Направления развития концепции мониторинга технического состояния вооружения, военной и специальной техники

Введение

Сопровождение эксплуатации вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) имеет целью обеспечение требуемого уровня тактико-технических (технических) характеристик и их системы эксплуатации, продление стадии эксплуатации ВВСТ и снижение эксплуатационных затрат, а также накопление материала, необходимого при проектировании новых комплексов.

Вообще, понятие сопровождение эксплуатации ВВСТ является собирательным и включает в себя понятия авторского и технического надзора предприятиями промышленности в процессе эксплуатации ВВСТ, а также мониторинг технического состояния (ТС) ВВСТ.

Необходимость и возможность проведения мониторинга ТС изделий военной техники существует на всех этапах эксплуатации (ввод в эксплуатацию, штатная эксплуатация, вывод из эксплуатации). Однако наиболее объемные и сложные задачи мониторинга ТС ВВСТ решаются на этапе штатной эксплуатации, и, в первую очередь, при определении возможности и условий продления ресурса ВВСТ.

Термин «мониторинг» появился накануне Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 5–16 июня 1972 г.). Он образован от латинского слова «monitor», что означает «впередсмотрящий», «наблюдающий», «надзирающий», «предостерегающий» или «советующий». Этот термин, по-видимому, появился в противовес термину «контроль», т.к. в его трактовку включалось не только наблюдение и получение информации, но и элементы активных действий, направленные на получение необходимого результата в будущем.

Анализ систем мониторинга в различных областях показывает, что одной из важнейших причин их возникновения послужила необходимость предотвращения опасности в самом широком понимании этого слова. Это и непосредственная угроза для жизни и здоровья человека, и угроза для объектов государственной важности и угроза экономических потерь или потерь социального характера.

1. Основные сведения о системе мониторинга технического состояния

Мониторинг – это информационно-аналитический процесс обеспечения выработки управленческих решений, направленных на предотвращение неблагоприятного изменения состояния объекта мониторинга [3, c. 9].

Главной целью мониторинга является предотвращение этой опасности посредством прогнозирования сценариев поведения объектов мониторинга и предупреждения о неблагоприятном характере этого прогноза лиц, принимающих решения.

Системы мониторинга должны обеспечивать получение информации об объекте мониторинга в необходимом количестве и качестве для обеспечения наблюдаемости его технического состояния. По результатам наблюдения системы мониторинга производят управляющие воздействия с целью обеспечить необходимый запас устойчивости технологической системы, качество ее функционирования, техногенную, экологическую и экономическую безопасность.

Мониторинг включает в себя совокупность последовательных действий информационного и аналитического характера:

• наблюдение за объектом мониторинга и сбор информации об его состоянии;
• оценка текущего состояния объекта мониторинга и прогноз его изменения;
• подготовка вариантов управленческих решений с оценкой риска их принятия.

Под системой мониторинга будем понимать систему, реализующую процесс мониторинга.

Исходя из данного выше определения мониторинга, систему мониторинга можно интерпретировать как систему поддержки принятия решений в системе управления состоянием объекта мониторинга.

Наиболее важными решениями, которые должны поддерживаться системой мониторинга, как организационно-технической системы, являются следующие решения:

• о продлении срока службы и ресурса объектов ВВСТ;
• о возможности допуска этих объектов к проведению конкретных запусков космических аппаратов;
• о необходимости выполнения на них ремонтно-профилактических (РПР) и ремонтно-восстановительных работ (РВР);
• о необходимости внесения изменений в состав и конструкцию оборудования объектов эксплуатации (ОЭ), организационно-штатную структуру эксплуатационных подразделений и организационную структуру управления эксплуатацией ВВСТ.

Кроме того, чрезвычайно важной является поддержка принятия оперативных решений, обеспечивающих наилучший в сложившихся обстоятельствах выход из нештатных ситуаций.

В настоящее время в понятие мониторинга включают не только наблюдение и получение информации о настоящем состоянии объекта мониторинга, но и получение информации об его будущем состоянии и возможных вариантах активных действий, направленных на изменение этого состояния в случае необходимости. Таким образом, систему мониторинга ВВСТ можно интерпретировать как систему поддержки принятия решения о выполнении на ВВСТ необходимого для поддержания требуемого уровня их надежности и безопасности объема эксплуатационных мероприятий.

В процессе выполнения работ по повышению эффективности функционирования системы эксплуатации объектов ВВСТ за счет внедрения системы мониторинга постепенно приходило осознание того, что дальнейшее повышение ее эффективности, в частности, повышение уровня безопасности, может быть достигнуто только в том случае, когда в качестве объекта мониторинга будут рассматриваться не только сами ОЭ, но и объекты, с которыми они взаимодействуют, а также обслуживающий персонал и эксплуатационные процессы, т. е. система эксплуатации ВВСТ в целом.

Поэтому наличие названной выше системы мониторинга, несомненно, будет способствовать повышению уровня безопасности эксплуатации объектов, входящих в систему эксплуатации ВВСТ.

2. Прогнозирование технического состояния ВВСТ

Внедрение системы мониторинга в практику эксплуатации ВВСТ позволило уменьшить число отказов ОЭ при их применении по назначению, но не исключить их полностью. Одной из причин этого является недостаточная точность прогнозирования изменения ТС ОЭ (рисунок 1), обусловленная наличием следующих негативно влияющих на точность прогнозирования факторов:

• увеличение статистической неоднородности ОЭ вследствие увеличения количества РПР и РВР;
• малая мощность рядов измерений;
• апериодический характер измерений параметров ОЭ;
• отсутствие адекватных физических моделей для ряда ОЭ.

Рис. 1. Изменения технического состояния ОЭ

Под прогнозированием понимается определение вероятностных тенденций и перспектив развития объекта прогнозирования на основе имеющихся данных [2, c. 3].

Прогнозирование является специфическим видом научного анализа. Отличие его от обычного анализа заключается, во-первых, в том, что он нацелен в будущее, во-вторых, он учитывает неопределенность, связанную с этим будущим.

Объектом прогнозирования являются процессы, явления, события, технические устройства, на которые направлена познавательная деятельность человека. В зависимости от природы объекты прогнозирования могут быть экономические, социальные, научно-технические, военно-политические и др.

Задача прогнозирования – максимальное уменьшение влияния неопределенностей в будущем на результаты решений, принимаемых в настоящее время.

С целью реализации задач прогнозирования принимается или разрабатывается прогнозная модель, т. е. модель объекта прогнозирования, исследование которой позволяет получить информацию о возможных состояниях объекта в будущем и/или путях и сроках их осуществления.

Выбор или создание модели объекта прогнозирования осуществляется на основе предварительного изучения объекта, выделение его существенных характеристик или признаков, теоретический и экспериментальный анализ модели, сопоставление результатов моделирования с фактическими данными об объекте или процессе, корректировка и уточнение модели.

Процедура получения прогнозного результата основывается на применении соответствующего метода прогнозирования.

Существующие методы прогнозирования, так или иначе, сводятся к разным способам оценивания вероятности недостижения предельного состояния, т. е. упреждения предотказного состояния [4, c. 44].

Под предотказным состоянием ОЭ – понимается такое его состояние, когда момент возникновения возможного отказа, определенное по результатам прогнозирования технического состояния, предшествует началу применения ОЭ по назначению [1, c. 228].

В течение времени упреждения предотказного состояния необходимо выполнить следующие работы:

• спланировать проведение РПР;
• подготовить рабочие места и обслуживающий личный состав;
• заказать и получить необходимые для проведения РПР комплектующие элементы, запасные части и другие материальные средства.

Рис. 2. Предотказное состояние ОЭ

Своевременные и целесообразные по глубине и объему РПР позволяют без существенных дополнительных капиталовложений увеличить срок службы ОЭ при сокращении суммарных затрат на его эксплуатацию.

3. Применение системы мониторинга для управления ТС ВВСТ

С началом применения систем мониторинга получила широкое распространение и развитие система управления ТС ВВСТ по текущим и прогнозным оценкам (рис. 3).

Такую систему иногда называют системой гарантированного управления ТС, т. к. она обеспечивает гарантированное предупреждение на заданном интервале функционирования отказов ОЭ вследствие его старения (постепенных отказов). Доля постепенных отказов на ВВСТ в среднем превышает 50% и доходит до 90%.

Основным элементом управляющей части системы управления ТС ВВСТ по текущим и прогнозным оценкам их состояния является подсистема мониторинга.

Рис. 3. Управление ТС по текущим и прогнозным оценкам

Целью управления по текущим и прогнозным оценкам является обеспечение максимального использования ресурса ОЭ, сокращение затрат на его эксплуатацию при условии выполнения требований к качеству его функционирования на заданном интервале времени.

Для достижения этой цели необходимо уметь решать не только задачу оценивания и прогнозирования ТС ОЭ, но и задачу определения оптимального объема и сроков проведения профилактического восстановления его ресурса.

Сроки проведения РПР связаны с предотказным состоянием ОЭ, модель которого заключается в следующем:

• в момент времени t = 0 проводится контроль и прогнозирование состояния ОЭ;
• по результатам контроля известны числовые характеристики времени отказа (математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение времени отказа) составных частей (элементов) ОЭ, отказ которых приводит к отказу всего ОЭ;
• определены объем и продолжительность РПР t_РПР;
• известно время начала подготовки ОЭ к применению по назначению.

Среди задач, требующих решения при организации мониторинга ОЭ, выделим следующие:

• изучение образцов конструкций, оборудования и формирование их математических моделей, адекватно описывающих подлежащие контролю свойства и параметры;
• выявление конструктивных особенностей ОЭ, знание которых позволит определить необходимые моменты и места контроля;
• выбор методов измерения параметров состояния, разработку (выбор) методики измерений, которая будет гарантировать минимизацию методической погрешности;
• подбор средств измерений с нормированными метрологическими характеристиками (рабочим диапазоном, погрешностью, чувствительностью и др.) [4, c. 97].

Реализация системы мониторинга позволит сделать обоснованной оценку назначенного ресурса ОЭ, спроектировать систему мониторинга, получить информацию, дополняющую статистические данные о ТС ОЭ, и, соответственно, данные о запасе ресурса без его расходования на контроль ТС, без демонтажа и вывода из эксплуатации.

Заключение

Таким образом, в настоящее время системой мониторинга уже охвачены 2 важнейшие стадии жизненного цикла ВВСТ: производство и эксплуатация. Также результаты функционирования ВВСТ используются на стадиях исследования и обоснования разработки и, собственно, разработки. Это позволяет сказать, что система мониторинга вступила в завершающую стадию своего становления как системы поддержки принятия решений по управлению ТС ВВСТ в интересах обеспечения требуемого качества функционирования.

Наличие системы мониторинга позволяет реализовать современную технологию управления эксплуатацией ВВСТ на основе теротехнологического подхода.

Сущность изложенной концепции мониторинга ТС ВВСТ заключается в непрерывном выявлении и комплексном использовании информации о причинах, снижающих эффективность их функционирования, с целью продления стадии эксплуатации и снижения стоимости эксплуатации ВВСТ при условии сохранения ими требуемых значений тактико-технических (технических) характеристик.

Опыт проведения мониторинга ТС ВВСТ показал не только его эффективность на стадии эксплуатации, но и перспективы развития и применения на иных стадиях жизненного цикла, в том числе и для разных видов ВВСТ.