Автореферат (Анализ безопасности функционирования систем летательных аппаратов при воздействии дестабилизирующих факторов)

На правах рукописиФАМ СУАН ЧЫОНГАНАЛИЗ БЕЗОПАСНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯСИСТЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ05.13.01 – системный анализ, управление и обработка информации(информатика, управление и вычислительная техника)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква - 2013РаботавыполненавФедеральномгосударственномбюджетномобразовательном учреждении высшего профессионального образования«Московский авиационный институт (национальный исследовательскийуниверситет) МАИ»доктор технических наук, профессор, заведующий кафедройНаучныйруководитель: «Вычислительные машины, системы и сети» Московскогоавиационного института.БРЕХОВ ОЛЕГ МИХАЙЛОВИЧдоктор технических наук, с.н.с отдела «Нелинейный анализНаучныйи проблем безопасности» ВЦ РАН им. Дородницына А.А.консультант:НГУЕН КУАНГ ТХЫОНГОфициальные доктор технических наук, профессор, заведующий кафедройоппоненты:«Вычислительная техника и прикладная математика»Московскогогосударственногоагроинженерногоуниверситета им.

В.П.Горячкина.ВОРОНИН ЕВГЕНИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ.кандидат физико-математических наук, доцент Научноисследовательского института вычислительных комплексовим. М.А.Карцева.ПЕТРОВА ГАЛИНА НИКОЛАЕВНА.ВедущаяФГБУН Институт проблем управления им. В.А.организация:Трапезникова РАН.Защита диссертации состоится 30 декабря 2013 года в 1100 часов назаседании диссертационного совета Д212.125.11 при ФГБОУ ВПО«Московский авиационный институт (национальный исследовательскийуниверситет)» по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское ш.,д.4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО«Московский авиационный институт (национальный исследовательскийуниверситет)» (125993, г.

Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское ш., д.4).Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просьбанаправлять по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское ш., д.4.Автореферат разослан: « 29 » ноября 2013 года.Ученый секретарьдиссертационного советаКандидат технических наук, доцентГорбачев Ю.В.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.Важность задач стоящих перед системами летательных аппаратов (ЛА)обуславливает требования высокой безопасности их функционирования.

Припроектировании таких сложных технических систем (СТС) ЛА, необходимовыбрать оптимальные их варианты, отвечающие наилучшим образом заданнымтактико-техническим условиям. Задача оптимизации может быть поставлена вшироком или ограниченном плане. В широком плане задача оптимизациивариантов СТС решается путем сравнения нескольких возможных вариантовразработки системы (объекта). В ограниченном плане речь идет о выбореоптимальных значений, параметров при заданной схеме и структуре системы.Реальные значения параметров систем ЛА в каждый момент времени в большейили меньшей степени отличаются от расчетных вследствий воздействия насистему внешних и внутренних дестабилизирующих факторов.

Вызванныеэтими воздействиями вариации параметров элементов в системе ЛА являютсяпричиной нестабильности еѐ функционированого и могут привести кнеобратимым последствиям. Поэтому для достижения высокой безопасностифункционирования системы ЛА необходимо уже на этапе проектированияучитывать возможные производственные и эксплуатационные вариациипараметров ее элементов. К настоящему времени разработан ряд аналитическихи экспериментальных методов оценки безопасности технических систем. Поэтой проблеме имеются исследования в монографиях профессоров РябининаИ.А., Ильичеае А.В., Судакова Р.С, Данилин Н.С, Карташев Г.В, СеверцеваН.А., Бецкова А.В., Дивеева А.К., Дедкова В.К., Садыхова Г.С., Воронина Е.А.и др.

Однако существующие методы оценки безопасности на этапепроектирования фактически не связаны с выбором характеристик элементовсистем управления. В связи с этим возникает актуальная задача разработкиметодовиметодик,позволяющих3получитьколичественнуюоценкудопустимых отклонений параметров и их оптимальных значений при влияниидестабилизирующих факторов.Цель работы и задачи исследования.Цель диссертационного исследования заключается в решении задачиобеспечения безопасности (заданного уровня поля допусков параметров)системы ЛА в условиях воздействия дестабилизирующих факторов. Всоответствии поставленной целью решаются следующие задачи:1. Исследование математических моделей и критериев безопасностисистем ЛА с учетом одновременного воздействия внутренних и внешнихфакторов.2.

Исследование задач параметрической коррекции системы ЛА побезопасности и разработка математической модели функциональной связиконтролируемых параметров системы ЛА, алгоритмов определения допусков иноминала контролируемых параметров системы ЛА с учетом одновременноговоздействия внутренних и внешних факторов.3. Разработка математической модели риска и потерь, связанных савариями систем ЛА с учетом дестабилизирующих факторов.Методы исследования.Результатыдиссертационнойработыбылиполученынаосновеиспользования теории системного анализа; теории надежности, устойчивости ибезопасности систем; методов оптимизации, математического моделирования;теории управления систем; теории вероятностей и математической статистики.Научная новизна полученных результатов.В отличие от предыдущих исследований в данной диссертационнойработе впервые исследованы и представлены оптимальные модели и алгоритмыбезопасности функционирования систем ЛА с учетом дестабилизирующихфакторов:41.

ПредложенаконтролируемыхметодикапараметроввыборасистемыоптимальнойЛА,совокупностиобеспечивающаяучетодновременного воздействия внутренних и внешних факторов.2. Разработана объединенная математическая модель функциональнойсвязи контролируемых параметров системы ЛА с параметрами воздействиявнутренних и внешних факторов.3. Разработаны и исследованы алгоритмы определения допусков назначения контролируемых параметров системы ЛА современного поколения,требуемогоуровняпараметрическойнадежностиибезопасности,чтопозволило решить задачу оптимизации безопасности функционированиясистем ЛА.4.

Обоснованвыбороптимальныхпоказателейбезопасности,сформулирована задача управляемости с учетом необходимых условийбезопасности класса EAL2 системы ЛА.Практическая значимость заключается в разработке математического иалгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации управления иобработки информации для безопасного функционирования систем ЛА;проведении расчета обобщенных показателей качества функционирования,алгоритмов и методик для управления безопасностью систем ЛА привоздействии дестабилизирующих факторов.Объектом исследования является безопасность функционированиясистем ЛА при воздействии дестабилизирующих факторов.Предметисследования-разработкаматематическихмоделей,алгоритмов и методик для управления безопасностью систем ЛА привоздействии дестабилизирующих факторов.Личный вклад автора состоит в последовательном и расширенномпроведениисистемногоанализаметодовисследованияуправлениябезопасностью исследуемого объекта с учетом воздействия возмущающих5факторов, а также разработке и исследовании моделей и алгоритмов процессаоптимизации поля допусков на параметры системы ЛА при воздействиидестабилизирующих факторов.Основные положения, выносимые на защиту.1.

Объединеннаяматематическаяконтролируемых параметров системымодельЛАсфункциональнойпараметрамисвязивоздействиявнутренних и внешних факторов.2. Математическая модель риска и потерь, связанных с авариями системЛА с учетом дестабилизирующих факторов.3. Алгоритмы определения допусков и номинала контролируемыхпараметров системы ЛА с учетом одновременного воздействия внутренних ивнешних факторов.Апробация работы.Основныерезультатыработыдокладывалисьнамеждународнойконференции ―Надежность и качество‖ 2012г, г.

Пенза, на постоянномдействующемсеминарепопроблеме―Фундаментальныепроблемыбезопасности‖ ВЦ им. А.А.Дородницына РАН.Публикации.Результаты проведенных в диссертационной работе исследованийопубликованы в 4 статьях, общим объемом 3 п.л., из них в журналах из перечняВАК – 2 статьи, общим объемом 1,5 п.л.

Результаты, опубликованныесовместно с другими авторами, принадлежат соавторам в равных долях.Структура и объем работы.Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы (83наименований). Объем основного текста составляет 123 страниц, 04 таблиц, 22рисунка.6СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выполненного исследования,сформулированы цель, задачи диссертационной работы, отмечены ее научнаяновизна и практическая значимость, а также представлена аннотациядиссертационной работы по главам.В первом главе исследованы модели отказоустойчивости, надежности ибезопасности систем ЛА, соотношение связи безопасности, надежности ибезаварийностии представлены критерии безопасности систем ЛА иструктурная функция безопасности.Вектop x   x1 , x2 ,..., xn  - это вектор состояния элементов системы т.е.x  x  t  , а функция    x - структурная функция работоспособности.

Тогда R-вероятность безотказной работы системы. R  P  x  1   ai  P x j  1 ,Mi 1jEгде ai – целые  0  i  M  ,  x   x j , E  1,2,..., n .jE Пусть p   p1 , p2 ,..., pn  - вектор безотказной работы элементов R  h p .Если p j  p , 1  i  n , то R  h  p  . Представляя h  p  в виде полинома:Mh  p    ai pi(1)i 1гдеai -целые1  i  n назовемполиномиальнойПолиномиальную форму можно получить, подставивформойpi  p ,h p .1 i  n ,сгруппировать члены по степеням р.Рассмотрены связи между отказоустойчивостью и безопасностью системыс построением графа состояний и переходов систем (рис.1)7ОЗ=Р, ПБ=РОЗ=Р, ПБ=ООЗ=О, ПБ=ООЗ=О, ПБ=РРис. 1. Граф состояний и переходовфункционирования системы.ОЗ - объекта защиты;ПБ - подсистемы безопасности;ОФ -опасноефункционирование системы.В настоящей главе обосновано соотношение связей безопасности,надежности и безаварийности на основе графа состояний и переходов (рис.2),содержащийэлементыбезопасностифункционированиясистемы(БФ),безопасности отказа (БОт) и безопасности останова (БОс).БОтБФОФАБОсРис.2.

Граф состояний и переходов побезопасности и работоспособностиВ данной главе представлены критерии безопасности технических систем.Структурным критерием безопасности состояния системы по отношению кзаданной аварии является отсутствие в системе критических элементов.Функциональным критерием безопасности состояния системы являетсяравенство нулю условной плотности вероятности перехода из данногосостояния в состояние аварии.ДалееМножестворассмотренанеаварийныхструктурнаясостояний8функциясистемыбезопасности(НА)системы.описывается  индикаторной функцией  A X : B n  B , такой, ч т о  A X  1 если X  HA и  A X  0 в противном случае, где В- множество значений логическихпеременных и функций, B  0,1 . ne X   A Oi , Xi 1(2)Зная множество минимальных сечений СФБС, для нее нетруднопостроитьаналитическоевыражение,используяметодыпостроенияаналитических форм для СФРС, а затем, используя методы построениявероятностных форм для булевых функций от случайных переменных,получитьвыражениедлявероятностибезопасногофункционированиясистемы.В второй главе представлена классификация задач параметрическойкоррекции исследуемой системы ЛА по безопасности, проведен системныйанализ задач параметрической коррекции системы ЛА по безопасности,разработанаиисследованаобъединеннаяматематическаямодельфункциональной связи контролируемых параметров системы ЛА, алгоритмовопределения допусков и номинала контролируемых параметров системы ЛА сучетом одновременного воздействия внутренних и внешних факторов(алгоритм построения бруса Ω0 и алгоритм построения бруса Ωв ).Критерии качества технической системы Fj * , j  1, m :Fj min  Fj *  Fj max(3)где Fjmin, Fjmax - допустимые пределы вариации значения j-го критерия качествасистемы, заданные техническим заданием.