Системы встроенного контроля для интегрированного комплекса авионики

 

В настоящее время все большее распространение получают интегрированные комплексы систем авионики с мощными системами встроенной диагностики.

При исследовании, разработке и реализации процессов диагностирования технического состояния различных объектов необходимо решать те же задачи, которые возникают при исследовании, разработке и реализации процессов управления вообще. Это, в первую очередь, задачи изучения физических свойств объектов диагностирования и их неисправностей (отказов), задачи построения математических моделей объектов и моделей неисправностей. Затем следуют задачи анализа моделей объектов с целью получения данных, необходимых для построения алгоритмов диагностирования. Следующую группу образуют задачи создания средств диагностирования на основе разработки принципов построения, экспериментального опробования и внедрения в эксплуатацию. Наконец, следует указать на разработку методов проектирования средств диагностирования в целом и исследования их характеристик и свойств.

Задачами технического диагностирования являются:

        контроль технического состояния;

        поиск места (локализация) и определение причин отказа (неисправности);

        прогнозирование технического состояния.

Термин «контроль технического состояния» применяют, когда основной задачей технического диагностирования является определение вида технического состояния (ТС).

Целью прогнозирования ТС может быть определение с заданной вероятностью интервала времени, в течение которого сохранится работоспособное состояние объекта, или вероятность сохранения работоспособного состояния на заданный момент времени.

Для авиационного приложения технической диагностики особенно важна прогностическая ценность результатов диагностирования поведения отдельных изделия и функциональных систем воздушных судов (ВС) в будущем, так как простая констатация уровня надежности изделия, уже выработавшего свой ресурс, имеет, вообще говоря, малую ценность.

Действительно: если во время предполётного контроля функциональной системы (ФС) воздушного судна определяют её техническое состояние в данный момент, но прогнозировать её состояние хотя бы на предстоящий очередной полёт не представляется возможным, то такой результат диагностирования смысла не имеет. Поэтому одной из важнейших задач диагностирования систем авионики (и всех ФС ВС) следует считать прогнозирование неисправностей и предупреждение возможности их отказа во время выполнения полётного задания. Особенно большое значение имеет прогноз на ранних стадиях жизненного цикла изделия (разработка и изготовление), когда необходимо дать оценку эффективности принятых конструкторских решений и технологических методов для обеспечения требуемого уровня надёжности в ожидаемых условиях эксплуатации в течение всего жизненного цикла.

На рубеже 70-х годов в составе бортового оборудования самолётов появились цифровые вычислительные средства, которые за относительно короткий срок практически полностью заменили используемые ранее аналоговые вычислители, поскольку обеспечивали более высокую точность решения задач, характеризовались большей универсальностью применения и обладали широкими логическими возможностями.

Эти качества бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ) позволяют использовать ее практически во всех подсистемах бортового оборудования самолета, обеспечивают устойчивость БЦВМ к усложнению алгоритмов и позволяют применять более сложные, а значит, и более совершенные законы управления самолетом и его подсистемами. Они позволили осуществить информационное взаимодействие между отдельными (ранее непосредственно не взаимодействовавшими) подсистемами бортового оборудования и образовать единый комплекс бортового оборудования (КБО), что в конечном счете повысило эффективность выполнения полетного задания и безопасность полета.

Однако бортовые цифровые вычислительные машины и комплексы первых поколений были недостаточно ориентированы на решение задач диагностирования бортовых систем и не обеспечивали необходимой эффективности технического обслуживания. Эксплуатация АиРЭО оставалась трудоёмкой, применение БЦВМ слабо отразилось на снижении затрат на эксплуатацию электронного оборудования. В большинстве случаев увеличение сложности оборудования повлекло за собой увеличение затрат на аппаратуру контроля, разработку программного обеспечения, техническую документацию.

Одним из факторов, существенно влияющих на эффективность процесса диагностирования, является качество алгоритмов диагностирования, реализуемых ВСК.

Возможность оптимизации алгоритмов диагностирования определяется следующими обстоятельствами. Число элементарных проверок (ЭП), достаточных для решения конкретной задачи диагностирования, как правило, меньше числа всех допустимых (т. е. физически возможных и реализуемых) ЭП данного объекта. Разные ЭП требуют разных затрат на их реализацию и могут давать разную информацию о техническом состоянии объекта. Кроме того, одни и те же ЭП могут быть реализованы в различных последовательностях.

Поэтому для решения одной и той же задачи диагностирования (например, для проверки работоспособности) можно синтезировать несколько алгоритмов диагностирования, различающихся между собой либо составом ЭП, либо последовавательностью их реализации, либо, наконец, тем и другим вместе, требуя разные затраты на реализацию.

За последнее время достигнут значительный прогресс в повышении качества и надежности элементов электроники. В авиационной электронике превалирующим стало использование микропроцессоров. Компоненты электроники уменьшились в размерах, снизились потребляемые мощности, в то время как их возможности возросли. Огромный прогресс произошёл не только в средствах передачи данных, но и в средствах индикации данных. Широкое внедрение цифровой техники, интегральных схем с присущей им высокой надёжностью, модульное конструирование аппаратуры с функциональной группировкой электрических цепей, использование универсальных микропроцессоров в авиационном оборудовании позволило реализовать функции встроенного контроля при очень небольшом увеличении стоимости систем. Это, в свою очередь, создало возможность для реализации новых концепций технического обслуживания (ТО), которые позволяют снизить расходы на эксплуатацию систем авионики, уменьшить время восстановления, сократить число ложных замен и отказов, вносимых обслуживающим персоналом.

Среди перспективных направлений минимизации стоимости технического обслуживания за счёт использования ВСК имеется концепция, которая снижает стоимость ТО путём увеличения возможностей внутренней диагностики. Структура взаимных сопряжений может использоваться так, чтобы собрать данные о техническом состоянии всех бортовых систем ВС в одном удобном месте, каковым является, например, кабина ВС. Такая Централизованная Система Индикации Отказов (ЦСИО) состоит из всех имеющихся на самолёте средств контроля и диагностирования (ВСК, ВК, датчики состояния) и двух дополнительных блоков: сопряжения и индикации. Функции ЦСИО — собирать данные об отказах, предоставлять эти данные (по запросу) оператору технического обслуживания и помогать в проведении диагностических испытаний на подтверждение рабочих характеристик после установки (монтажа) сменного блока — ТЭЗС.

В авионике автоматическое тестовое диагностирование применяется перед взлётом после включения питания. Положительный результат тестовой проверки работоспособности систем ВС, полученный непосредственно перед взлётом, повышает вероятность (уверенность) успешного выполнения полета. В любом случае эта вероятность выше, чем тогда, когда тестовая проверка систем авионики перед взлётом не проводилась. В полёте после подачи питания на невключённые ранее системы также проводится их автоматическое тестирование. Без систем тестового диагностирования невозможно обойтись на этапе изготовления и ремонта изделий авионики, в частности, при локализации отказов с помощью внешних (наземных) средств диагностирования в демонтированных модулях (БСБ, ЛДА).

При функциональном диагностировании контролируется правильность выполнения объектом заданных ему функций. Системы функционального диагностирования работают обычно тогда, когда объект применяется по назначению и на него поступают только рабочие воздействия в соответствии с рабочим алгоритмом функционирования. Для бортовых систем ВС — это постоянное диагностирование в полёте. Рабочее диагностирование даёт возможность немедленно реагировать на нарушение правильности функционирования бортовых систем.

При проверках блоков и систем авионики после завершения ремонтных работ в мастерской рабочее диагностирование применяется для оценки качества выполнения требуемых функций перед установкой на самолёт. В этом случае на восстановленный объект от аппаратуры автоматизированного диагностирования поступают сигналы, имитирующие рабочие воздействия. В ходе такого рабочего диагностирования возможна также проверка правильности функционирования встроенных в БСБ средств контроля. Для проведения диагностики и полной проверки работы схемы БСБ+ВСК необходимо обеспечить совместимость внешних (ААД) и внутренних (ВСК, ВК, датчики и сигнализаторы состояния, положения) средств диагностирования.

Следует напомнить, что до 80-х годов прошедшего столетия проектирование авионики велось без должного учета того, как она будет проверяться и регулироваться в условиях технического обслуживания, как будут организованы проверка работоспособности, правильности функционирования и поиска неисправностей в условиях эксплуатации ВС и хранения запасного комплекта различных изделий. Недооценка важности своевременной (на этапе проектирования) и глубокой проработки вопросов организации эффективных процедур диагностирования, в том числе автоматизации поиска отказов, вело к непроизводительным материальным затратам, низкой надёжности расписания полётов и высокой трудоёмкости работ при профилактике, ремонте и регулировке изделий и систем авионики.

В связи с усложнением оборудования и все более широким применяем в его составе микропроцессоров возникает необходимость построения систем встроенного контроля компьютеров самолета.

В результате анализа радиоэлектронного оборудования современных летательных аппаратов, эксплуатируемых Национальной авиакомпанией Узбекистана «Узбекистон Хаво Йуллари», было выявлено наличие большого количества бортовых компьютеров, требующих усовершенствования систем встроенного контроля. Например, на самолете А-320 программное обеспечение необходимо постоянно обновлять на следующих бортовых компьютерах:

1)        FLIGHT MANAGEMENT AND GUIDANCE COMPUTER-навигационный компьютер и компьютер управления автопилотом;

2)         ENHANCED GROUND PROXIMITY AVOIDANCE SYSTEM-система предупреждения близости земли;

3)         TRAFFIC COLLISION AVOIDANCE SYSTEM-система предупреждения столкновений в воздухе;

4)         AIR TRAFFIC SERVICE UNIT-бортовой модем для обслуживания воздушного движения.

А также многих других компьютерах.

При этом необходимо отметить, что системы встроенного контроля в их существующем варианте не позволяют достоверно выявить неисправность с точностью до печатной платы.

 

Литература:

 

1. Технические средства диагностирования: справочник / В. В. Клюев, П. П. Пархоменко, В. Е. Абрамчик и др.; под общей редакцией В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1989. — 672 с., ил.
2. Согомонян, Е. С. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы / Е. С. Согомонян, Е. В. Слабоков. — М.: Радио и связь, 1989. — 208 с.: ил.