Математическая
морфология.
Электронный
математический и медико-биологический журнал. - Т. 13. -
Вып. 3. - 2014. -
URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-43-html/TITL-43.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-43-html/cont.htm
УДК
623.658.58
АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ОБОСНОВАНИЮ ДОСТАТОЧНОСТИ КОМПЛЕКТОВ ЗИП
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Ó
2014 г. Утенков Ю. О.
В данной работе рассмотрена модель системы процесса
эксплуатации эксплуатация радиоэлектронных средств совместно с усовершенствованной полумарковской моделью процесса
эксплуатации позволяющая исследовать влияние количества элементов, закладываемых
в ЗИП, а также других факторов на эффективность функционирования образца эксплуатация
радиоэлектронных средств в целом.
Ключевые слова: запасные части и принадлежности,
эксплуатация радиоэлектронных средств.
Любой комплект запасных частей и принадлежностей (ЗИП) (ЗИП-О, ЗИП-Г или ЗИП-РО) [1]состоит из запасов элементов. Под запасом элементов в комплекте ЗИП понимается совокупность однотипных запасных элементов. Все элементы данного типа в данном комплекте ЗИП входят в один запас, и запас включает элементы только одного типа.
Отказом запаса элементов данного типа называется такое состояние пары «Изделие-ЗИП», при котором изделие полностью или частично потеряло работоспособность из-за отказа элементов данного типа, а данный запас пуст. Понятие отказа определено лишь для запасов, которые содержатся в комплектах ЗИП, непосредственно обслуживающих изделие. Отказ любого запаса в таком комплекте – это отказ системы ЗИП; отказ системы ЗИП – это отказ одного из запасов, непосредственно обслуживающих изделие.
В соответствии с [1] стратегией пополнения запаса называется совокупность правил, на основании которых пополняют (восстанавливают) запас в комплекте ЗИП. Эти правила регламентируют моменты выдачи, длительность, источник и порядок реализации требования на пополнение. Понятие стратегии пополнения вводится для запасов, а не для комплектов ЗИП.
В соответствии с [1] в Вооруженных Силах РФ используется четыре стратегии пополнения запасов:
1. Периодическое пополнение. При периодическом пополнении запас элементов данного типа периодически, через заранее заданные, фиксированные интервалы времени (периоды пополнения) восстанавливается до начального уровня.
Предполагается, что периодическое пополнение любого запаса производится только из неисчерпаемого источника пополнения. Периодическое пополнение применяется для восстановления запасов во всех видах комплектов ЗИП (ЗИП-О, ЗИП-Г, ЗИП-РО). Стратегия периодического пополнения характеризуется одним числовым параметром Тп – периодом пополнения данного запаса.
Периодическое пополнение является самым распространенным в практике проектирования (но не эксплуатации!) комплектов ЗИП. Согласно определению стратегии периодического пополнения, если отказ системы ЗИП наступил через время t < Тп после начала очередного пополнения, то изделие должно простаивать в течение времени Тп – t (до конца периода). Естественно, люди, эксплуатирующие изделие, не заинтересованы в длительных простоях и попытаются использовать малейшую возможность пополнения ЗИП, не дожидаясь конца периода пополнения, т. е. постараются произвести экстренную доставку элементов. Возникает противоречивая ситуация. ЗИП рассчитывается, исходя из стратегии периодического пополнения, а эксплуатируется с применением стратегии периодического пополнения с экстренными доставками.
2. Периодическое пополнение с экстренными доставками. При использовании этой стратегии помимо планового восстановления происходит еще и внеплановое восстановление запаса до начального уровня в том случае, когда изделие простаивает из-за отсутствия соответствующего запасного элемента, т. е. при отказе данного запаса.
Стратегия периодического пополнения с экстренными доставками применяется для восстановления запасов во всех видах комплектов ЗИП (ЗИП-О, ЗИП-Г и ЗИП-РО). Стратегия характеризуется двумя числовыми параметрами: Тп – периодом пополнения запаса элементов данного типа (предполагается, что плановое восстановление производится всегда за счет НИП) и Тэд – средней продолжительностью экстренной доставки элементов данного типа из ЗИП-Г или из НИП.
3. Ремонт (восстановление) отказавших элементов. При использовании этой стратегии при удовлетворении запасов элементов данного типа заявки на элемент неисправный элемент данного типа поступает в соответствующий РО, а затем после ремонта возвращается в тот запас, за счет которого удовлетворялась заявка.
Роль РО понимается в широком смысле слова. Другими словами под ремонтным органом может пониматься не только подразделение, осуществляющее ремонт, но и комплект ЗИП-Г или НИП. В последнем случае под средним временем ремонта элемента понимается среднее время доставки элемента из соответствующего источника пополнения.
Показатели достаточности запасов восстанавливаемых элементов существенно зависят от пропускной способности соответствующего РО.
Ремонт отказавших элементов применяется для восстановления запасов во всех видах комплектов ЗИП (ЗИП-О, ЗИП-Г и ЗИП-РО). Эта стратегия пополнения характеризуется одним числовым параметром – средним временем ремонта одного элемента данного типа.
4. Непрерывное пополнение (пополнение по уровню запаса k). При использовании этой стратегии для запаса элементов данного типа фиксируется целое число k(k ≥ 0, k ≤ n/2-1, где n – начальный уровень запаса), и, когда запас элементов данного типа исчерпывается до уровня k, посылается заявка на поставку n–k элементов времени tд. При непрерывном пополнении очередная заявка может быть послана только после выполнения предыдущей, независимо от того, отказывали ли элементы данного типа в процессе удовлетворения заявки или нет.
Показатели достаточности запасов, пополняемых по уровню, существенно зависят от закона распределения случайной продолжительности удовлетворения заявки. Ограничиваемся рассмотрением экспоненциального распределения tд. Это объясняется тем, что формулы, выведенные для такого распределения, позволяют получить оценку снизу для достаточности запаса, для которого tд распределено по любому другому закону с тем же средним.
Стратегия непрерывного пополнения применяется для восстановления запасов только в ЗИП-О и характеризуется двумя числовыми параметрами: k – уровнем пополнения запаса элементов данного типа и Тд – средней продолжительностью исполнения заявки на пополнение, т. е. средним временем доставки элементов данного типа из источника пополнения. Источником пополнения в этом случае может быть как ЗИП-Г, так и НИП.
Стратегия непрерывного пополнения используется обычно для пополнения запасов дорогих невосстанавливаемых элементов в ЗИП-О. Кроме того, использование этой стратегии весьма удобно при разработке систем «Изделие-ЗИП», статистические характеристики отказов которых либо вообще неизвестны, либо недостоверны.
Для РЭС принята стратегия с периодическим пополнением запаса с периодом один год [2]. Но реально в войсках сложилась стратегия периодического пополнения с экстренным восстановлением. Эта стратегия отличается от установленных, в [1] тем, что в соответствии с ней в случае возникновения отказа системы «Изделие-ЗИП» экстренно доставляется элемент для восстановления работоспособности образца, а запасы соответствующего комплекта ЗИП пополняется только по стратегии периодического пополнения по истечении соответствующего периода.
Для того, чтобы гарантировать требуемую надежность сложным радиоэлектронным изделиям придается система обеспечения их работоспособности, которая включает диагностические и ремонтные средства, комплекты запасных элементов, и т. д. Совокупность всех запасных конструктивных элементов, входящих в систему обеспечения работоспособности называют системой ЗИП (или просто ЗИП).
Возможная нехватка запасных элементов увеличивает среднее время замены отказавшего элемента исправным запасным (среднее время ремонта изделия), причем ограниченность объема ЗИП может весьма существенно сказаться на значении показателя надежности изделия и ее нельзя не учитывать при расчетах надежности.
Практика показывает, что затраты на систему ЗИП сравнимы с затратами на изделие, поэтому возникает задача расчета системы ЗИП, обеспечивающей заданный уровень надежности изделия при минимальных затратах.
В практике обеспечения изделий запасными элементами используются разнообразные и сложные структуры систем ЗИП, но, как правило, любую структуру обеспечения ЗИП можно построить из следующих комплектов.
Одиночный комплект ЗИП (ЗИП-О) – это комплект запасных конструктивных элементов, придаваемый непосредственно изделию с целью обеспечения его надежности при длительном использовании.
Групповой комплект ЗИП (ЗИП-Г) придается группе изделий для пополнения одиночных комплектов по мере их расходования или для обеспечения надежности изделий по тем типам элементов, которые отсутствуют в номенклатуре одиночных комплектов ЗИП.
Комплект ЗИП ремонтного органа–ЗИП-РО придается ремонтному органу (РО) с целью обеспечения его функционирования. Функционирование РО заключается в устранении отказов в неисправных элементах за счет выявления и замены в них отказавших более мелких конструктивных элементов.
Для технической базы современных изделий характерно наличие трех уровней сложности элементов: ТЭЗ1 (ТЭЗ–типовой элемент замены) – самый мелкий конструктивный элемент, ремонту не подлежит; ТЭЗ2 – состоит из ТЭЗ1, ремонтируется за счет замены отказавшего ТЭЗ1, ТЭЗ3 – состоит из ТЭЗ2, ремонтируется за счет замены ТЭЗ2. Соответственно РО для ремонта ТЭЗ3 должен быть снабжен запасом ТЭЗ2, а РО для ремонта ТЭЗ2 – запасом ТЭЗ1.
Ограничиваясь тремя уровнями сложности элементов и двумя уровнями в иерархии системы ЗИП (ЗИП-О, ЗИП-Г), в [3] приведена классификация используемых на практике структур систем обеспечения ЗИП.
Структура 1 (рисунок 1.1). Изделию придан комплект ЗИП-О, пополняемый из неисчерпаемого источника пополнения (НИП). Под неисчерпаемым источником здесь и далее понимается завод, склад, база и т. п., ограниченность которых не учитывается при расчете показателей достаточности комплекта ЗИП данного изделия.
Рисунок 1.1 – Простейшая структура системы обеспечения изделия только одиночным комплектом ЗИП
Структура 2 (рисунок 1.2). Группе изделий придан комплект ЗИП-Г (комплект ЗИП-О – не придаются), пополняемый из НИП.
Рисунок 1.2 – Структура системы обеспечения изделий групповым комплектом ЗИП
Структура 3 (рисунок 1.3). Каждому из РЭС придан комплект ЗИП-О. Все комплекты ЗИП-О пополняются частично (или полностью из одного комплекта ЗИП-Г, а частично из НИП). Комплект ЗИП-Г пополняется из НИП.
Рисунок 1.3 – Двухуровневая структура обеспечения изделий ЗИП-О и ЗИП-Г
Структура 4 (рисунок 1.4). РЭС вооружению придан ЗИП-О, который совмещен с РО, снабженным ЗИП-РО. Комплект ЗИП-О пополняется частично (или полностью) из ЗИП-РО в результате ремонта отказавших элементов, а частично из НИП. Комплект ЗИП-РО пополняется из НИП.
Рисунок 1.4 – Структура обеспечения ЗИП изделий с восстановлением элементов ЗИП-О
Структура 5 (рисунок 1.5). Группе образцов придан ЗИП-Г (ЗИП-О не придаются). ЗИП-Г, который совмещен с РО, снабженным ЗИП-РО, пополняется частично (или полностью) из ЗИП-РО в результате ремонта отказавших элементов, а частично из НИП. Комплект ЗИП-РО пополняется из НИП.
Рисунок 1.5 – Структура обеспечения ЗИП
изделий с восстановлением элементов ЗИП-Г
Структура 6 (рисунок 1.6). Каждому образцу в группе придан ЗИП-О. Все ЗИП-О пополняются
из ЗИП-Г. С ЗИП- Г совмещен РО, снабженный ЗИП-РО. Комплект ЗИП-Г пополняется
частично (или полностью) из ЗИП-РО в результате ремонта отказавших элементов, а
частично из НИП. Комплект ЗИП-РО пополняется из НИП.
Рисунок 1.6 – 3-х уровневая структура
обеспечения изделий ЗИП
Структура 7 (рисунок 1.7). РЭС
вооружению придан комплект ЗИП-О, совмещенный с двумя ремонтными органами: РО1
ремонтирует ТЭЗ3 путем замены в них отказавших ТЭЗ2, РО2 ремонтирует ТЭЗ2 путем
ремонта отказавших в них ТЭЗ1. Ремонтный орган РО1 снабжен комплектом ЗИП-РО1 –
запасом ТЭЗ2, РО2 снабжен комплектом ЗИП-РО2 – запасом ТЭЗ1. Комплект ЗИП-О
пополняется частично (или полностью) из ЗИП-РО1 в результате ремонта отказавших
элементов в РО1, а частично из НИП. Комплект ЗИП–РО1 пополняется частично (или
целиком) из ЗИП-РО2 в результате ремонта отказавших элементов в РО2, а частично
из НИП. Комплект ЗИП-РО2 пополняется из НИП.
Рисунок 1.7 – 3-х уровневая
структура обеспечения изделий с восстановлением ЗИП-О
Структура 8
(рисунок 1.8). Группе РЭС придан комплект ЗИП-Г, совмещенный с двумя
ремонтными органами: РО1 ремонтирует ТЭЗ3 путем замены в них отказавших ТЭЗ2,
РО2 ремонтирует ТЭЗ2 путем замены в них отказавших ТЭЗ1. Ремонтный орган РО1
снабжен комплектом ЗИП–РО1–запасом ТЭЗ2, РО2 снабжен ЗИП-РО2–запасом ТЭЗ1.
ЗИП-Г пополняется частично (или полностью) путем ремонта отказавших элементов в
РО1, т. е. за счет ЗИП-РО1, а частично из НИП. Комплект ЗИП-РО1 пополняется частично
(или полностью) из ЗИП-РО2 в результате ремонта отказавших элементов в РО2, а
частично из НИП. Комплект ЗИП-РО2 пополняется за счет НИП.
Рисунок 1.8 – 3-х уровневая
структура обеспечения изделий с восстановлением элементов ЗИП-Г
Структура 9 (рисунок 1.9). Каждому образцу в группе
придан ЗИП-О. Всей группе изделий придан ЗИП-Г. Каждый ЗИП-О совмещен с РО, снабженным
ЗИП-РО. ЗИП-О пополняется частично из ЗИП-Г, частично путем ремонта отказавших
элементов в РО, т. е. за счет ЗИП-РО, а частично, возможно, из НИП. ЗИП-Г и
ЗИП-РО пополняется из НИП.
Список возможных структур можно
было бы продолжить, введя в рассмотрение системы ЗИП,
состоящие из четырех, пяти или даже шести разных комплектов. Ограничиваемся
описанными девятью структурами по двум соображениям. Во-первых, эти структуры
покрывают потребности практики. Во-вторых, введение дополнительных структур не
потребует введения новых методов вычисления показателя достаточности и расчета
систем ЗИП, однако изложение этих методов применительно к системам ЗИП, состоящим
более чем из трех разных комплектов, было бы чересчур громоздким.
Рисунок 1.9 – 3-х уровневая
структура обеспечения изделий с восстановлением элементов ЗИП-О
Далее будем рассматривать
систему ЗИП как самостоятельный объект, который может находиться в двух
состояниях: в безотказном и в состоянии отказа. Отказом системы ЗИП условно
называется такое состояние пары “Изделие-ЗИП”, при котором изделие полностью
или частично потеряло работоспособность из-за отказа одного из составляющих его
элементов, а система ЗИП не может предоставить нужного запасного элемента. Из определения
следует, что отказ системы ЗИП не обязательно совпадает с отказом выполнить
требование на элемент, а лишь с таким отказом в выполнении требования, который
ведет к простою изделия.
В структурах ЗИП, при 1, 3, 4,
6, 7, 9 отказ системы ЗИП обусловлен отказом ЗИП-О, в структурах ЗИП 2, 5, 8 –
отказом ЗИП-Г, в более сложных структурах отказ системы ЗИП связан с отказом
комплекта ЗИП, непосредственно обслуживающего изделие.
Перечисленные выше структуры
легли в основу метода расчета ЗИП, зафиксированных в нормативном документе «Мороз-6»
[4]. Методики, приведенные в этом документе, ориентированы на расчет
оптимальных запасов в раздельных единичных и групповых, а также двухуровневых
(одиночного и группового) комплектах ЗИП. Причем, если в [3] авторы разработали
и исследовали 9 структур системы ЗИП, то в доведенных до рабочих методиках [4]
реализованы только 3.
Основным препятствием в
использовании результатов, полученных в
[2, 4–6], является не только отсутствие учета влияния организации технического
обслуживания и текущего ремонта и параметров системы ТО на функционирование системы
ЗИП, но и то, что перечисленные структуры систем ЗИП не соответствуют
структурам системы ЗИП, функционирующих в войсковой ПВО.
В частности, не смотря на то,
что руководящими документами предписывается пополнение одиночных комплектов ЗИП
из ЗИП-Г, реально, в войсковой ПВО, сложилась практика пополнения ЗИП-О у НИП,
т. е. по ежегодным заявкам. Номенклатура элементов, имеющихся в ЗИП-Г,
расходуется после того, как они закончатся в ЗИП-О, а пополнение ЗИП-О (и
ЗИП-Г) осуществляется по ежегодным заявкам.
Для зенитных комплексов
войсковой ПВО, собранных на элементной базе первого и второго поколений
(ЗСУ-23-4, С-60, «Круг», «Куб», «Оса») структура системы обеспечения ЗИП имеет
вид, приведенный на рисунке 1.10.
В этой структуре групповой
комплект ЗИП является, по сути, комплектом ЗИП ремонтного органа, так как он
расходуется при текущем ремонте РЭС зенитных комплексов в ремонтных
подразделениях или в подразделениях технического обслуживания.
Пополнение и одиночных
комплектов и комплектов ЗИП ремонтного органа осуществляется в зависимости от
номенклатуры с дивизионных или армейских складов, которые на рисунке 1.10
присутствуют в виде неисчерпаемого источника пополнения (НИП). Стратегия пополнения этих комплектов – периодическая
до требуемого (начального) уровня с экстренной поставкой в случае отказа.
Рисунок 1.10 - Структура
систем обеспечения ЗИП комплексов войсковой
ПВО собранных на элементной базе первого и второго поколений
Для этих комплектов запасные элементы представляют ЗИП россыпью,
т. е. лампы, конденсаторы, резисторы, реле и т. п. («Круг», «Шилка», «Куб», РЛС
КО П-12, П-15), а ремонт их идет на уровне блоков.
Интеграция элементной базы привела к тому, что и
элементная база, и запасные элементы представляли собой панели или субблоки
(«Оса», РЛС КО П-18, П-19). Но текущий
ремонт этих образцов ничем не отличается от комплектов первого поколения. Структура
системы ЗИП имеет вид, представленный на рисунке 1.11.
Рисунок 1.11 –
Структура систем обеспечения ЗИП РЭС старого парка
Для зенитных ракетных
комплексов войсковой ПВО, собранных на элементной базе третьего, четвертого
поколений, т. е. на ИМС, БИС, таких как «Тор-М1», «С1-300 ВМ», «Бук-М1»,
структура системы ЗИП имеет несколько иной вид. Он представлен на рисунке 1.12.
Рисунок 1.12 –
Структура систем обеспечения ЗИП, использующая агрегатный метод текущего
ремонта РЭС нового парка
Если в зенитных комплексах
первого и второго поколений невосстанавливаемые запасные элементы, входящие в
групповые комплекты ЗИП, представляли собой электровакуумные приборы, реле,
резисторы, конденсаторы, полупроводниковые приборы, то в комплексах третьего и
четвертого поколений эти элементы уже имеют вид панелей, субблоков, узлов. Номенклатура
одиночного комплекта ЗИП особых изменений не претерпела и представляет собой
тот же набор предохранителей, лампочек и инструментов, что и в комплексах
первого и второго поколений. Главным отличием и особенностью комплектования и
расходования комплектов ЗИП третьего и четвертого поколений зенитных комплексов
войсковой ПВО является введение новой
технологии их текущего ремонта. Эта технология характеризуется тем, что текущий ремонт осуществляется агрегатным
методом. Автоматизированная система функционального контроля современных
зенитных комплексов не только оценивает их готовность к ведению боевой работы,
но и с точностью до блока локализирует отказ в случае, когда он возникает. Затем
из группового комплекта ЗИП производится замена отказавшего блока на работоспособный.
Отказавший блок диагностируется
в ремонтном органе на специализированном стенде, где отказ локализируется до
субблока. ЗИП ремонтного органа представляет собой субблоки россыпью и
предназначен для восстановления отказавших блоков. Восстановленный таким
образом блок возвращается в групповой ЗИП, восстанавливая его готовность к
взаимодействию с РЭС.
Такая технология ремонта,
очевидно, существенно повышает коэффициент готовности РЭС за счет радикального
изменения времени восстановления. Но она смогла реализоваться на РЭС «насыщенных»
цифровой элементной базой с жесткой стандартизацией и унификацией сигналов и их
параметров. Именно реализация этого требования позволила разработать специализированные
стенды не требующие высокой квалификации обслуживающего их персонала и
осуществить описанную выше технологию в рамках войскового ремонта сложнейшей
современной электронной техники.
Учитывая более высокий уровень
безотказности современной элементной базы и, как следствие, более редкое обращение
к ЗИП, экономическая целесообразность внедрения такой технологии скорей всего
будет востребована и далее.
Вместе с тем, очевидной
задачей, возникающей в плане обоснования этой целесообразности, является
моделирование взаимодействия в системе «Изделие-ЗИП» и расчет оптимальных
параметров такой системы.
Литература
1.
РД В 319.01.16-98.
Руководящий нормативный документ. аппаратура, приборы, устройства и
оборудование военного назначения. Методики оценки и расчета запасов в
комплектах ЗИП.
2.
Головин
И.Н., Чуварыгин Б.В., Шура-Бура А.Э. Расчет и оптимизация комплектов запасных
элементов радиоэлектронных систем. М., Радио
и связь , 1984. 176 с.
3.
Мищенко
В. И. Сценка современного обеспечения надежности радиоэлектронных средств ЗРК
войсковой ПВО//Научные труды университета. Вып 2. Смоленск, ВУ ВПВО ВС РФ,
1999. С. 149-155. 98.
4.
Ребров
А.С., Утенков Ю.О. Анализ путей обеспечения надежности РЭС ВВТ войсковой ПВО.
/ Научные труды Военного университета.
Вып. 10. 2004. – с. 181–186.
5.
Кондратенков
В. А., Мухаметзянов И. Н. Основы теории эксплуатации военной техники. Смоленск,
ВУ В ПВО, 1999. 198 с. 77.
6.
Мищенко
В. И. Обоснование требований к параметрам системы технического обслуживания по
уровню надежности радиоэлектронной аппаратуры РЛС и АСУ//Разработка
рекомендаций по обеспечению требуемого уровня безотказности и ремонтопригодности
вооружения войск ПВО СВ на различных этапах разработки и эксплуатации: Отчет о
НИР (заключ.)/СВИУРЭ, шифр "Каллиграфия-86". Смоленск, 1988. С. 7-17, 6-24. 96
THE
ANALYSIS OF APPROACHES TO THE SUBSTANTIATION SUFFICIENCY OF COMPLETE SETS ZIP OF
RADIO-ELECTRONIC MEANS
Utenkov
Y. O.
In the given work
the model of system of process of operation operation of radio-electronic means
together with improved полумарковской model of process of operation allowing is considered
to investigate influence of quantity of the elements pawned in the ZIP, and
also other factors on efficiency of functioning of the sample operation of
radio-electronic means as a whole.
Key words: spare parts and accessories, operation of radio-electronic means.
Академия войсковой ПВО Вооруженных Сил РФ
им. Маршала Советского Союза А. М. Василевского
г. Смоленск
Поступила в редакцию 3.09.2014.