связи в системе мониторинга позволяет в кратчайшие сроки развернуть сенсорную сеть в независимости от пространственного расположения датчиков. Представленная концепция системы предиктивного обслуживания на основе сенсорных сетей позволит в режиме реального времени проводить анализ состояния оборудования. Согласно полученным с датчиков сенсорной сети данным формируется программа технического обслуживания оборудования.
СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СТАБИЛЬНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Клячкин Владимир Николаевич, Карпунина Ирина Николаевна
Стр. 36 — 42
Актуальность и цели. Стабильность функционирования системы часто определяет ее работоспособность. Нарушение стабильности может привести к остановке системы или возникновению аварийной ситуации. Важной задачей является скорейшее обнаружение нарушения стабильности процесса функционирования. Методы. Нарушения проявляются в виде изменения статистических характеристик, поэтому для их обнаружения могут быть использованы методы и алгоритмы статистического контроля процессов. Такой подход позволяет выявить нарушение до того, как произошел выход контролируемых показателей за допустимые пределы. При этом, как правило, одновременно проводится мониторинг среднего уровня процесса и его рассеяния. Выбираются статистические инструменты для контроля: для независимых показателей используются стандартные карты Шухарта, для коррелированных - методы и алгоритмы, основанные на применении многомерной статистики Хотеллинга и обобщенной дисперсии. Результаты. Проведенное исследование позволило предложить следующую методику оценки стабильности функционирования технических систем: изучение условий работы аналогичных систем и выявление возможных нарушений стабильности функционирования; расчет основных статистических характеристик процесса; выбор статистических инструментов для последующего контроля в зависимости от предполагаемых нарушений и уровня коррелированности параметров; проведение постоянного мониторинга функционирования системы с целью диагностики нарушений стабильности. Выводы. Предлагаемая методика позволит своевременно обнаружить нарушение стабильности процесса функционирования технического объекта и предотвратить возможную аварийную ситуацию.
ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ
Мишанов Роман Олегович, Пиганов Михаил Николаевич, Перевертов Валерий Петрович
Стр. 43 — 54
Актуальность и цели. Определение электрических параметров интегральных микросхем, изготовленных по КМОП-технологии, для проведения индивидуального прогнозирования (ИП) показателей качества и надежности является важной составляющей процесса прогнозирования надежности, так как от их выбора значительно зависит как корректность прогнозов, так и их точность. При этом выбор параметров должен быть обоснован в соответствии с результатами физико-химических методов исследования отказов ИМС, изготовленных по конкретной технологии. Также немаловажным является учет статистических данных отказов КМОП ИМС. Материалы и методы. Систематизация информации по видам, признакам, причинам, механизмам отказов, а также возможным дефектам структуры ИМС в совокупности со статистическими данными по отказам позволяет выявить контролируемые параметры КМОП ИМС, несущие информацию о потенциальной надежности изделий. Определение электрических параметров КМОП ИМС, имеющих тенденцию к раннему выходу за установленные пределы и несущих информацию о наиболее вероятных отказах для данной технологии изготовления, позволяет получить необходимую точность прогнозов. Результаты. Приведенная в работе информация предназначена для определения набора электрических параметров КМОП ИМС для проведения ИП в зависимости от предполагаемых дефектов структуры и механизмов отказов, протекающих в структуре ИМС. Также в работе рассматривается влияние поражающих факторов космического пространства, что актуально для КМОП ИМС специального назначения. Выводы. Изменениям некоторых электрических параметров ИМС соответствует широкий набор возможных причин, механизмов отказов и дефектов. Такие параметры целесообразно использовать в качестве исходных данных для проведения ИП. Установлено, что набор электрических параметров может значительно изменяться при подозрениях на конкретные дефекты при изготовлении ИМС.
КАЧЕСТВО СЛОЯ МЕТАЛЛИЗАЦИИ КЕРАМИКИ МАРОК ВК94, ВК95
Дерябин Денис Викторович, Алимова Елена Александровна, Смирнов Геннадий Алексеевич, Шульгин Александр Владимирович, Ольховой Алексей Александрович
Стр. 55 — 60
При производстве вакуумных электронных компонентов широкое применение нашли изделия из корундовой керамики с металлизированными поверхностями в качестве основного элемента вакуумного блока и (или) изолятора, спаянными с металлической арматурой. К спаям керамических изделий и металлической арматуры предъявляются повышенные требования по прочности и герметичности. Качество паяного шва керамического изделия с металлической арматурой зависит от многих факторов - это конструкция шва, качество металлической арматуры, качество металлизации керамических изделий и качество самой корундовой керамики. В данной статье рассматриваются причины низкой прочности и нарушения герметичности паяных швов корундовой керамики с металлической арматурой, вызванной некачественным слоем металлизации на поверхности керамики. Проведены исследования по влиянию процентного содержания кислорода в слое металлизации на усилие отрыва и вакуумную плотность после пайки. Определен химический состав поверхности слоя никеля, нанесенного на поверхность металлизации, в зависимости от его толщины и влияния толщины никелевого покрытия на качество паяных швов. Выяснены причины неудовлетворительного нанесения гальванического никеля.
ПРОЦЕСС ПРОВОРАЧИВАНИЯ ВКЛАДЫША СФЕРИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА НАКОНЕЧНИКА ДЕМПФЕРА НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА И ЕГО ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ
Семенихин Роман Леонидович
Стр. 61 — 66
Актуальность и цели . В статье разработана математическая модель часто возникающей в эксплуатации неисправности несущей системы вертолета - проворачивание вкладыша сферического подшипника наконечника демпфера несущего винта вертолета, которое обнаруживается визуально по смещению метки, нанесенной на вкладыш подшипника и корпус наконечника демпфера. Материалы и методы . Математическая модель разработана на основе анализа вибрационного воздействия на корпус наконечника демпфера, принимая во внимание, что рассматриваемая система максимально нагружена в состоянии близком к возникновению земного резонанса. Данная модель показывает, что ведущую роль в этом процессе играет коэффициент трения в подшипнике. С увеличением этого коэффициента до критического значения и появляется данная неисправность. Причиной увеличения коэффициента трения в подшипнике является обеднение смазки с наработкой изделия. Процесс обеднения смазки с наработкой изделия необратим для широко применяемых в настоящее время в конструкции вертолетов наконечников демпферов несущего винта, имеющих сферические подшипники, не требующие смазки в эксплуатации. С целью повышения надежности несущей системы и исключения появления проворачивания вкладыша сферического подшипника в статье рассматривается возможность использования наконечников демпферов несущего винта, требующих периодической смазки в эксплуатации. Для выбора наиболее подходящего наконечника демпфера несущего винта из имеющих одинаковые характеристики по нагрузкам предложены и научно обоснованы новые коэффициенты, оценивающие эффективность и рентабельность этих изделий. Результаты и выводы . Результаты, полученные в работе, могут быть рекомендованы разработчикам вертолетов для проектирования несущих систем вертолетов и для доработок в эксплуатации с помощью внедрения обязательных сервисных бюллетеней.
РИСК ПОТЕРИ НАВЫКА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПИЛОТАМИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Головнин Сергей Михайлович
Стр. 67 — 72
Статья посвящена проблеме человеческого фактора в пилотировании и влиянию тренировок курсантов (начинающих пилотов) на безопасность полетов. Рассматривается значимость упражнений, о которых заведомо не известно курсантам в процессе тренировки, их влияние на общую подготовку и скорость принятия решений пилотами гражданской авиации. Приводятся результаты моделирования тренировки курсантов с учетом неожиданных для них упражнений в виртуальной среде пилотирования, рассматриваются риски потери навыка решения проблем в условиях неопределенности с учетом влияния человеческого фактора на безопасность полетов и процесс подготовки курсантов гражданской авиации. Рассматриваются основные тренды в процессе подготовки пилотов гражданской авиации и приводится теоретическое обоснование результатов моделирования ситуации с помощью виртуальной среды пилотирования. Результаты исследования приводятся в графическом виде для наглядного отображения результатов и вероятных последствий с использованием статистического прогнозирования. Приводится статистика распределения факторов опасности по трем основным составляющих человек-машина-среда и объяснение статистических показателей по данным направлениям за прошедшие десятилетия в гражданской авиации. Упоминается о возможности и важности отработки нештатных ситуаций на воздушных судах с помощью виртуальной среды пилотирования, когда риск реального нанесения ущерба сведен к минимуму. Приводится формула расчета вероятности совершения ошибок пилотами гражданской авиации в процессе выполнения полетов на воздушных судах и варианты увеличения уровня и культуры безопасности полетов путем корректировки программ подготовки авиационных специалистов. Выводы и рекомендации статьи предполагается внедрять в программы подготовки специалистов гражданской авиации в перспективе с ориентацией на управленческие риски, возникающие в процессе управления организациями, являющимися элементами авиатранспортной системы с целью улучшения качества услуг в сфере гражданской авиации и безопасности полетов. Результаты внедрения будут подробно отражены в последующих статьях.
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕДАВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ КОГНИТИВНОЙ КАРТЫ
Прокофьев Олег Владимирович, Савочкин Александр Евгеньевич
Стр. 73 — 79
Состояние технически сложного объекта (ТСО) в процессе работы определяется с помощью комплекса параметрических датчиков, позволяющего определять характеристики динамики как внешней среды эксплуатации, так и показателей функционирования самого объекта. Выходные сигналы датчиков могут отображать наличие кратковременных, ступенчатых и прочих нагрузок, изменений в структуре случайной составляющей сигнала, а также позволяют сделать прогноз о приближении режима работы к предаварийной ситуации. Построение системы мониторинга возможно на концептуальной основе нечетких когнитивных карт. Данный подход позволяет не прибегать к усложнению применяемого математического аппарата и проводить имитационное моделирование процесса управления ТСО. Форма реализации системного подхода к проектированию в терминах нечетких когнитивных карт позволяет составить сценарии поведения системы мониторинга и управления, провести оценку информационной ценности выводов по результатам обработки сигналов отдельных датчиков.
ПЛАНИРОВАНИЕ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Садыхов Гулам Садыхович
Стр. 80 — 88
Актуальность и цели . Работа посвящена планированию ресурсных испытаний однотипных объектов с целью определения минимального количества этих объектов и минимальной продолжительности этих испытаний в зависимости от оценки нижней доверительной границы усеченного среднего ресурса. Материалы и методы . Ряд ограничительных условий, например, связанных с проведением дополнительных испытаний сверх назначенных сроков использования, не позволяет воспользоваться существующими как параметрическими, так и непараметрическими методами расчета указанных величин. Поэтому в работе найдены принципиально новые решения, не требующие дополнительных испытаний сверх назначенного срока эксплуатации. Доказаны формулы расчета минимального объема выборки и минимальной продолжительности ресурсных испытаний. Результаты . Результаты работы используются при планировании ресурсных испытаний изделий радиоэлектроники новых видов. Выводы . Доказаны формулы расчета минимального количества объектов и минимальной продолжительности испытаний в зависимости от оценки нижней доверительной границы усеченного среднего ресурса при заданной доверительной вероятности.
ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫЙ СПЕЦПРОЦЕССОР НА ОСНОВЕ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ КМОП-МАТРИЦ
Строев Владимир Михайлович, Комбарова Ирина Николаевна
Стр. 89 — 94
Основное преимущество дискретно-аналоговых спецпроцессоров (ДАС) на фоточувствительных приборах с зарядовой связью заключается в осуществлении пространственно-временной обработки одновременно с формированием изображения. Применение ДАС позволяет производить выделение неподвижных и движущихся малоконтрастных объектов на нестационарном фоне. Недостатком известных способов реализации ДАС является низкое быстродействие пространственно-временной обработки обусловленное тем, что обработка осуществляется последовательно и число дискретных накоплений всегда максимально независимо от условий наблюдения. Цель работы расширить функциональный диапазон ДАС и уменьшить время обработки. Достижение данной цели предполагается за счет использования фоточувствительных КМОП-матриц, основное преимущество которых заключается в наличии режима неразрушающего считывания. Предложена реализация дискретно-аналогового спецпроцессора (ДАС) на основе фоточувствительных КМОП-матриц, произведено сравнение с существующими реализациями ДАС на ФПЗС, уточнены условия реализации, исключающие фазовые искажения, получено выражение для частотной характеристики. В статье показано, что исключение фазовых искажений позволит повысить частоту кадров ДАС на основе высокоскоростных телекамер более, чем в 8 раз. Также применение фоточувствительных КМОП-матриц позволило реализовать обработку с применением нерекурсивной и рекурсивной фильтрации, адаптивную к условиям наблюдения.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ НАЗЕМНОГО ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА НА ЕГО ПРОПУСКНУЮ СПОСОБНОСТЬ
Литвиненко Руслан Сергеевич, Павлов Павел Павлович, Аухадеев Авер Эрикович
Стр. 95 — 103
Описана методика оценки пропускной способности элементов наземной городской электротранспортной системы с учетом надежности ее инфраструктуры, основанная на использовании в качестве коэффициента надежности комплексного показателя - коэффициента оперативной готовности. Городская электротранспортная система с позиций системного подхода рассматривается как сложная техническая система, состоящая из большого числа элементов, объединенных в подсистемы (тяговых единиц, тяговых подстанций, контактной сети; рельсовой линии и подрельсового основания), непосредственно участвующие в передаче и превращении электроэнергии в механическую работу тяговых электродвигателей. Начиная с 2010 г. предложенный подход учета надежности элементов транспортной инфраструктуры был апробирован при расчетах наличной пропускной способности железнодорожного транспорта. Поэтому существует объективная необходимость адаптации подобных решений к современным условиям пассажироперевозок городским электротранспортом. Для решения этой задачи помимо введения коэффициента оперативной готовности оценивания пропускной способности элементов инфраструктуры маршрутных линий городского электрического транспорта предлагается производить в суточном интервале времени, а не в часовом, как делалось ранее. При создании новых пассажирских маршрутов или модернизации старых описанная методика позволяет практически оценить прогнозируемые показатели дорожного движения и соответствие элементов инфраструктуры транспортной линии возможностям планируемых к использованию тяговых единиц.