Предложения по построению системы технического обслуживания телекоммуникационного оборудования стационарного узла связи с переменными объемом и периодичностью работ на основе результатов прогноза его технического состояния

Возможности непосредственного использования гибких стратегий технического обслуживания (ТО) при эксплуатации таких сложных систем как телекоммуникационные комплексы стационарного узла связи, состоящих из независящих друг от друга подсистем, элементов и отдельных радиоэлектронных устройств (РЭУ), ограничиваются следующим обстоятельством. Оптимальные для каждой подсистемы сроки проведения ТО не всегда могут быть реализованы из-за особенностей функционирования систем, например, по причине невозможности прерывания процесса выполнения задач в необходимые для обслуживания каждой подсистемы моменты времени. Поскольку с организационной точки зрения наиболее удобной и перспективной является стратегия ТО системы с постоянными календарными периодами проведения и с переменными, зависящими от состояния подсистем (узлов, блоков, агрегатов, составляющих систему), объемами обслуживания, для всей системы задается множество возможных периодов обслуживания подсистем и самой системы (например, один день, один месяц и т.д.). Тогда при использовании гибких стратегий ТО с переменными периодом и объемом учет фактической потребности в обслуживании подсистем, элементов и отдельных РЭУ возможен за счет переменных периодов их обслуживания, а учет потребности в проведении тех или иных операций обслуживания в целом - за счет переменных объемов, причем оба параметра ТО зависят от состояния элементов РЭУ. Множеству периодов ТО РЭУ соответствует множество видов обслуживания. При этом период обслуживания каждой i-й подсистемы Т_iТО может принимать одно из возможных значений в зависимости от принятой для всей системы регламентации видов ТО:

    (1)

где J - максимальное число видов ТО;

T_j – период ТО j-го вида.

В связи с этим удобнее сгруппировать каким-либо образом моменты начала обслуживания отдельных подсистем относительно запланированных моментов времени вывода всей системы на ТО. Группирование может быть осуществлено при использовании стратегий ТО с постоянными, регламентированными календарными периодами обслуживания системы и с переменными объемами. Под объемом ТО системы понимается состав обслуживаемых подсистем, для которых комплексы взаимосвязанных операций ТО заданы и постоянны. Такая стратегия ТО позволяет соединить организационные преимущества планово-предупредительной системы ТО с преимуществами ТО по состоянию за счет дифференцированного подхода к оценке технического состояния каждого элемента при определении объема обслуживания всей системы в целом. Основная задача заключается в определении объемов ТО каждого вида, то есть в определении состава элементов, подвергаемых обслуживанию при проведении каждого из видов ТО. Иначе говоря данная задача может быть сформулирована как определение для каждого элемента одного из возможных периодов его обслуживания. После того, как эта задача будет решена для всех подсистем, будет получено распределение операций ТО всех элементов РЭУ по видам ТО. Тем самым определяются объемы ТО каждого вида.

В соответствии с предложенной стратегией наиболее целесообразным представляется исследовать процессы ТО подсистем, элементов и отдельных РЭУ телекоммуникационного оборудования стационарного узла связи с процедурой прогнозирования их технического состояния.

В условиях отсутствия статистических данных реальной эксплуатации телекоммуникационного оборудования стационарного узла связи на начальном этапе определения параметров ТО используются средние статистические значения интенсивностей отказов элементов РЭУ l_i (аналогичных РЭУ как сложных радиоэлектронных систем), средние нормативные значения времени восстановления t_в и затрат времени на ТО t_то. При этом задача определения объема обслуживания применительно к изложенной стратегии ТО разбивается на две подзадачи:

1 – определение показателей качества функционирования элементов РЭУ и исследование зависимости значений показателей от периода ТО;

2 – отнесение операций по обслуживанию каждого элемента к одному из видов ТО РЭУ, относящихся к заданному интервалу планирования.

При выборе периодов обслуживания элементов РЭУ необходимо стремиться к максимизации коэффициента готовности РЭУ в целом. Большая часть рассматриваемых сложных радиоэлектронных систем относится к классу монотонных, то есть таких систем, надежность которых не убывает с увеличением надежности подсистем. Это означает, что максимум коэффициента готовности системы достигается при максимальных значениях коэффициентов готовности подсистем, а при выборе периода ТО каждой подсистемы необходимо стремиться к обеспечению цели ТО – выполнению требований к коэффициенту готовности и минимизации средних удельных затрат на эксплуатацию.

Коэффициент готовности и средние удельные затраты на эксплуатацию для каждого i-го элемента РЭУ, основываясь на рассмотрении процесса восстановления ТС РЭУ при техническом обслуживании как регенерирующего процесса, могут быть представлены в виде

     (2)

     (3)

где A₁ = m₁₀ +m ₂₀; A₂ = m₁₀ ^. m₂₀;

a= l₀₁ + l₀₂ + m₁₀ + m₂₀; =l ₀₁ m₂₀ + l₀₂ m₁₀ +m ₁₀ m₂₀;

l₀₁, m₁₀ - интенсивности соответственно ТО и восстановления в период ТО;

l₀₂, m₂₀ - интенсивности отказов и восстановлений после отказов.

В соответствии с правилом (1), К_{Г i} и С _i могут принимать одно из возможных значений в зависимости от выбранной периодичности обслуживания подсистемы,

    (4)

    (5)

Для выбора оптимального значения периода ТО T_iТО по критерию готовности необходимо, таким образом, произвести последовательное вычисление значений К_гi(T_j) (табулирование функции) и выбрать такой период ТО из множества {T_j}, при котором достигается максимальное из полученных значений. Для выбора T_iТО, оптимального по критерию C, выбирается такой период ТО из множества {T_j}, при котором достигается минимальное из полученных значений C _i(T_j).

Очевидно, что при такой двухкритериальной постановке задачи выбора рационального периода ТО элементов РЭУ оптимумы по различным критериям могут не совпадать. Множество, полученных недоминируемых вариантов {T_iTO} ограничим заданным требованием к коэффициенту готовности К_Г(T_TO)³ К_Гдоп. Далее выбор единственного варианта производится методом перевода одного из критериев в разряд ограничений. Критерий Ф₁ может быть назван более значимым, если относительное изменение его оценки на некоторое количество единиц приводит к большему изменению предпочтительности решения, чем изменение оценки критерия Ф₂ на такое же количество единиц. Достоинство данного метода заключается в том, что при нем не обязательна одинаковая размерность оценочных шкал критериев. В результате выбирается период ТО, оптимальный по наиболее значимому критерию. При подстановке в расчетные формулы (2) и (3) средних интенсивностей отказов и восстановлений для РЭУ в целом получаем оптимальную периодичность назначения ТО РЭУ (D T). При подстановке в указанные расчетные соотношения интенсивностей отказов и восстановлений отдельных элементов РЭУ получаем оптимальные периоды ТО (T_iTO) для составных частей обслуживаемых средств. Период DT в дальнейшем можно использовать в качестве шага дискретизации интервала планирования, а T_iTO – для группирования сроков проведения ТО элементов РЭУ с достаточно близкими значениями, а также для сравнительной оценки с результатами индивидуального прогнозирования периода работоспособности РЭУ по i-му определяющему параметру.

На первом цикле такого планирования, которое будем называть долгосрочным, определяются значения периодичностей и объемов ТО средств на первоначальный период эксплуатации до набора необходимого объема статистической информации для учета индивидуальных особенностей изменения технического состояния (ТС) каждого конкретного элемента системы или отдельного РЭУ. Исходными данными для разработки плана ТО однотипных элементов систем или отдельных РЭУ являются: {T_iTO}, i = 1, n – множество оптимальных периодов ТО для элементов и РЭУ; DT - шаг дискретизации интервала планирования. Оптимальные периоды ТО "привязываются" к ближайшему по времени регламентированному периоду T_j = m ^. DT. На этапе долгосрочного планирования ТО проводится также согласование разработанных планов с утвержденными регламентами проведения ТО и коррекция сроков проведения ТО с учетом интервалов планируемого применения по функциональному предназначению. При этом если проведение операций ТО попадает на "запрещенный" интервал времени, то используется принцип упреждающего воздействия, то есть проведение этих операций планируется во время ближайшего предыдущего вида ТО.

В условиях отсутствия достаточной статистической информации об изменении технического состояния конкретных элементов, подсистем и отдельных РЭУ во времени производится штатная эксплуатация оборудования и проведение ТО в соответствии с разработанным планом. В отличие от существующей системы ТО данные контроля технического состояния объектов эксплуатации документируются и передаются в базу данных автоматической системы контроля технического состояния.

При наборе апостериорной информации, достаточной для определения модели процессов изменения определяющих параметров y_i(t), производится процедура определения адекватной математической модели процесса изменения технического состояния элементов РЭУ. Исходными данными для реализации данной процедуры является информационная последовательность измеренных значений определяющих параметров совокупности однотипных РЭУ {y_i(t_k)*},i = 1,N; k = 0,p, где N - число однотипных РЭУ; p³ 3 - число моментов контроля параметра. Определение параметров пробной модели процесса y_i(t) и проверка ее адекватности осуществляются по существующей методике определения оптимального детерминированного базиса экстраполяционного полинома.

По результатам индивидуального прогнозирования процесса изменения параметров РЭУ производится корректирование параметров ТО. Алгоритм корректирования параметров ТО предусматривает использование методики адаптивного индивидуального прогнозирования ТС РЭУ.

При нарушении условия Dt_iпр³T_iTO очередной момент контроля i-го параметра назначается в момент времени m^.DT £ t_iпр, m ® max. Далее эксплуатация данного РЭУ производится по откорректированному плану.

Этап формирования долгосрочного плана ТО РЭУ может повториться после определения по данным эксплуатации закона распределения наработки на отказ элементов РЭУ и нового цикла оптимизации T_iТО по заданным критериям. В этом случае в выражениях (2) и (3) подинтегральная функция заменяется на полученную статистическую вида:

P(t) = f(a*, b*, t),    (6)

где a*, b* – оценки параметров закона распределения;

t – наработка РЭУ на интервале планирования.

В процессе эксплуатации производится статистическая оценка показателей качества функционирования. По полученным обобщенным показателям передаваемым на верхний уровень иерархической системы управления технической эксплуатацией оценивается эффективность алгоритмов управления техническим состоянием и используемой стратегии ТО РЭУ в целом, а также принимается решение о достижении средством предельного состояния и снятии его с эксплуатации при наступлении такого состояния для списания или восстановления ресурса путем проведения капитального ремонта.

Таким образом, предложения по построению системы ТО телекоммуникационного оборудования стационарного узла связи с переменными объемом и периодичностью работ, позволят обеспечить наиболее полное взаимодействие между процессами изменения технического состояния объектов эксплуатации и процессами их восстановления посредством проведения ТО, сочетающего программный и адаптивный принципы управления техническим состоянием объектов эксплуатации.