ЭВОЛЮЦИЯ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИИ ВООРУЖЕНИЯ И ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ ВОЕННЫХ НАУК

№ 4(05)/200

В.И. МИЩЕНКО,

доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент АВН

ЭВОЛЮЦИЯ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИИ ВООРУЖЕНИЯ И ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ

Современные образцы вооружения и военной техники (ВВТ) представляют собой сложные технические системы (СТС). Очевидно, что одной из основных характеристик является их эффективность. Традиционно в качестве такой характеристики использовался один из комплексных показателей надежности. При этом в силу достаточно большого количества серийно производимых образцов ВВТ для оценки этой характеристики использовалась и используется вероятность застать образец ВВТ в работоспособном состоянии в произвольный момент времени. Эта вероятность в ГОСТ 27002-89 определена как коэффициент готовности.

Расчет этой вероятности основывается на той или иной модели процесса эксплуатации. При этом уровень сложности модели определяется не только перечнем учитываемых факторов, но и соответствующим уровнем сложности самой технической системы, наличием в последней разнородных подсистем и элементов.

Так, для простых систем (например, стрелкового оружия) характерна эксплуатация в виде чередующихся интервалов безотказной работы и восстановления. Такой простейший процесс описывается одноканальной системой массового обслуживания (СМО) с отказами, имеющей в составе работоспособное состояние и состояние восстановления (рис. 1).

Для стационарного процесса вероятность застать процесс в первом состоянии, соответствующая коэффициенту готовности, запишется в виде

Другими словами, вероятность застать систему в работоспособном состоянии соответствует введенному ГОСТом более 30 лет назад коэффициенту готовности. Этот показатель и соответствующая ему модель описывают процесс эксплуатации необслуживаемых систем.

Сложные технические системы обладают некоторым уровнем избыточности, позволяющим накапливать соответствующее этому уровню количество отказов элементов, не приводящих к отказу системы в целом. Эти отказы относительно системы, очевидно, являются неисправностями. Для восстановления этой избыточности на СТС проводится обслуживание, в рамках которого осуществляются контроль технического состояния системы и в случае необходимости - текущий ремонт. Таким образом поддерживается готовность системы к применению. Текущий ремонт восстанавливает ресурс элемента. Это восстановление заключается в замене отказавшего элемента или в установке параметра в соответствующем поле допусков. Формальное описание такого процесса эксплуатации представляется полумарковской моделью, граф которой представлен на рис. 2.

При заданном с помощью матрицы вероятностей перехода вложенной марковской цепи (ВМЦ) и матрицы условных функций распределения полумарковском процессе (ПМП)1 представляет интерес все тот же коэффициент готовности, рассчитанный уже с учетом периодичности, продолжительности обслуживания. При этом коэффициент готовности весьма сходный с коэффициентом технического использования, принятом в том же ГОСТе, рассчитывается как стационарное распределение вероятностей ПМП

В этой модели в отличие от предыдущей учтены периодичность и продолжительность технического обслуживания. В то же время эффективность эксплуатации СТС существенно зависит от качества обслуживания. В этом плане выделяются полумарковские модели Л. И. Волкова2 и Е. И. Сычева3.

В полумарковской модели Л.И. Волкова насчитывается уже пять состояний, а именно: Е1 - работоспособное состояние; Е2 - периодические проверки работоспособного ОК; Е3 - ОК восстанавливается после возникновения действительных, ложных и скрытых отказов; Е4 - ОК неработоспособен (скрытый отказ); Е5 - периодические проверки ОК со скрытым отказом.

Граф эволюции состояний представлен на рис. 3.

В отличие от вышеуказанной модели модель профессора Е.И. Сычева уже насчитывает не только шесть состояний, но и описывает процесс эксплуатации более корректно. В частности:

Е1 - ОК работоспособен; Е2 - ОК отказал; Е3 - ОК проверяется в случае отказа; Е4- ОК восстанавливается; Е5 - ОК проверяется, когда он работоспособен; Е6 - ОК проверяется в неисправном состоянии.

Граф состояний представлен на рис. 4, где D - вероятность обнаружения отказа в ОК.

Приведенная модель учитывает метрологическое обеспечение эксплуатации СТС, но не учитывает безотказность средств измерений. Кроме того, в этой модели не учитывается составляющая эффективности технического обслуживания, определяемая обеспеченностью запасными частями и стратегией их пополнения. Существует еще одно ограничение в использовании данной модели процесса эксплуатации. Оно обусловлено предположением автора об идентичности восстановления системы после ложной регистрации отказа и действительного обнаружения отказа системы. В то же время основным отличием восстановления работоспособности системы в этих случаях является то, что в первом случае проводится повторный контроль по отказавшему техническому параметру, а во втором случае восстанавливается ресурс элемента путем замены на исправный или регулировки.

Свободной от приведенных ограничений для радиоэлектронных систем (РЭС) является модель, предложенная ниже.

В этой модели присутствуют семь состояний и она в отличие от предыдущей учитывает существенное отличие процесса восстановления после ложного и после действительно обнаруженного отказа. Множество возможных состояний процесса эксплуатации включает:

Е1 - ОК работоспособен (исходное состояние ПМП);

Е2 - ОК отказал и находится в состоянии со скрытым отказом (неисправностью) до начала проверки (частичный отказ);

Е3 (Е4) - ОК проверяется при условии, что он к началу проведения проверки работоспособен (неисправен);

Е5 - ОК проходит расширенный контроль в случае ложной регистрации отказа;

Е6 - ОК функционирует с неисправностью (частичным отказом) до очередной проверки (при имеющейся заданной полноте контроля данный отказ РЭС не обнаруживается, самостоятельно не проявляется и приводит к снижению эффективности функционирования ОК);

Е7 - ОК проходит расширенный контроль, подтверждающий наличие отказа, и восстанавливается. Размеченный граф процесса представлен на рис. 5.

При расчетах необходимо учитывать тот факт, что надежность СТС зависит от интенсивности его эксплуатации. Учет этого фактора производится с помощью коэффициента интенсивности эксплуатации К и параметр потока отказов СТС в этом случае рассчитывается по формуле

Соотношения для параметров потока отказов СТС и ее аппаратуры контроля перепишутся в виде

Литература

1. Королюк В. О., Турбин А. Ф. Фазовое укрупнение сложных систем К.: Вища школа, 1978. 112 с.

2. Волков Л. И. Управление эксплуатацией летательных аппаратов М.: Высшая школа, 1981. 368 с.

3. Сычев Е. И. Метрологическое обеспечение радиоэлектронной аппаратуры (методы анализа). Учебное пособие для ВУЗОВ. М.: РИЦ «Татьянин день», 1994. 277 с.

4. Мищенко В. И. Комплексное обоснование требований к основным параметрам системы эксплуатации радиоэлектронных систем. Смоленск: ВУ войсковой ПВО ВС РФ, 1999. 176 с.