МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МАТИ» – РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСТИТЕТ имени К.Э.ЦИОЛКОВСКОГО (МАТИ)

Кафедра “Стартовые комплексы”

Утверждено на

заседании кафедры

25 Января 2012 г.

Методические указания

к практическим работам по дисциплине

“ ИСПЫТАНИЯ, НАДЕЖНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ КОМПЛЕКСОВ (ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РКК) ”

Направление 160100 “Авиа- и ракетостроение”

Тема:

Методика эксплуатации оборудования стартовых комплексов

(4 часа)

Авторы:

С. И. Винцаревич

Москва – 2012

Содержание

Введение………………………………………………………………………3

1. Постановка задачи исследования и структура комплексной методики эксплуатации оборудования стартовых комплексов по фактическому состоянию………………………………………………………………………..4

2. Методика прогнозирования срока службы элементов комплексов…………………………………………………………………………….11

Выводы……………………………………………………………………….20

Библиографический список…………………………………………………22

Введение

Выполненный проблемный анализ показал, что в настоящее время вопросы обеспечения качества и, в первую очередь, надежности изделий интенсивно развиваются. Разработаны математические методы и модели, ставшие классическими в задачах оценки показателей работоспособности. Среди них важная роль отводится методам анализа потери работоспособности системой и поискам возможных путей ее предотвращения.

Однако, во всех методах теории надежности установление факта отказа считается достоверным событием.

При этом не учитывается, что при контроле функциональных параметров сложных технических систем, а также диагностике места возникновения отказа решение о работоспособном или неработоспособном состоянии системы принимается на основе измерений, неизбежно связанных с погрешностями. Не учитываются те обстоятельства, что проведение контроля и диагностики требует в ряде случаев отключения компонент системы, проведения специальных диагностических тестов, а восстановление работоспособности требует транспортировки к месту ремонта, ожидания своей очереди, послеремонтного контроля и пр.

Все эти факторы неизбежно влияют на готовность систем и должны учитываться при расчетах коэффициента готовности.

1. Постановка задачи исследования и структура комплексной методики эксплуатации оборудования стартовых комплексов

по фактическому состоянию

Классические методы теории надежности базируются на использовании средних для партии идентичных изделий показателей. При этом показатели отдельных систем могут значительно отличаться от средних значений. Сложные технические системы достаточно часто являются единичными и уникальными; для них, во-первых, просто не возможно собрать информацию для точной оценки исходных показателей, а, во-вторых, решения, являющиеся оптимальными в среднем, могут оказаться неудовлетворительными для конкретной системы.

Все перечисленные особенности требуют разработки новых подходов к эксплуатации таких систем, как оборудование стартовых комплексов.

Одним из современных подходов является эксплуатация систем по фактическому состоянию, когда вместо нормативного планирования технологического обслуживания осуществляется слежение за параметрами оборудования, определяющими его работоспособность, и принимаются текущие решения о необходимости регулировки и ремонта или продолжении эксплуатации [3, 7]. Слежение за фактическим состоянием системы позволяет не только продлить ее срок службы, но и осуществить "превентивный" подход, т.е. обнаружить предотказное состояние и провести профилактические работы, не дожидаясь наступления отказа. Это особенно актуально для систем, отказы которых приводят к тяжелым последствиям. Несмотря на явную привлекательность "превентивного" подхода, он до сих пор не получил широкого распространения вследствие его более высокой сложности по сравнению с традиционными методами допускового контроля.

Анализ традиционных методов оценки надежности позволяет определить техническую систему, в рамках которой анализируется проблема (рис. 1.6). Привлечение системного анализа приводит к новому подходу к эксплуатации оборудования стартовых комплексов с точки зрения снижения средних затрат, перераспределения общих затрат на мероприятия по предупреждению дефектов и увеличения срока эксплуатации.

Предлагается методологическая схема, в состав которой входит композиция трех систем:

- оборудование стартового комплекса (ОСК),

- система технического обслуживания (СТО),

- операционная система (ресурсы и персонал),

рассматриваемая как единая техническая система. Взаимосвязи (отношения) между указанными системами определяются в результате разработки и исследования математической модели эксплуатационного периода жизненного цикла стартовых комплексов. Как показал анализ, перспективной референтной моделью при формализации частных задач эксплуатации является определение фактического состояния системы.

Следует определить операционную систему (рис. 1.6). Операционная система "перерабатывает" ресурсы с целью получения некоторого полезного эффекта при взаимодействии указанных подсистем (ОСК и СТО) и формирует ограничения, присущие проблеме (1, 2 на рис. 1.6).

Система рассматривается с использованием терминальных переменных: входов и выходов, что и позволяет исследуемую техническую систему рассматривать как систему, в которой задано текущее состояние.

При рассмотрении системы "ОСК-СТО" как объекта исследования целесообразно распределить все переменные, характеризующие систему (рис. 1.7), на три множества:

- входные переменные , характеризующие внешние воздействия на входы системы;

- переменные состояния  - внутренние (промежуточные) переменные, совокупность которых полностью характеризует свойства системы;

- выходные переменные , представляющие те реакции на внешние воздействия и те состояния системы, которые интересны с точки зрения цели исследования.

Собственно, в такой постановке система, ее входы и выходы - это три взаимосвязанных объекта, которые в каждой конкретной ситуации определяются соответственно описанием системы (структура и свойства компонент или математическая модель системы), а также заданием множеств входных и выходных переменных.

рис. 1.7

В зависимости от того, какой из этих объектов подлежит определению (при остальных двух заданных), рассматриваются три типа задач моделирования системы:

- анализ,

- синтез,

- измерение.

В рамках математической модели эксплуатации оборудования стартовых комплексов определяются входы системы (неуправляемые: , и управляемые , , и ); в качестве выхода рассматриваются средние затраты на эксплуатацию и коэффициент готовности оборудования. Решается задача синтеза структуры комплексной технической системы "ОСК-СТО" (определяются ее возможные состояния). Наличие ограничений на область изменения входных и выходных переменных, сформированных операционной системой, приводит к необходимости постановки и решения оптимизационных задач.

В связи с этим методологическая схема, представленная на рис. 1.6, дополняется комплексной методикой эксплуатации оборудования стартовых комплексов по фактическому состоянию, в рамках которой формируется связанная совокупность частных методик анализа, синтеза и контроля. Разработка этой методики является целью исследований, освещаемых в монографии.

Подведем предварительные итоги обсуждению и сформулируем постановку задачи.

1. Оборудование стартового комплекса относится к классу многофункциональных, многокомпонентных технических систем, недостаточная надежность которых может привести не только к чрезмерным эксплуатационным издержкам (ремонт и профилактика), но и более тяжелым последствиям (невыполнение задачи, опасные ситуации, аварии).

2. С точки зрения уменьшения средних затрат на эксплуатацию предлагается обслуживание по фактическому состоянию, что

- во-первых, позволяет реализовать стратегию по предотвращению отказов;

- во-вторых, меняет классические надежностные модели, в которых установление факта отказа считается достоверным событием, и, как правило, не учитываются погрешности измерений контролируемого параметра.

3. Переход к новым моделям надежности требует системного анализа задач эксплуатационного периода жизненного цикла оборудования стартового комплекса; формирования понятия "система" применительно к предметной области исследований; использования для описания системы терминальных переменных, на основе которых реализуется подход к анализу текущего состояния ОСК.

4. Предложена методологическая схема, позволяющая выполнить структуризацию исследуемой проблемы.

Исходя из всего выше сказанного, следует, что для решения задачи необходимо:

- разработать математическую модель эксплуатации оборудования, учитывающую основные фазы процесса эксплуатации, отражающую процесс переходов системы в пространстве состояний работоспособности и независимую от конкретной структуры комплекса и стратегии его обслуживания;

- провести анализ возможности снижения размерности этой модели путем исследования степени влияния на коэффициент готовности основных параметров оборудования и системы его технического обслуживания;

- найти оптимальные соотношения между противоречивыми требованиями к основным параметрам мегасистемы "оборудование - техническое обслуживание";

- произвести декомпозицию основных параметров на компоненты оборудования;

- провести сопоставление теоретических и практических значений основных параметров;

- выявить возможность перехода к эксплуатации по фактическому состоянию без кардинальных изменений существующих систем контроля, диагностики и технического обслуживания, для чего разработать связанную совокупность частных методик;

- рассмотреть прикладные задачи, подтверждающие эффективность полученных научных результатов.

Приведенный круг проблем и составляет постановку задачи проводимых исследований.

Структура комплексной методики эксплуатации ОСК по фактическому состоянию приведена на рис. 1.8.