КОНТРОЛЬ, ДИАГНОСТИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ

Обычно эффективность воздушного транспорта определяют по безопасности (БП) и регулярности полетов, себестоимости перевозок. БП зависит от надежности и правильного использования авиационной техники (АТ) при эксплуатации. Надежность АТ при эксплуатации зависит от качества технического обслуживания (ТО) и ремонта (данные ИКАО - причина 10..15% авиационных происшествий отказы и неисправность АТ. На земле при ТО выявляют и устраняют ~98% отказов, 1..2% выявляют в полете и парируют правильными действиями экипажа и 0.01% приводят к авиационным происшествиям).

Несмотря на увеличение надежности элементной базы систем авиационного оборудования (АО), рост их объема и сложности является одной из причин появления отказов. Длительность простоев АТ можно сократить за счет уменьшения времени определения работоспособности объектов и поиска места отказа. Для решения этой проблемы разрабатывают и внедряют в эксплуатацию прогрессивные методы и средства контроля технического состояния (ТС) АО.

Техническое состояние - совокупность свойств объекта, которые подвержены изменению при производстве/ эксплуатации и характеризуются признаками (установлены нормативно-технической документацией на объект, которая определяет требования к технике, порядок и объем работ, правила эксплуатации), которыми являются определенные области значений качественных и количественных характеристик свойств объекта. Видами ТС (рис. 1), в зависимости от фактических значений признаков, являются:

- исправность. Состояние, при котором объект соответствует всем требованиям нормативно-технической документации;

- неисправность. Состояние, при котором объект не соответствует хотя бы одному требованию нормативно-технической документации;

- работоспособность. Состояние, при котором объект может выполнять заданные функции, сохраняя значения основных выходных параметров (определяют способность объекта выполнять заданные функции) в заданных пределах, а не основные характеристики могут не соответствовать требованиям (например, коррозия). Следовательно, работоспособный объект может быть неисправным, а исправный - всегда работоспособен;

- неработоспособность. Состояние, при котором значение хотя бы одного осовного параметра, не соответствует требованиям нормативно-технической документации.

Рис. 1. Взаимное расположение областей видов ТС объектов

А - множество неисправных состояний;

В - множество работоспособных состояний;

1 - область состояний отказов;

2 - область исправных состояний;

3 - область работоспособных состояний;

4 - область неработоспособных состояний с правильным функционированием в определенных режимах

При одном и том же ТС объект может быть работоспособным для одних условий применения и неработоспособным для других (например, авиационный двигатель после перехода в неработоспособное состояние на ВС может быть работоспособным как источник механической/тепловой энергии в наземных установках):

- правильное функционирование. Применяемый по назначению объект в текущее время выполняет предписанный алгоритм работы. Объект может быть в таком неработоспособном состоянии, когда он правильно работает в одних режимах и неправильно в других. Работоспособный объект правильно работает на всех режимах;

- неправильное функционирование.

В общем случае любой объект может быть в одном из многих работоспособных и неработоспособных состояний. Для простоты считают, что объект имеет только одно работоспособное состояние, т.е. различные сочетания значений не основных параметров, которые не соответствуют нормативно-технической документации, объединяют в одну группу. Число неработоспособных состояний объекта определяет число возможных отказов элементов и их сочетаний и зависит от требуемой подробности контроля.

Отказом называют переход изделия из работоспособного в неработоспособное состояние в заданных условиях применения. Отказы АТ возникают из-за наличия конструктивных и производственных недостатков, малого объема испытаний после изготовления, неудовлетворительной контролепригодности и недостаточности контроля ТС при ТО.

Задачей ТО и ремонта является оценка ТС объекта, восстановление отказавших объектов и сокращение отказов/дефектов за счет их своевременного предупреждения. Существуют такие виды и формы ТО АТ:

- оперативное. Основное назначение - устранение возникших в полете и на земле отказов в системах ВС и подготовка его к вылету. Оперативное ТО имеет следующие формы работы:

- по встрече. Выполняют сразу после посадки ВС;

- по обеспечению стоянки ВС;

- по осмотру и обслуживанию (форма А1 - устранение выявленных отказов, осмотр и проверка работоспособность систем; А2 - аналогична А1, только больше объем; Б - объем больше чем в формах А1 и А2);

- по обеспечению вылета. Выполняют перед вылетом ВС после форм А1, А2, Б и повторно при задержке вылета более 1 часа;

- периодическое. Содержание работ:

- предварительное (подготовка рабочих мест, открытие люков, подключение источников питания);

- смотровые;

- стандартные (демонтаж агрегатов, контроль их ТС в лаборатории, выполнение регулирововчных работ и текущего ремонта, монтаж агрегатов на борт, регулировка и проверка работоспособности на борту);

- заключительные (закрытие люков/отсеков, контроль наличия инструмента, оформление документации).

Выполняют в базовых аэропортах через определенное время налета:

- форма №1 - через 300±30 ч налета;

- форма №2 - через 900±30 ч налета;

- форма №3 - через 1800±30 ч налета;

или по календарному времени при малом налете (определяется числом посадок):

- форма 1к - через 3 мес+15 сут;

- форма 2к - через 9 мес+15 сут;

- форма 3к - через 18 мес+15 сут;

или числом посадок (для учебно-тренировочных полетов) - 300, 600, 900.

- сезонное. Регламетируются особенности эксплуатации для осенне-зимнего и весенне-летнего сезонов;

- специальное. Выполняют после полета в нестандартных условиях;

- при хранении. Выполняют через каждые 10 и 30 дней хранения.

При выполнении ТО АТ существуют следующие методы обслуживания:

- одноразовый. Все работы этой формы ТО выполняют за одно обслуживание. ВС для полетов не используют;

- поэтапный. Комплекс операций каждой формы ТО разбивают на равные части в виде отдельных этапов с сохранением установленной периодичности операций;

- по системный. Исполнитель выполняет работы на закрепленных за ним системах (например, двигатель и т.д.);

- зонный. За исполнителем закрепляют определенные зоны ВС (кабина, технический отсек и т.д.);

- кооперированный. Если авиакомпания имеет разнотипные ВС, то периодические формы ТО проводят по договору с другими авиакомпаниями, АТБ которых могут качественно выполнить ТО типа ВС;

- по техническому состоянию:

- эксплуатация до отказа. Изделие эксплуатируют до отказа, после чего его ремонтируют в АТБ или снимают с эксплуатации для заводского ремонта или списания. При эксплуатации постоянно проводят статистическую обработку отказов, определяют и сравнивают уровень надежности с заданным, т.е. контролируют уровень надежности эксплуатируемого изделия, для чего надо знать - число эксплуатируемых объектов и значение их наработки, наработку на отказ и его последствия, стоимость замены/ремонта;

- эксплуатация до предотказового состояния. Особенность метода в отсутствии для объекта определенного межремонтного ресурса. Задача сводится к управлению ТС объекта, при котором постоянно или периодически контролируют параметры, определяющие ТС объекта. По результатам контроля принимают решение о продолжении эксплуатации до момента следующего контроля или замене объекта. При этом надо непрерывно контролировать параметры в полете, а для выявления предотказного состояния объекта использовать принцип упреждающих допусков на определяющие/диагностические параметры (рис. 2).

Рис. 2. Принцип упреждающих допусков на определяющие/диагностические параметры (Х_С - значение определяющего сигнала; Х_min, Х_max - минимальная/максимальная граница допуска на параметр; Х_УН, Х_ВН - минимальная/максимальная упреждающая граница допуска на параметр; D - величина упреждения допуска)

Величину упреждения допуска D назначают с учетом скорости ухода параметра, длительности межконтрольного периода и вероятности достижения параметром границ Х_min и Х_max;

- ремонт. Комплекс операций по восстановлению исправности, работоспособности или ресурсов изделий АТ. Существуют такие виды ремонта:

- плановый (капитальный, регламетированный, средний, по ТС);

- внеплановый (текущий, аварийный).

Для определения ТС объекта используют специальные методы и технические средства контроля.

Под контролем ТС понимают определение вида ТС объекта, который в общем случае состоит из операций по проверке работоспособности, локализации и прогнозирования отказов. Составными элементами контроля ТС являются:

- измерение контролируемых параметров;

- анализ полученных данных для распознавания вида ТС и места отказа с заданной подробностью;

- управление процессом контроля.

Объектом контроля называютлюбой объект, состояние которого контролируют.

Прогнозированием ТС (прогноз - предвидение изменений развития и исхода событий, явлений и процессов на основании полученных данных) называют определение ТС ОК на предстоящий интервал времени. Целью прогнозирования может быть определение интервала времени, в течение которого сохранится ТС ОК, соответствующее данному времени.

Сокращение отказов возможно только при использовании методов прогнозирования ТС ОК. При отсутствии контроля ТС ОК момент и место отказа являются случайными. При углублении контроля области случайного времени и места отказа ОК сужаются, т.е внешние случайные воздействия на ОК находятся в области допустимых значений, которые правильно учтены при создании ОК (например, отказ датчика термометра выходящих газов авиадвигателя считали случайным/ внезапным, но исследования выявили зависимость значения электрического сопротивления и времени наработки термопары до отказа, что позволило прогнозировать область времени появления отказа).

Если бы глубокий контроль ТС охватывал все элементы ОК, то можно было бы избывиться от отказов в полете. Однако, практически выполнить глубокий контроль всех элементов ОК невозможно, поэтому ограничиваются контролем только некоторых параметров ОК, по которым с определенной вероятностью можно судить о его фактическом ТС в настоящем и будущем. Задача состоит в том, чтобы найти оптимальное число наиболее информативных параметров.

Чаще всего внезапность появлении отказов в объекте является следствием недостатка знаний о развитии отказов. Однако, если есть возможность получать информацию об этих процессах, то «внезапные» отказы трансформируются в «постепенные», для которых разрабатывают и используют специальные методы прогнозирования.

Исследование методов анализа полученных данных для распознавания вида ТС ОК и места отказа является предметом технической диагностики.

Техническим диагностированием (ТД) называют анализ полученных при контроле данных для распознавания вида ТС и места отказа ОК. ТД представляет собой процесс определения ТС объекта диагностирования с определенной точностью.

Объектами диагностирования называют ОК и их составные части с уже известным видом ТС, для которых с помощью ТД определяют принятые к распознаванию конкретные состояния из известных видов ТС объектов. Например, если при контроле работоспособности выявлено, что ОК неработоспособен, то ТД позволяет найти место отказа с заданной подробностью.

Объект диагностирования всегда является ОК, т.к. ТД является составной, но не обязательной частью контроля. ОК в определенных условиях может не быть одновременно и объектом диагностирования. Например, в полете экипаж контролирует работоспособность бортовых систем. Обычно при отказе какой-либо системы ее надо отключить и использовать резервное оборудование, а не проводить ТД, т.е. поиск отказавшего элемента. Обычно ТД выполняют на земле по результатам контроля и регистрации параметров в полете.

Степень детализации при ТД указывает до какой составной части объекта определяют место отказа и называется глубиной поиска дефекта.

При диагностике объектов выполняют измерения (напряжение, ток, частота импульсов, сопротивление, температура, давление, перемещение, скорость и т.д.) и оценку определенных выходных и дополнительных (внутренних) параметров.

Контролируемые параметры можно измерять автоматически/вручную (оператор), но иногда измерения при контроле могут отсутствовать. Например, измерений нет при определении вида ТС объекта органолептическим контролем (первичную информацию от объекта воспринимают только органы чувств без учета значений контролируемых параметров - визуальный контроль выполняют только органы зрения). Измерения могут также отсутствовать при «неразрушающих» методах контроля деталей технических объектов. Иногда процесс измерения может быть достаточно сложным и особенно при косвенных измерениях. В этом случае значение искомого параметра определяют не через прямые измерения, а вычисляют по результатам измерений каких-то других параметров (например, коэффициент усиления или передаточной функции).

Под идентификацией понимают процедуру построения оптимальной матмодели объекта по реализациям его входных и выходных сигналов. Когда матмодель объекта известна с точностью до параметра, то с помощью методов параметрической идентификации можно оценить их количественно. В идентификации используют методы теории вероятностей, матстатистики, матлогики, теории автоматического регулирования, теории распознавания образов и т.д.

Вид ТС определяет оператор/автомат сравнивая значения параметра(ов) с областью его допустимых значений. При ТД объекта сопоставляют значения параметра(ов) с заранее определенными частями областей его значений, например соответствующих конкретным отказам.

Системой контроля/ТД называют совокупность средств, объекта контроля/дигностирования и при необходимости исполнителей, которые взаимодействуют с ОК/диагностирования по правилам (установлены соответствующей документацией). Протекающий в системе контроля/ТД процесс в общем случае представляет собой многократную подачу на объект определенных воздействий и многократное измерение и анализ ответов на воздействия. Различают 2 вида ТД:

- тестовое. На ОК от системы контроля подают специальные тестовые воздействия. Обычно ОК работает для контроля (по назначению не используют), но если тестовые воздействия не мешают рабочему функционированию объекта, то тестовое диагностирование можно применять и при рабочем функционировании.

Поскольку источником тестовых воздействий является система контроля, то состав и последовательность воздействий можно выбрать из условий максимальной эффективности контроля. Каждое очередное воздействие при ТД назначают в зависимости от ответов ОК на предыдущие воздействия. Тестовые воздействия, подают на основные (необходимы для применения по назначению) и дополнительные (организованы специально для целей диагностирования) входы ОК, а ответы ОК снимают с основных и дополнительных выходов. Выходы ОК называют контрольными точками;

- функциональное. Производят при использовании ОК по назначению, когда на него поступают только рабочие воздействия. В некоторых случаях рабочие воздействия подают и на средство контроля/диагностирования.

Функциональное диагностирование позволяет системе контроля и управления объектом немедленно реагировать на нарушения правильности функционирования, переключения режимов работы объекта, отключения отказавших элементов и т.д., что повышает безопасность и эффективность полетов. Недостатком этого вида диагностирования является то, что рабочие воздействия нельзя выбрать из условий оптимальности процесса контроля и не всегда обеспечивается нужная глубина диагностирования.

Отдельное тестовое/рабочее воздействие на ОК и снимаемый с него ответ называют элементарной проверкой объекта. При одном тестовом воздействии одновременно можно контролировать несколько контрольных точек, т.е. снимать несколько ответов с ОК. Число элементарных проверок определяют числом контролируемых ответов.

Для ТД выполняют определенную совокупность и последовательность выполнения тестовых воздействий, которые называют - тест диагностирования/тест. Тесты делят на:

- проверяющие. Проверка работоспособности объекта;

- поиска отказа/различающие. Обеспечивают поиск места отказа.

Совокупность предписаний на проведение диагностирования называют алгоритмом ТД, который задает совокупность и последовательность реализации элементарных проверок и правила обработки результатов контроля:

- условный. В последовательности проверок выбор очередной проверки зависит от результата предыдущей;

- безусловный. Последовательность проверок задана и не зависит от результатов элементарных проверок;

- с безусловной остановкой. Результаты диагностирования выдают по завершении всех элементарных проверок;

- с условной остановкой. Часто фактическое состояние ОК можно определить с требуемой глубиной до выполнения всех элементарных проверок, которые предусмотрены алгоритмом. В этом случае после определения ТС ОК нужно закончить выполнение алгоритма диагностирования. Безусловный алгоритм, в котором предусмотрена выдача результатов диагностирования, после реализации каждой элементарной/группы проверок и прекращение проверок при определении ТС ОК до окончания всех предусмотренных проверок.

Результат сопоставления значений параметров или их функций с определенными областями их значений, которые соответствуют различаемым ТС ОК, называют диагностическими признаками состояний (например, признак работоспособного состояния системы регулирования напряжения авиационного генератора постоянного тока - нахождение напряжения в пределах 26,5..29,5В).

В зависимости от природы контролируемых параметров ОК различают 2 метода диагностирования:

- параметрические методы. Основаны на контроле основных выходных, входных и внутренних параметров, которые характеризуют правильное/неправильное функционирование ОК;

- физические методы (акустические, тепловые, радиационные, оптические, электрофизические, радиоволновые, капиллярные). Основаны на контроле характеристик тех явлений в ОК, которые являются следствием его правильного/неправильного функционирования (нагрев, магнитные и электрические поля, шум, световое излучение и т.д.).

В зависимости от временных характеристик контролируемых параметров различают 2 метода диагностирования:

- динамические методы. Контроль динамических характеристик ОК (длительность переходного процесса, число перерегулирований, амплитудно-частотная характеристика и т.д.).

- статические методы. Контроль статических/установившихся характеристик ОК.

Иногда при диагностировании контролируют статические и динамические характеристики параметров ОК.