Автоматизация работ по оценке надежности проектируемых и выпускаемых изделий авионики

Кузнецова Ольга Александровна начальник, отдел надежности, Акционерное общество «Опытно-конструкторское бюро «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова» 198095, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Маршала Говорова, 40 Kuznetsova Olga Aleksandrovna Head of Reliability department, JSC "Experimental Design Bureau" Electroavtomatika" named after P.A. Efimov" 198095, Russia, g. Saint Petersburg, ul. Marshala Govorova, 40 kuzola@ya.ru

Гатчин Юрий Арменакович доктор технических наук профессор кафедры проектирования и безопасности компьютерных систем, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет 197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверский проспект, 49 Gatchin Yurii Armenakovich Doctor of Technical Science Professor of the Department of Design and Security of Computer Systems, St. Petersburg National Research University 197101, Russia, g. Saint Petersburg, ul. Kronverskii Prospekt, 49 gatchin@mail.ifmo.ru

Авионика, являющаяся наукоемкой продукцией, представляет собой отдельный класс радиоэлектронных изделий по причине значимости последствий ее отказов на выполнение полетных заданий и жизнедеятельность человека в целом. Надежность одно из свойств качества изделия авионики, требующее длительных наблюдений. Невозможно оценить надежность простым измерением, достаточным для проверки иных показателей качества изделия. Чем изделие надежнее, тем оценка и контроль показателей его безотказности требует более длительных испытаний, однако, если вопросам надежности уделять должное внимание на начальных стадиях проектирования, то для обеспечения заданных требований можно избежать жертв со стороны стоимости, массы и габаритов изделия. Для соблюдения всех требований технических заданий на разработку, а так же для экономии времени и средств по оценкам показателей безотказности, с учетом имеющихся на сегодня программных продуктов [1—3], предлагается разработать автоматизированную информационную систему поддержки надежностно-ориентированного проектирования изделий авионики, и оценки статистических данных по результатам эксплуатации изделий (АИС-Н).

Основным назначением разрабатываемой информационно-вычислительной системы является автоматизация информационно-аналитической деятельности подразделений, участвующих в проектировании, изготовлении и дальнем гарантийном и послегарантийном сопровождении изделий авионики.

Проектирование структурно избыточных комплексов авионики является сложной многовариантной задачей [4—5]. Разработчику изделия приходится выполнять множество сравнительных анализов вариантов возможного построения и принимать компромиссные решения, отвечающие требованиям задания на разработку. Методы и методики выполняемых оценок и контроля показателей надежности на этапах жизненного цикла изделий имеют существенные отличия и определяются: текущим этапом изделия, функциональной структурой (т.е. наличием резервирования) и достаточностью исходных данных. В общем случае при проектировании комплексов авионики работы в части надежности выполняются в следующей последовательности [6—11]:

1. Анализ требований технического задания. Выбор метода эксплуатации. Формирование (корректировка) требований технического задания в части надежности;

2. Генерация плана работ по обеспечению надежности с расстановкой сроков их выполнения;

3. Начальная генерация структуры, с применением оптимизации на основе прогнозных приближенных оценок показателей безотказности.

4. Контроль выпуска перечней элементов, карт рабочих режимов, расчетов тепловых режимов;

5. Уточненный расчет показателей надежности с нижних уровней разукрупнения (использование АРСН, АСОНИКА-Б, учитывающих электрические, механические и тепловые нагрузки на изделия);

6. Расчет показателей контроля работоспособного состояния входящих устройств;

7. Расчет и анализ показателей отказобезопасности (отказоустойчивости) с учетом приоритетности использования устройств в группах резервирования и вероятности удачного перехода на резерв;

8. Разработка методик и проведение испытаний на надежность;

9. Выпуск Акта о завершении разработки и выполнении ПОНр изделия;

10. Периодический контроль уровня надежности серийно выпускаемого изделия. Анализ приближения предельного состояния при технической эксплуатации по состоянию — ТЭС;

11. Разработка и учет возможных мероприятий по повышению уровня надежности изделия.

Выполнение периодического контроля достигнутых уровней надежности разработанных изделий и учет возможных мер по повышению их надежности позволят в дальнейшем при оценках безотказности вновь разрабатываемых изделий использовать полученные результаты статистических оценок. Разрабатываемое информационное обеспечение АИС-Н должно учитывать все требования к перечисленным работам по обеспечению надежности при проектировании комплексов авионики.

Информационное обеспечение должно объединять статическую и динамическую информацию, используемую и вносимую при проектировании. Информационные потоки между участниками процесса проектирования, изготовления и эксплуатации комплекса авионики должны обеспечивать необходимый для надежностно-ориентированного проектирования обмен данными. Вся вносимая в базу данных и хранимая в ней информация должна строго идентифицироваться по принадлежности к конкретному изделию. Исходя из приведенного выше перечня работ, информационное обеспечение должно содержать следующие информационные группы (рисунок 1):

Рисунок 1. Модель информационного обеспечения АИС-Н.

‒ типовой перечень работ по обеспечению надежности изделий авионики;

‒ план работ по надежности изделия и их выполнение во времени на протяжении жизненного цикла, информация о ходе разработки и разработанных в части надежности документах каждого устройства и комплекса в целом;

‒ структурный состав проектируемого (выпускаемого) изделия авионики со всеми уровнями разукрупнения;

‒ номера выпущенных изделий с учетом уровня разукрупнения:

‒ наработки изделий в эксплуатации и при всех видах испытаний с привязкой к номеру выпущенного изделия;

‒ данные по отказам изделий при изготовлении и эксплуатации, содержащие первичную информацию и сведения об установленных причинах отказа;

‒ сведения о разработанных мероприятиях по повышению надежности, степени их внедрения во все изготовленные и выпущенные изделия (для принятия решения об учитываемости отказа в оценках надежности)

‒ типовые шаблоны выполняемых работ;

‒ международные, государственные и отраслевые стандарты, используемые при выполнении работ, методические указания и руководства;

‒ данные о жесткости условий эксплуатации и усредненные коэффициенты перехода по группам и тепловым режимам;

‒ результаты априорных расчетов показателей надежности;

‒ результаты обработки статистических данных о надежности;

‒ результаты расчетов показателей контролепригодности изделий;

‒ контактная информация о разработчиках изделий.

В зависимости от вида информации данные могут группироваться по типам и видам. Структура и вложенность информации должна подчиняться структуре самого изделия авионики со всеми уровнями разукрупнения. При редактировании или генерации состава вновь разрабатываемого изделия на каждом из уровней разукрупнения необходимо указывать принадлежность к типам и видам. Например: тип — индикатор; вид — ЖК / отражающий на лобовое стекло. Принадлежность к типам и видам позволит в автоматизированном диалоговом режиме генерировать структуру новых изделий на начальных этапах проектирования.

Значения показателей надежности, полученные по результатам обработки статистических данных или априорных расчетов, должны указываться с привязкой к жесткости условий эксплуатации (ЖУЭ), для которых указанные значения получены. Привязка к ЖУЭ позволит делать приближенные оценки показателей надежности изделий-аналогов, с иной предполагаемой группой ЖУЭ. Для соблюдения норм при надежностно-ориентированном проектировании комплексов авионики информационное обеспечение АИС-Н должно содержать стандарты, описывающие методы, методики и правила выполнения работ по обеспечению надежности авионики. Помимо обязательной информации, необходимой для выполнения работ по надежности, информационное обеспечение может обобщать данные о ведущих специалистах, занимающихся отдельными тематиками с привязкой к изделиям, что позволит сокращать сроки обмена информацией по запросам.

В соответствии с видами структурного построения проектируемых комплексов авионики (структура комплекса может быть либо федеративным – иерархическим, либо с применением принципов ИМА) в информационном обеспечении АИС-Н предусмотрены иерархичность уровней данных в следующем виде:

‒ самым нижним уровнем структурного построения приняты функциональные модули изделия, так как отличие модулей в вариантах структур состоит лишь исполнением корпусов и программным наполнением, не влияющим на показатели надежности ЭРИ. Уровень с наполнением ЭРИ целесообразно предусмотреть в описаниях отказов;

‒ второй уровень разукрупнения в структурах ИМА составляют платформы, в федеративных структурах блоки и устройства;

‒ третий уровень для структур ИМА и федеративных структур типа система является вершинным, а для федеративных структур типа комплекс это уровень предвершинный уровень;

‒ четвертый уровень, уровень комплексов.

Организованные условно-подчиненные связи в информационных группах позволяют получать данные о составе проектируемого и выпускаемого изделия, со всеми вхождения изделий более низкого уровня разукрупнения.

Данные о структурном составе изделия формируют каркас для внесения промежуточных и результирующих данных в процессе проектирования. Именно с введения первичного состава изделия формируется структура, наполняемая данными в процессе жизненного цикла изделия. На этапах изготовления база данных наполняется номерами выпущенных изделий.

Рисунок 2. Форма, отображающая состав изделия и номера комплектующих.

Информация о составе изделия с конкретным заводским номером, необходима для учета выполненных доработок по повышению надежности в случае статистических оценок безотказности. Данные о номерах входящих изделий (рисунок 2) с уровнями разукрупнения формируются при составлении паспортов, затем по результатам видов испытаний и эксплуатации, в случае возникновения отказов, состав может быть скорректирован.

Неотъемлемой частью оценки показателей надежности выпускаемых изделий являются сведения об отказах. Сведения об отказах изделий проходят несколько шагов уточнения от первоначальной информации о месте возникновения отказа с описанием его проявления до установления отказа комплектующего и выявления причины его отказа (рисунок 3).

Рисунок 3. Форма АИС-Н в части обработки статистических данных.

В результате применения предложенной автоматизированной системы информационной поддержки надежностно-ориентированного проектирования, согласно полученным результатам, трудоемкость выполнения работ по оценке статистических данных снизилась на порядок (рисунок 4)

Рисунок 4. Оценка эффективности применения автоматизированной системы информационной поддержки надежностно-ориентированного проектирования.