Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Испытание летательных аппаратов и их систем

Диссертационная работа:

Зайцев Александр Анатольевич. Разработка гибкой автоматизированной системы контроля технического состояния токораспределительных комплексов воздушных судов при обслуживании и ремонте : Дис. ... канд. техн. наук : 05.07.07 Самара, 2006 151 с. РГБ ОД, 61:06-5/2975

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

Глава 1. Состояние теории и практики технического обслуживания, контроля и диагностики токораспределительных систем воздушных судов.

ф 1.1. Техническое обслуживание и электрифицированных систем как

научно-техническая проблема 16

1.2. Состояние теории технической

диагностики СЭС 23

1.3. Математические модели объектов контроля 27

1.4. Состояние теории и практики построения программ контроля
технического состояния систем электроснабжения 33

1.5. Современное состояние диагностики токораспределительных

,*, сетей летательных аппаратов. Цели и задачи работы 43

Глава 2. Разработка обобщенной модели бортовой коммуникационной сети воздушных судов как объекта контроля

  1. Классификация элементов структуры бортовой коммуникационной сети воздушного судна 45

  2. Методы и модели представления бортовых коммуникационных систем 52

  3. Разработка метода и алгоритмы анализа модели

ь коммуникационной системы как объекта контроля 57

2.3.1. Модель бортовой коммуникационной распределительной
сети, описываемой ориентированным графом 57

2.3.2. Модель и алгоритм анализа на базе
неориентированного графа 69

2.4. Построение диагностических тестов 75

2.5 Выводы 79.

з Глава 3. Разработка конечно-автоматной модели процесса контроля сложной коммуникационной системы ВС

3.1. Физическая модель неисправностей токораспределительных

сетей 81

  1. Виды дефектов 83

  2. Синтез диагностических тестов для конечных автоматов 85

3.3.1. Конечный автомат, как модель токораспределительной
системы 85

3.3.2. Поиск неисправности в токораспределительной системе 89

3.4. Эксперименты над конечными автоматами 91

  1. Поиск неисправности в ТРС 91

  2. Условные эксперименты 95

  3. Алгоритм построения диагностического теста перебором

Всех неисправных моделей токораспределительной сети 97

  1. Построение условного диагностического теста при компактном задании области неисправности 98

  2. Сокращение нд-автомата по множеству входо-выходных последовательностей 98

  3. Метод построения диагностического теста для компактного представления области неисправности 100

3.5. Графовая модель процесса контроля работоспособности систем
ОК-САК 103

  1. Система "ОК- САК" 107

  2. Вывод ПО

Глава 4. Разработка автоматизированной микропроцессорной

системы оценки состояния токораспределительной системы ВС

4.1. ЛСА 112

*

  1. Информационное обеспечение 113

  2. Сетевая структура 114

  3. Протоколы высокого уровня 119

  1. CANopen 120

  2. DeviceNet 122

  1. Реализация системы контроля 124

  2. Достоверность результатов контроля 138

5. Выводы о проделанной работе 142

Список использованной литературы 144

Введение к работе:

Безопасность полетов в гражданской и военной авиации определяется большим числом факторов, в том числе состоянием систем и оборудования воздушных судов (ВС), которые имеют высокий уровень электрификации, как следствие, существенно зависящих от систем электроснабжения (СЭС), включающих каналы первичного генерирования, вторичные и аварийные СЭС, системы распределения электрической энергии, обеспечивающие непрерывное снабжение систем бортового оборудования электроэнергией требуемого качества в течение полета.

Исключительная роль СЭС в обеспечении безопасности полетов обусловила широкое применение диагностических операций, объем которых постоянно увеличивается в связи со старением оборудования этих систем, как по трудоемкости, так и в стоимостном выражении. Одним из наиболее трудоемких видов работ является процесс контроля состояния токораспределительных систем, содержащих большое количество различных автоматов. Особую сложность представляет контроль работоспособности устройств распределения (УР) и защиты (УЗ), а также электрических связей и большого количества коммутационных устройств. В этих условиях определяющими проблемами при проведении технического обслуживания (ТО) становится, проблема повышения достоверности оценки состояния агрегатов, электрических цепей и системы в целом, а также повышение экономических показателей средств ТО, решение которой связано с созданием новых методов и средств диагностики и измерения физических параметров. При этом состояние СЭС существенно связано с состоянием отдельных подсистем и их компонент, являющихся объектами контроля.

Анализ проблемы технического обслуживания по состоянию в работе рассматривается как комплексная проблема обеспечения эффективной экс-

6 плуатации ВС, интегрирующая для решения этой проблемы такие области знаний как управление, контроль, надежность.

Управление в рамках рассматриваемой проблемы понимается как осуществление целенаправленных управляющих воздействий на управляемый объект. Контроль - как обязательная часть любого процесса управления - заключается в получении и обработке информации о состоянии управляемого объекта с целью обнаружения событий, определяющих управляющие воздействия.

Обеспечению безопасности эффективной эксплуатации авиационной техники (AT) уделяется самое серьезное внимание, как в практической деятельности ГА, так и в авиационной науке. Важных научных результатов в исследованиях, посвященных обеспечению безопасности и повышению эффективности СЭС ВС, добились Л.Г. Тотиашвили, М.Л.Галлай, А.И.Прокофьев, В.Г.Супрун, А.Д.Миронов, Р.В.Сакач, С.Л.Белогородский, В.Г.Ципенко, В.П.Усков, Н.А.Столяров, М.С.Кубланов, Б.В.Зубков, А.В.Гребенкин, И.Е.Бурдун, О.Ю.Алашеев, В.И.Егоров, В.А.Пономаренко, В.Е.Чепига и многие другие ученые.

Вопросы исследования работоспособности сложных динамических систем, в том числе с точки зрения исследования эффективности их функционирования, рассмотрены в работах Гнеденко Б.В., Глазунова Л.П., Горского Л.К., Доценко Б.И., Дружинина Г.А., Зайнашева Н.К., Коптева А.Н., Мозгалевского А.В., Проникова А.С., Савина С.К., Солодова А.В., Смирнова А.Н. и других ученых.

Вместе с тем, в настоящее время практически отсутствует глубоко проработанная система технической эксплуатации СЭС по состоянию.

Вопросы, рассматриваемые в диссертационной работе, позволяют сформулировать на основе предложенных формальных методов методику оценки состояния СЭС ВС и на основе разработанной сетевой структуры микропроцессорной автоматизированной системы контроля авионики МАСКА

осуществить их эффективную эксплуатацию. Конечной целью решения проблемы эффективной эксплуатации ВС является создание системы технического обслуживания, обеспечивающей высокой качество его функционирования как транспортного средства при наименьших затратах.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка средств автоматической оценки технического состояния токораспределительных сетей (ТРС) для повышения достоверности контроля при техническом обслуживании и ремонте воздушных судов.

Для достижения поставленной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

разработка математической модели токораспределительной системы воздушного судна. Создание алгоритмов структурного анализа с целью определения разъемов для подключения подсистемы коммутации системы автоматического контроля (САК).

разработка формальной модели элементов токораспределительной системы воздушного судна для построения рационального набора тестов диагностики коммуникационной системы;

разработка алгоритмов контроля и поиска отказавшего элемента в коммуникационной системе при минимальном числе расстыковок на борту воздушного судна;

разработка алгоритмов автоматизированного анализа объектов контроля для формирования стыковочных карт "ОК-САК";

разработка структуры диагностического комплекса, коммуникационной подсистемы и локальной сети "МАСКА";

Методы исследования. В работе использованы методы, основанные на применении теории графов, теории конечных автоматов и представлении объектов контроля (прикладная диагностика).

авиакомпании "Волга-Днепр", отвечающих требованиям к технологическим процессам оценки технического состояния контролируемых систем при ТОиР. На защиту выносятся:

1. Абстрактная модель представления ОК на основе теории графов.

  1. Методика определения точек подключения к ОК.

  2. Модель ОК на базе конечно-автоматного представления.

  3. Алгоритмы поиска неисправной компоненты коммуникационной сети

  4. Методика построения контролирующих тестов для токораспределительной сети.

  5. Структурная схема системы автоматического контроля. Практическая значимость исследований заключается в разработке и

внедрении в авиакомпании «Волга-Днепр» системного подхода к методам и средствам технического обслуживания на базе разрабатываемой универсальной Микропроцессорной автоматической системы контроля авионики (МАСКА), позволяющей в 10 раз повысить как производительность труда на контрольных операциях, так и достоверность контроля за счет исключения человеческого фактора.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы, а также научные и практические результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на XII Всероссийском научно-техническом семинаре по управлению движением и навигации летательных аппаратов, Самара, 2005 г., на семинарах по теме технического обслуживания.

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Работа содержит 151 страниц текста, список литературы включает 103 наименования.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации и определяется цель исследований. Основываясь на анализе современного состояния технологии и эффективности технического обслуживания токораспределительной системы воздушных судов, формулируются задачи исследований. Излагается краткое содержание диссертации, описывается последовательность выполненных исследований и приводятся полученные результаты.

В первой главе «Обслуживание ПНК и электрифицированных систем, как научно-техническая проблема» производится анализ токораспределительной системы современных воздушных судов и существующих методов и средств контроля ее технического состояния, который показал их низкую' эффективность, при увеличивающихся показателях времени проверок и трудоемкости, а также архаичность применения существующими технических средств при современном уровне развития техники и невозможность решения ими ряда задач.

Статистика отказов системы электроснабжения, показывает, что доля отказов элементов систем распределения от общего числа отказов системы электроснабжения составляет 40-50%. При этом, на сегодняшний день, основное внимание существующего технологического процесса технического обслуживания токораспределительной сети уделяется внешнему осмотру, а контроль качества монтажа и функционирования бортовых электросборок и токораспределительной системы не производится. Большое количество неравномерных и нерегулярных проверок, выполняемых вручную человеком, приводит к значительному числу погрешностей.

Актуальной проблемой является разработка моделей, методов и средств систем контроля, решение которой связано с новыми теоретико-методическими и технологическими подходами, созданием на их основе научно-практического направления совершенствования процессов обслуживания по состоянию.

Объект исследования. Объектом исследования являются процессы оценки технического состояния токораспределительных систем воздушных судов при ТОиР.

Предметом исследования являются вопросы теории и практики построения систем контроля технического состояния токораспределительных систем воздушных судов при ТОиР.

Научная новизна диссертационной работы заключается в:

разработке абстрактной графовой модели представления объектов контроля, которая позволяет снизить размерность задачи математического описания объекта контроля;

решении задачи определения минимального числа необходимых стимуляторов и пассивных интеллектуальных заглушек и выбора точек подключения их к объекту контроля;

- моделировании работы многотактных устройств объекта контроля на базе
конечно-автоматного представления;

составлении эффективных алгоритмов контроля и поиска отказавшего элемента в объекте контроля при минимальном числе расстыковок на борту воздушного судна.

разработке структуры системы автоматического контроля, описания поведения системы САК-ОК и определении требований к ее технической реализации;

Достоверность результатов исследований. Математические модели, методы и алгоритмы, разработанные автором, основаны на реальных данных эксплуатации самолета Ан-124-100, проверены практикой и внедрены в авиакомпании "Волга-Днепр".

Все полученные результаты исследований основаны на практических работах автора по разработке и апробации отдельных подсистем системы контроля для реальных токораспределительных систем самолета Ан-124-100 в

11 С целью решения обозначенной проблемы проведен анализ состояния теории технической диагностики системы электроснабжения и различных математических методов применительно к целям построения диагностических тестов. В результате анализа выяснилось, что большинство из существующих методов моделирования, таких как:

метод тестирования с применением таблицы функций неисправностей;

метод тестирования, использующий Д-алгоритм;

метод построения дерева отказов;

диагностическая модель, использующая полюсные графы;

метод, использующий алгоритм максимально-изоморфного пересечения

графов;

метод, использующий Т-модель объекта диагностики;

система моделирования, описанная и разработанная Сешу, получившая

название Последовательный анализатор; и ряд других неэффективны, или даже труднореализуемы, при решении задач большой размерности, а распределительные коробки, электрощитки могут иметь до нескольких сотен электрических контактов для подключения внешних цепей.

Проведенный анализ проблем существующих технологий технического обслуживания и математических моделей позволил определить цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе «Разработка обобщенной модели для анализа бортовой коммуникационной сети воздушных судов как объекта контроля» решена проблема снижения размерности задачи анализа ОК, разбиением электрических схем электротехнического оборудования на конструктивно законченные части путем перехода от электрических схем РЭА к графам.

Вопрос формального представления элементов токораспределительной сети достигается построением графа всей токораспределительной сети и

декомпозицией её на отдельные части на основе критериев разбиения, обеспечивающих достаточную степень детализации. Т.е. при решении этой вопроса каждая вершина графа может быть развернута в новый граф, описывающий структуру и взаимосвязь элементов физического объекта токораспределительной сети, таких как: жгуты, электрощитки, распределительные коробки и т.д.

Введено понятие абстрактного графа, задающего электрический объект. Бортовая коммуникационная распределительная сеть описана ориентированным абстрактным графом, каждой вершине которого сопоставлен реальный элемент конкретного объекта, представленный узлом связей. Дуге абстрактного графа объекта сопоставлены реальные электрические связи между элементами объекта.

В связи с тем, что основную работу при проведении технического обслуживания с контролем состояния токораспределительной системы предполагается возложить на ЭВМ, рассмотрены методы описания объекта контроля на основе теоретико-графового представления.

Следующая задача - оптимизации коммутационной подсистемы решается во второй главе на примере токораспределительной сети самолета Ан-124-100 с целью получения ответа на вопрос - каково наименьшее количество активный устройств (стимуляторов) и пассивных интеллектуальных заглушек, необходимых для проверки участка сети при наименьшем числе расстыковок на борту ЛА? Решение этой задачи получено путем построения матрицы достижимостей на базе представления объекта контроля ориентированным графом. Предложен алгоритм построения матрицы достижимостей графа ОК.

Для объектов контроля, представляющих собой однотактные устройства, рассмотрен вариант, когда объект электротехнического оборудования наиболее целесообразно описать неориентированным графом. Приведен алгоритм

анализа объекта контроля и определения минимального числа интеллектуальных заглушек на базе неориентированного графа.

Предложены алгоритмы для решения задач диагностики, позволяющие определять место возникновения дефекта в рассматриваемом участке токораспределительной сети. В заключение главы сформулирована задача рационального представления объекта контроля в виде конечного автомата, позволяющая решать вопросы контроля и диагностики на базе теории эксперимента с конечными автоматами.

В третьей главе «Разработка математической модели процесса контроля сложной коммуникационной системы ВС» объект контроля рассмотрен с позиции конечно-автоматного представления для решения задач контроля многотактных устройств и их комплексов.

С целью решения этой задачи функционирование распределительных устройств описано в рамках конечно-автоматного представления, т.е. определены начальное состояние и вход/выходные алфавиты. Функция же переходов, рассматриваемых автоматов, полностью определяется технической документацией.

Построение тестов для токораспределительной сети, как дискретной системы, поведение которой описано автоматом, требует анализа автомата, как в исправном, так и в неисправном состоянии. В результате анализа статистики отказов системы электроснабжения самолета Ан-124-100, полученной в авиакомпании "Волга-Днепр" за период с 1995 по 2006 год, выяснилось, что наибольшее число отказов связано с отказами коммутационной аппаратуры, обрывами проводов вторичной распределительной сети и нарушение изоляции. Рассмотрена физическая модель возникновения указанных неисправностей.

Под неисправностью в автомате предполагаются неисправности на выходе или на переходах, т.е. превращение эталонного автомата в автомат с другими функциями переходов или выходов. Проведенный анализ характерных

дефектов токораспределительной сети позволил сформировать конечное множество - область неисправности, в один из автоматов которой, преобразуется эталонный автомат при возникновении дефекта.

Решение задачи построения тестов и поиска неисправности в токораспределительной системе базируется на основных положениях теории экспериментов над автоматами. Рассмотрен ряд алгоритмов построения диагностических тестов, а также возможность сокращения тестовых последовательностей путем применения условных тестов.

Алгоритмы поиска неисправности в токораспределительной сети предложено записывать в виде граф-схемы или матричной схемы алгоритма, что позволит эффективно реализовывать их в ЭВМ.

Предложена структурная схема построения технической системы, реализующей функции контроля и диагностики распределительной сети. Система автоматического контроля и объект контроля образуют систему из трех узлов, образующих замкнутый контур, поведение которых описано конечными автоматами - "Объект контроля - Блок формирования входных слов - Конечный распознаватель".

В четвертой главе «Теоретические основы построения систем оценки состояния токораспределительной системы ВС» решается задача построения технической системы, реализующей функции контроля и диагностики состояния с оценкой функционирования токораспределительной сети ЛА.

Составлен алгоритм работы разрабатываемой схемы контроля, который вместе с предложенной структурой диагностического комплекса и особенностями объекта контроля выдвинул ряд требований к технической реализации. Сформулированные требования определили систему автоматического контроля, как гибкую распределенную систему с «интеллектуальным управлением», объединенную в локальную сеть и

позволяющую производить подачу стимулирующих воздействий и контроль выдаваемых сигналов без съема блоков с ЛА.

Анализ существующих интерфейсов, с учетом предъявляемых требований, позволил осуществить выбор протокола для организации локальной сети. Предложено осуществлять управление и обмен информацией между управляющей ЭВМ и коммутационными устройствами по CAN-интерфейсу. Решаемым задачам по функциональным возможностям наиболее соответствуют такие протоколы верхнего уровня как — CANopen и DeviceNet.

Определен состав и функциональное назначение основных блоков разрабатываемой системы МАСКА.

В заключительной части работы представлены основные результаты и выводы, полученные в ходе диссертационных исследований.

Подобные работы
Ратникова Нина Алексеевна
Теоретические основы, аппаратные средства и программно-математическое обеспечение информационной системы мониторинга и контроля по состоянию воздушных судов
Дорофеева Татьяна Сергеевна
Разработка и исследование систем термостатирования оборудования аэрокосмической техники на основе самовакуумирующейся вихревой трубы
Ким Елена Гируновна
Разработка комплексной методики подтверждения соответствия требований к безопасности систем автоматической посадки самолета нормам летной годности
Пивкин Александр Григорьевич
Моделирование и конструирование амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа для систем контроля, испытаний авиакосмической техники
Быстров Николай Дмитриевич
Формирование динамических характеристик пневмогидравлических цепей передачи информации систем контроля и управления двигателей летательных аппаратов
Князьков Алексей Николаевич
Разработка методики автоматизированного проектирования норматитов системы технического обслуживания и ремонта автомобилей
Лхамжавын Болд
Разработка и обоснование сроков службы и системы технического обслуживания и ремонта грузовых вагонов : на примере полувагонов Улан-Баторской железной дороги
Савостьянов Евгений Вадимович
Разработка системы контроля и прогноза напряженного состояния зоны очистных работ. (На примере Таштагольского рудника)
Абакаров Абакар Расулович
Разработка и внедрение системы контроля за состоянием плотины Чиркейской ГЭС по данным натурных наблюдений
Озаренко Александр Валентинович
Разработка полупроводниковых тензочувствительных элементов для систем неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния материалов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net