3344

накопления неисправностей, можно поступить следующим образом: определить вероятность отказа в момент времени ti и ti + t ; затем вычислить приращение вероятности появления отказа элемента за время Δt:

Q( t) Q(ti t) Q(ti) .

Определив приращение вероятности отказа в достаточно большом числе сечений оси времени, можно построить гистограмму, которая будет показывать процесс накопления неисправностей во времени.

Таким образом, может быть описан процесс накопления неисправностей РЭС в том случае, если возможно определить процесс постепенного изменения параметров элементов.

Процесс накопления внезапных отказов РЭС можно описать на основе статистических данных о времени безотказной работы элементов. Известно, что время безотказной работы элементов в случае их внезапных отказов распределяется по экспоненциальному закону с плотностью вероятности

f (t ) = exp(−λt ),

где λ – интенсивность внезапных отказов.

Процесс предотвращения отказов в общем виде заключается в том,

что при достижении параметром РЭС значения, равного упреждающему допуску (ГОСТ 2412–80), параметр определенным образом будет возвращен в область работоспособности, предусмотренную нормативнотехнической документацией. Введение упреждающих допусков позволяет значения параметров разделить на три области, соответствующие трем состояниям объекта: исправному, предотказовому, требующему проведения работ по предотвращению отказа, и неработоспособному.

41

Необходимость проведения работ по предотвращению отказов, т. е. по управлению техническим состоянием, определяется в процессе ТО. В связи с этим в любой структуре ТО должна быть выработана система правил управления техническим состоянием объекта. Такая система правил составляет стратегию технического обслуживания. В системе ТО РЭС ГОСТ предусматривает два основных вида стратегии: по наработке и по состоянию.

4.3. Стратегия технического обслуживания по наработке

Стратегия ТО по наработке определяется как стратегия, согласно которой перечень и периодичность выполнения операций по профилактике определяются значением наработки изделия с начала эксплуатации или после капитального (среднего) ремонта. Использование данной стратегии предусматривает единые для всех однотипных элементов определенных систем перечень и периодичность выполнения работ по ТО.

Анализ отказов современной РЭС показывает, что в конструкции многих типов оборудования имеется сравнительно небольшое число элементов с повышенной интенсивностью отказов (магнитроны, клистроны, антенные переключатели и др.).

Обычно число таких элементов невелико по сравнению с общим числом элементов радиосистемы. Отказы их носят внезапный характер и в конечном итоге приводят к увеличению времени ремонта, ухудшению коэффициента готовности, снижению других показателей надежности.

В современных условиях единственным способом предотвратить отказы системы за счет выхода из строя слабых по надежности элементов является их своевременная замена. Правило замены элементов должно быть таким, чтобы обеспечить наименьшие в среднем потери при эксплуатации и

42

повысить надежность РЭС в целом. Успешное решение задачи обеспечивается разработкой стратегии ТО по наработке.

В качестве показателя системы ТО, на основе которого решается задача определения оптимального времени наработки, по истечении которого элемент заменяется при эксплуатации системы, принимается коэффициент оперативной готовности элемента. Физический смысл коэффициента состоит в вероятности застать элемент в исправном состоянии в момент времени t и проработать после этого времени в течение Δt.

Решение задачи ТО по наработке подробно описано в технической литературе [4]. В настоящее время для любого технического средства, находящегося в эксплуатации, разработаны регламенты технического обслуживания по наработке, которые являются обязательными при эксплуатации радиооборудования и средств связи.

4.4. Стратегия технического обслуживания по состоянию

Стратегия ТО по состоянию – это стратегия, согласно которой перечень и периодичность выполнения операций определяются фактическим состоянием изделия в момент начала ТО.

Данная стратегия более прогрессивна по сравнению со стратегией по наработке. Стремление к ее использованию вызвано тем, что планово-предупредительная система ТО не позволяет устранить противоречие между возросшим объемом работ и требованием обеспечения необходимого качества функционирования авиационной техники.

При этом объем и периодичность работ определяются по результатам непрерывного или периодического контроля технического состояния каждого изделия [1,3]. Периодичность контроля может назначаться индивидуально для каждого изделия на основе его технического состояния. Признаком, на

43

основе которого выполняется та или иная операция ТО, служит предотказовое состояние РЭС. В зависимости от способов определения предотказового состояния различают два вида стратегии ТО по состоянию: с контролем параметров и с контролем уровня надежности. В первом случае признаком предотказового состояния является значение параметра. Предотказовое значение устанавливают расчетным или опытным путем. Стратегия по состоянию с контролем параметров используется в системе ТО таких РЭС, отказы которых влияют на безопасность полетов. Поскольку в процессе определения технического состояния РЭС могут быть ошибочные решения, эффективность системы ТО в этом случае в значительной мере будет определяться характеристиками средств контроля. Высокое качество эксплуатации должно обеспечиваться применением автоматизированных систем диагностики.

Признаком технического состояния при контроле уровня надежности является возникновение отказа. Следовательно, использование стратегии обслуживания по состоянию при оценке надежности возможно только для авиационной техники, отказы которой не влияют на безопасность полетов. Этот вид обслуживания предполагает контроль надежности на основании статистических данных по отказам группы однотипных изделий и включает следующие виды работ: сбор и обработку статистической информации о надежности элементов и узлов РТА, разработку методики и определение допустимого уровня надежности, разработку рекомендаций по поддержанию требуемого уровня безотказности.

Если при планово-предупредительной системе ТО решение о проведении определенных видов ТО принимается априорно, без установления фактического состояния эксплуатируемого РЭС, то в системе ТО по состоянию проведению операций ТО предшествует процедура определения технического состояния аппаратуры. При

44

хорошем техническом состоянии необходимость в проведении ряда операций по ТО отпадает. Именно в этом суть преимущества такого вида обслуживания по состоянию с контролем параметров. Однако эта стратегия окажется более выгодной только при определенных условиях, которые и предстоит выявить с помощью обоснованного критерия.

При установлении фактического состояния РЭС (исправного или неисправного) с помощью системы контроля и возможных ошибочных решений могут быть следующие заключения о состоянии РЭС: «исправное» с вероятностью p и «неисправное» с вероятностью q. При этом в качестве условных рисков принимаются потери, которые целесообразно выразить в стоимостных оценках. Стоимостные оценки при этом следующие: Сопр – затраты на определение технического состояния РЭС, СТО – затраты на операции ТО, выполняемые по результатам определения технического состояния; Снв – потери вследствие невыполнения оперативной задачи, так как к обеспечению производственной деятельности авиапредприятия может быть допущено неисправное оборудование.

Составляющие рисков могут быть определены в каждом конкретном случае для любого типа оборудования. Средний условный риск [3] может быть представлен

Rp 1 Cопр Сопр СТО

q Сопр СНВ 1 Сопр СТО .

Поскольку в планово-предупредительной системе ТО при любом обслуживании затраты равны СТО, то критерий

γ = СТО /R может служить технико-экономическим критерием эффективности системы ТО.

Тогда

45

q Сопр СНВ 1 Сопр СТО

Впредставленное выражение критерия кроме чисто экономических затрат СТО, Сопр, Снв входят вероятности ошибочных решений α и β.

Эти величины определяются характеристиками объекта эксплуатации и характеристиками средств контроля технического состояния. Следовательно, критерий γ устанавливает связь между надежностными характеристиками объекта эксплуатации, показателями системы контроля и экономическими факторами.

Наиболее наглядно преимущество системы ТО по состоянию с контролем параметров проявляются, если определение ТО будет производиться безошибочно, т. е. при α

=β = 0. В этом случае

Преимущества системы ТО по состоянию еще больше возрастут, если затраты на определение технического состояния будут существенно меньше затрат на ТО, т. е. Сопр<< CТО. В этом случае γ = q–1.

Из приведенного следует, что стратегия технического обслуживания по состоянию с контролем параметров особенно эффективна при эксплуатации высоконадежных типов РЭС.

В реальных условиях соблюдение неравенства Сопр<< CТО возможно при использовании эффективных автоматизированных систем контроля и диагностики технического состояния РЭС.

Другой разновидностью стратегии ТО по состоянию является стратегия с контролем уровня надежности. Признак

46

технического состояния объекта при такой стратегии – возникновение отказа. Следовательно, использование такой стратегии возможно только для изделий авиационной техники, отказы которых не влияют на безопасность полетов.

Здесь предполагается контроль надежности на основании статистических данных по отказам группы однотипных изделий. Использованию данной стратегии на практике должен предшествовать комплекс организационнотехнических мероприятий, основные из которых следующие:

-сбор и обработка статистической информации для оценки уровня надежности на основе статистических методов; задачей этого этапа является получение достоверных данных о фактическом уровне надежности;

-разработка методики и определение допустимого уровня надежности;

-разработка методики сравнения допустимого уровня надежности с фактическим;

-разработка рекомендаций по поддержанию требуемого уровня безотказности.

Такими рекомендациями могут быть как конструктивно-технологические, так и эксплуатационные меры, в качестве которых используются введение дополнительных работ по ТО, облегчение режимов эксплуатации и др.

В качестве показателя фактического уровня надежности может использоваться параметр потока отказов ω(t ) , который удобно вычислять на основании статистических данных по эксплуатации парка однотипных изделий. Исходной информацией при этом является число наблюдаемых в процессе эксплуатации объектов, наработка объектов на отказ, число отказов. В качестве критерия эффективности системы ТО используют один из комплексных показателей надежности. Следует отметить высокую экономическую эффективность данной стратегии, поскольку ее применение позволяет полностью использовать ресурс изделия. Однако это эффективно только в том случае, если отказы изделия не

47

приводят к большим потерям в производственной деятельности авиапредприятия.

Практическое использование стратегии по уровню надежности заключается в том, что через определенные промежутки времени вычисляют значение параметра потоков отказов. Исходная информация при этом: число однотипных элементов N, число однотипных образцов n и наработка Т. Уровень надежности однотипных элементов контролируют путем сравнения фактического числа отказов nф c допустимым nq. Допустимое число отказов определяют по значению потока отказов эксплуатируемого оборудования. Повышение фактического числа отказов, по сравнению с допустимым, свидетельствует о существенном снижении надежности и необходимости разработки мероприятий по ее повышению.

5.ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТОЙКОСТИ

ИУСТОЙЧИВОСТИ РЭС ПРИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

5.1.Основные задачи и процедуры теплового проектирования устройств и комплексов РЭС

К настоящему времени такие основные тенденции и направления развития радиоэлектронных средств (РЭС), в том числе применяемых в сфере связи и телекоммуникаций, как рост степени интеграции и быстродействия элементной базы, широкое применение СБИС, реализация и использование систем на кристалле; повышения функциональной сложности компонентов, узлов и устройств; широкое применение цифровых методов обработки сигналов и постоянное повышение производительности цифровых устройств; миниатюризации конструкций и увеличение плотности компоновки на всех уровнях иерархии; расширение области использования и эксплуатация таких РЭС в различных, в том

48

числе весьма жестких, внешних условиях привели к резкому росту удельных тепловых потоков и усилению тепловых воздействий, что поставило задачи обеспечения тепловых режимов в число наиболее важных в процессе проектирования РЭС связи. Поэтому обязательной частью процесса проектирования современных устройств и комплексов связи и телекоммуникаций является тепловое проектирование, а в состав САПР РЭС входят специализированные подсистемы и пакеты программ.

Основой для проведения теплового проектирования является созданное к настоящему времени обширное математическое обеспечение (МО), включающее значительное число математических моделей (ММ), методов, алгоритмов и методик анализа тепловых процессов в конструкциях РЭС различных типов. Базой для построения ММ и методик моделирования служат как аналитические, так численные методы. Под тепловым проектированием понимается часть процесса проектирования конструкций РЭС, в которой решаются задачи обеспечения нормального теплового режима устройств и комплексов. Тепловое проектирование делится на этапы, соответствующие делению конструкции РЭС на иерархические уровни.

Типовая структура конструктивной иерархии современных РЭС, в том числе применяемых при построении устройств, средств и комплексов связи, представлена на рис. 5.1 [5].

49