Методы повышения качества функционирования средств автоматизации управления воздушным движением на протяжении жизненного цикла тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.13, кандидат технических наук Игнатенко, Ольга Александровна

• Игнатенко, Ольга Александровна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Игнатенко, Ольга Александровна

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АС УВД и задачи повышения качества их функционирования

1.1 АС УВД в системе управления воздушным движением

1.1.1 Назначение и основные задачи системы УВД

1.1.2 Показатели качества АС УВД

1.2 Назначение, классификация и текущее состояние внедрения 19 АС УВД в ГА

1.3 Влияние технического состояния КСА УВД 33 на качество функционирования системы УВД

1.4 Анализ надежности технических и программных средств КСА УВД

2 Разработка общего подхода к расчету надежности КСА УВД

2.1 Методы анализа надежности технических систем

2.1.1 Методы расчета показателей безотказности и комплексных 61 показателей надежности восстанавливаемых объектов вида I

2.1.2 Методы расчета показателей надежности объектов вида II

2.2 Методы расчета надежности автоматизированных систем 69 управления воздушным движением

2.2.1 Метод потока отказов

2.2.2 Методика расчета надежности РАС УВД «Стрела»

2.2.3 Методика оценки надежности реализации диспетчерских функций

2.2.4 Методика расчета надежности КТС «Болид»

2.2.5 Метод A.M. Половко

2.3 Методика расчета надежности КСА УВД с позиции многофункциональности 2.3.1 Классификация функций КСА УВД по тяжести последствий 87 отказов в их выполнении

2.3.2 Математическая модель расчета надежности КСА УВД

2.3.2.1 Надежность выполнения функции КСА УВД

2.3.2.2 Надежность выполнения группы функций КСА УВД

2.3.3 Методика расчета надежности КСА УВД с позиции многофу нкционал ьности 3 Экспериментальная проверка разработанных методов оценки 110 надежности КСА УВД

3.1 Разработка структурной схемы надежности КСА УВД

3.1.1 Организация взаимодействия компонентов в КСА УВД в процессе 110 эксплуатации

3.1.2 Структурная схема надежности комплекса средств автоматизации 117 УВД

3.2 Особенности анализа надежности программного обеспечения КСА 120 УВД

3.2.1 Методы анализа надежности ПО

3.2.2 Сравнительный анализ эксплуатации технических и программных 125 средств

3.3 Расчет надежности компонентов КСА УВД

3.3.1 Надежность АРМ

3.3.2 Надежность серверной части

3.3.3 Надежность ЛВС

3.3.4 Надежность программного обеспечения

3.4 Расчет надежности выполнения функций наблюдения и обработки 140 плановой информации КСА УВД

4 Разработка мероприятий по повышению эффективности использования 148 КСА УВД

4.1 Требования к КСА УВД

4.2 Анализ выполнения требований к КСА УВД на этапе создания

4.3 Анализ функций КСА УВД 154 4.3.1 Группы функций КСА УВД

4.3.2 Сравнительный анализ реализации функциональных задач

4.4 Соблюдение требований ГОСТ к автоматизированным системам

4.5 Поставка и ввод в эксплуатацию КСА УВД

4.6 Выполнение требований на этапе эксплуатации КСА УВД

4.6.1 Контроль технического состояния и диагностика КСА УВД

4.6.2 Организация ремонта КСА УВД

4.6.3 Доработка КСА УВД

4.6.4 Квалификация персонала

4.7 Комплекс мероприятий по повышению качества функционирования 166 КСА УВД

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы повышения качества функционирования средств автоматизации управления воздушным движением на протяжении жизненного цикла»

В настоящее время наблюдается тенденция обновления технической базы обеспечения полетов в гражданской авиации, а именно поступление на эксплуатацию новых типов автоматизированных систем (АС) управления воздушным движением (УВД), а также разнообразных средств так называемой «малой» автоматизации.

Автоматизированными средствами УВД оборудованы районные центры УВД и аэропорты аэронавигационных предприятий, действующих на территории России. В центрах УВД этих предприятий на эксплуатации находятся средства автоматизации УВД, предназначенные для оснащения районов с высокой интенсивностью воздушного движения (ИВД), включая объединенные районы Единой системы (ЕС) организации воздушного движения (ОрВД) и районы аэродромов (РА), а также районов УВД (РУВД) и РА со средней и низкой интенсивностью полетов.

Качество функционирования средств автоматизации УВД определяется совокупностью их свойств, характеризующих способность этих средств выполнять определенные функции в соответствии с их назначением. В процессе эксплуатации на поддержание работоспособности средств автоматизации УВД расходуются большие средства.

В процессе создания, испытаний, ввода в действие и эксплуатации средств автоматизации УВД не в полном объеме учитываются действующие нормативные документы, а также особенности построения и оценки надежности автоматизированных систем, представляющих собой многофункциональный аппаратно-программный комплекс. Сложившаяся ситуация затрудняет взаимодействие разработчиков, заказчиков и эксплуатантов средств автоматизации УВД. Значительной части расходов можно было бы избежать за счет рациональной организации работ на этапе создания и эксплуатации средств автоматизации УВД.

Вопросам анализа качества функционирования средств автоматизации

УВД посвящены работы известных ученых [11, 12, 13, 38, 40, 41, 51].

Вместе с тем в настоящее время недостаточно внимания уделяется тому, что средства автоматизации УВД являются многофункциональными аппаратно-программными системами, функции которых имеют различную значимость. Учитывая различную значимость функций средств автоматизации УВД, отказы компонентов могут приводить к снижению эффективности использования автоматизированных систем, вплоть до невозможности применения для УВД.

В связи с этим вопрос повышения качества функционирования и классификации состояния средств автоматизации УВД с позиций многофункциональности, а также событий, приводящих к его изменениям, является весьма актуальным.

Пели и задачи работы

Целью диссертационной работы является научное обоснование комплекса мероприятий, направленных на повышение эффективности использования средств автоматизации УВД в Российской Федерации.

Для реализации поставленной цели необходимо: провести анализ опыта применения средств автоматизации УВД в Российской Федерации; провести анализ надежности технических и программных средств комплексов средств автоматизации УВД, применяемых в Российской Федерации; провести классификацию функций средств автоматизации УВД; разработать общий подход, математический аппарат и методику расчета надежности комплексов средств автоматизации УВД с позиции многофункциональности; разработать модели эксплуатации аппаратного и программного обеспечения средств автоматизации УВД; разработать мероприятия по повышению эффективности использования комплексов средств автоматизации УВД.

Методы исследования

При решении поставленных задач используются методы математического моделирования, теории надежности, теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна.

Научную новизну работы определяют следующие результаты, полученные автором лично:

1. Классификация функций комплексов средств автоматизации УВД по тяжести последствий отказов в их выполнении.

2. Модели эксплуатации аппаратного и программного обеспечения средств автоматизации УВД.

3. Методика оценки надежности комплексов средств автоматизации УВД с позиции многофункциональности.

4. Комплекс мероприятий по повышению качества функционирования комплексов средств автоматизации УВД.

Достоверность результатов подтверждается корректным применением адекватного математического аппарата и надежностью источников экспериментальных данных.

Практическая ценность работы состоит в том, что:

1. Классификация функций комплексов средств автоматизации УВД позволяет оценить степень влияния отказов в их выполнении на систему УВД.

2. Методика оценки надежности комплексов средств автоматизации УВД с позиции многофункциональности дает возможность провести сравнительный анализ продукции разных разработчиков, имеющей различия в комплектации аппаратного и программного обеспечения.

3. Предложенный комплекс мероприятий позволит повысить эффективность использования средств автоматизации в УВД.

Результаты исследований, отраженные в диссертационной работе, были использованы в процессе реализации «Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)», Подпрограмма «Единая система организации воздушного движения», Проект 14 «Научное обоснование технического обеспечения организации воздушного движения».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

-на Международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию гражданской авиации России «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (МГТУ ГА, 2003);

- на 3-ей международной конференции «Авиация и космонавтика - 2004» (МАИ, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей, тезисы трех докладов на НТК.

Объем и содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Навигация и управление воздушным движением», Игнатенко, Ольга Александровна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие результаты:

1. Проведен анализ опыта применения средств автоматизации управления воздушным движением в Российской Федерации. На основании экспериментальных данных получены оценки показателей надежности компонентов комплексов средств автоматизации управления воздушным движением. Определены основные источники их отказов.

2. Показана необходимость при анализе качества функционирования современных комплексов средств автоматизации управления воздушным движением использовать показатели надежности, позволяющие оценить надежность систем с позиции многофункциональности.

3. Проведен анализ и определены основные недостатки существующих методик оценки надежности комплексов средств автоматизации.

4. Разработаны общий подход, математический аппарат и методика расчета надежности комплексов средств автоматизации управления воздушным движением с позиции многофункциональности. Определены способы расчета надежности выполнения функций и групп функций комплексов средств автоматизации.

5. Проведена классификация функций комплексов средств автоматизации управления воздушным движением по степени тяжести последствий отказов в их выполнении.

6. Рассмотрена организация взаимодействия аппаратных и программных компонентов в комплексах средств автоматизации управления воздушным движением. Произведен сравнительный анализ и разработаны модели эксплуатации аппаратных и программных средств комплексов средств автоматизации.

7. Проведен расчет надежности на примере комплекса средств автоматизации «Альфа».

8. Проведен анализ организации эксплуатации комплексов средств автоматизации управления воздушным движением и выполнения требований действующих нормативных документов.

9. Разработан комплекс мероприятий, направленных на повышение эффективности использования средств автоматизации УВД в Российской Федерации.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. В процессе использования внедренных комплексов средств автоматизации управления воздушным движением наблюдается значительное число отказов и сбоев как технических, так и программных средств.

2. Используемые на практике показатели качества функционирования комплексов средств автоматизации управления воздушным движением, характеризующие их надежность, не позволяют оценить надежность выполнения функций комплексов средств автоматизации управления воздушным движением, имеющих существенно различную значимость для системы УВД в целом.

3. Существующие методики расчета надежности АС УВД не могут быть применены для характеристики надежности современных средств автоматизации. При исследовании надежности комплексов средств автоматизации управления воздушным движением должна учитываться его многофункциональность и различных характер влияния отказов функций на систему УВД. В качестве показателей надежности целесообразно использовать коэффициенты готовности комплексов средств автоматизации управления воздушным движением к выполнению отдельных функций и групп функций.

4. Разработанная методика позволяет проводить сравнительный анализ надежности комплексов средств автоматизации управления воздушным движением различных производителей на этапах разработки, испытаний и эксплуатации.

5. Необходимо учитывать конкретные, частные свойства и условия функционирования программного обеспечения определенного типа и отдельных экземпляров (разработок). Разные виды программных средств обладают своими, уникальными условиями эксплуатации. Поэтому невозможно достоверно оценить надежность программного обеспечения, не зная его подробную структуру. Наличие этой информации, в свою очередь, зависит от разработчика.

6. Полученные результаты показывают существенное отличие в организации эксплуатации технических и программных компонентов комплексов средств автоматизации и позволяют сформулировать подходы к повышению надежности автоматизированных систем управления воздушным движением.

7. В организации эксплуатации современных комплексов средств автоматизации управления воздушным движением имеется ряд недостатков. Отсутствуют отраслевые требования и методики построения системы контроля технического состояния и диагностики. Отсутствуют отраслевые требования и рекомендации по обеспечению комплектующими находящихся в эксплуатации комплексов средств автоматизации управления воздушным движением, гарантирующие поддержание требуемого уровня надежности.

8. Разработанный комплекс мероприятий позволяет повысить эффективность использования комплексов средств автоматизации управления воздушным движением.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Игнатенко, Ольга Александровна, 2005 год

1. Анодина Т.Г., Володин С.В., Куранов В.П., Мокшанов В.И. Управление воздушным движением. -М.: Транспорт, 1988. 229с.

2. Анодина Т.Г., Кузнецов А.А., Маркович Е.Д. Автоматизация управления воздушным движением. — М.: Транспорт, 1992. 280с.

3. Дубровский В.И. Эксплуатация средств навигации и УВД. М.: Воздушный транспорт, 1995. 384с.

4. Тучков Н.Т. Автоматизированные системы и радиоэлектронные средства управления воздушным движением: Учебное пособие для вузов. — М: Транспорт, 1994. 368с.

5. Бритов Г.С., Попов В.П. Автоматизированные системы и средства управления воздушным движением.: Текст лекций/СПб ГААП. СПб., 1995. 108с.

6. Крыжановский Г.А. Методы и модели автоматизации процессов управления воздушным движением. Л.: ОЛАГА, 1989. 188с.

7. Крыжановский Г.А. Автоматизация процессов управления воздушным движением. — М.: Транспорт, 1981. 400с.

8. Под общей редакцией Мокшанова В.И. Проблемы организации воздушного движения. Безопасность полетов // Сборник научных трудов. Выпуск 4 / ГосНИИ «Аэронавигация», 2002. 114с.

9. Чехляд М.С. Управление воздушным движением. М.: Воздушный транспорт, 1991.48с.

10. Жуков И.А., Пяткин Г.С. Вычислительные комплексы, системы и сети для решения задач ГА: Учебное пособие. Киев: КИИГА, 1990. 92с.

11. П.Демьянчук B.C., Фисенко В.М., Танцюра О.Г. Эксплуатационные методы повышения эффективности АС УВД. -М.: транспорт, 1988. 183с.

12. Демьянчук B.C. Надежность систем управления воздушным движением. — Киев: Вища школа. Головное издательство, 1979. 152с.

13. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных систем. М.: Энергия, 1977. 536с.

14. Дружинин Г.В. Теория надежности радиоэлектронных систем в примерах и задачах. Учебное пособие для студентов радиотехнических специальностей вузов. -М.: Энергия, 1976. 448с.

15. Королюк B.C. Турбин А.Ф. Полумарковские процессы и их приложения. — Киев: Hayкова думка, 1976. 184с.

16. Королюк B.C. Тому сяк А. А. Описание функционирования резервированных систем посредством полумарковских процессов. — М.: Кибернетика, 1965. 5с.

17. Гнеденко Б.В., Соловьев А.Д. Математика и теория надежности. М.: Знание, 1982. 64с.

18. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. — М.: Наука, 1965.

19. Соловьев А.Д. Математические методы анализа восстанавливаемых систем. (В помощь слушателям семинара по надежности и прогрессивным методам контроля качества продукции). -М.: Знание, 1982. 24с.

20. Соловьев А.Д. Расчет и оценка характеристик надежности. — М.: Знание, 1978. 24с.

21. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. — М.: Советское радио, 1975. 472с.

22. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем: Пер. с англ. -М.: Мир, 1984. 318с.

23. Набатов О.С., Вдовиченко Н.С. Связь в автоматизированных системах управления воздушным движением: Учебное пособие для вузов.- М.: Транспорт, 1984. 287с.

24. Половко A.M., Маликов И.М. Сборник задач по теории надежности. — М.: Советское радио, 1972. 408с.

25. Майерс Г. Надежность программного обеспечения. М.: Мир, 1980.

26. Тейер Т., Липов М., Нельсон Э. Надежность программного обеспечения. М.: Мир, 1981.

27. Муса Дж. Д. Измерение и обеспечение надежности программных средств // ТИИЭР. 1980. Т.68, №9.с. 113-128.

28. Минаев Ю.Н. Применение нечетной логики к анализу качества функционирования программного обеспечения вычислительных систем // Электрон. Моделирование. 1986. №1.С.48-57.

29. Пальчун Б.П., Юсупов P.M. Оценка надежности программного обеспечения. -СПб.: Наука, 1994. 84с.

30. Липаев В.В. Надежность программных средств. Серия «Информатизация России на пороге XXI века». М.: СИНТЕГ, 1998. 232с.

31. Под ред. д.т.н., проф. Щербакова. Надежность ЭВМ (аппаратуры и программного обеспечения) вычислительных сетей в процессе их разработки и эксплуатации. Материалы краткосрочного семинара. — Л.: ЛДНТП, 1990. 87с.

32. Гоциридзе Г.В., Жожикашвили А.В., Фахадов М.П. Методология анализа надежности сетей передачи данных (алгоритмы и программы). М.: Диалог-МГУ, 1999.31с.

33. Сакач Р.В., Гугель А.А., Громов В.К. Использование автоматизированных информационно-управляющих систем для обеспечения безопасности полетов: Учебное пособие. М.: МГТУ ГА, 1989. 72с.

34. Андронов A.M., Севастьянов Н.П. Вероятностные процессы в автоматизированных системах управления гражданкой авиации: Учебное пособие. Рига, РКИИГА. 1989. 81с.

35. Барзилович Е.Ю., Мезенцев В.Г., Савенков М.В. Надежность авиационных систем.-М.: Транспорт, 1982. 182с.

36. Барзилович Е.Ю. Вопросы диагностики и надежности сложных систем: Сб. науч. трудов №168. — М.: Моск. энерг. институт, 1988.

37. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Организация обслуживания при ограниченной информации о надежности системы. М.: Сов. радио, 1975. 136с.

38. Барзилович Е.Ю. Теоретические основы эксплуатации элементов авиационного радиоэлектронного оборудования. Часть I. Оптимально управляемые случайные процессы в задачах эксплуатации. — М.: МГТУ ГА, 1996. 148с.

39. Барзилович Е.Ю., Беляев В.А., Каштанов В.А., Гнеденко Б.В. Вопросы математической теории надежности. М.: Радио и связь, 1983. 376с.

40. Барзилович Е.Ю., Савенков М.В. Статистические методы оценки состояния авиационной техники. — М.: Транспорт, 1987. 240с.

41. Воробьев В.Г., Константинов В.Д. Надежность и эффективность авиационного оборудования. -М.: Транспорт, 1995. 248с.

42. Агаджанов П.А., Воробьев В.Г., Кузнецов А.А., Маркович Е.Д. Автоматизация самолетовождения и управления воздушным движением. — М.: Транспорт, 1980. 357с.

43. Сандлер Дж. Техника надежности систем. — М.: Наука, 1966. 300с.

44. Дзиркал Э.В., Федосеев Е.П. Обеспечение надежности аппаратных средств вычислительных систем. — М.: Знание, 1988. 136с.

45. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность./ Пер. с англ. — М.: Наука, 1984. 328с.

46. Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание. Математических подход. — М.: Радио и связь, 1988. 392с.

47. Франкен П., Хойзер К.П. Оценки показателей надежности для резервированных систем с восстановлением. //Изв. АН СССР. Тех. Кибернетика. 1977, №4. с. 100-105.

48. Рябинин Н.А., Рубинович В.Д. О влиянии типа законов распределения времени исправной работы и времени восстановления на характеристики надежности резервированной системы. //Теория надежности и массовое обслуживание.-М.: Наука, 1969. с.46-53.

49. Унгурян С.Г., Маркович Е.Д., Волевач А.И. Анализ и моделирование систем управления воздушным движением. М.: Транспорт, 1980. 205с.

50. Павлова Е.С. Оценка надежной работы программно-аппаратного комплекса //Информационно-измерительные и управляющие системы, №4, т.1. — М. Радиотехника, 2003. с.43-45.

51. Савенков М.В. Инженерно-техническое обеспечение автоматизированных систем управления в авиации. — М.: Машиностроение, 1989. 272с.

52. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. М. Радио и связь, 1988. 256с.

53. Кузнецов А.А., Козлов А.И., Крнницнн. Радиолокационное оборудование автоматизированных систем управления воздушным движением. — М.: Транспорт, 1995. 344с.

54. Червонный А.А., Лукьященко В.И., Котин Л.В. Надежность сложных систем. -М.: Машиностроение, 1976. 288с.

55. Анализ способов и полноты реализации функциональных задач в действующих, внедряемых и разрабатываемых автоматизированных системах и средствах УВД // Отчет ГосНИИ «Аэронавигация». М. 2001. 41с.

56. Минимальные требования к объему функциональных задач, составу и видам представления информации и оборудованию РМ диспетчеров в системах с различным уровнем автоматизации // Отчет ГосНИИ «Аэронавигация». — М. 2002. 30с.

57. Комплекс средств автоматизации управления воздушным движением «Альфа» (КСА УВД «Альфа»). Книга 1. Техническое описание. 2000.

58. Комплекс средств автоматизации УВД «Синтез-КСА УВД». Книга 1. Руководство по эксплуатации.

59. Методика оценки надежности автоматизированной системы управления воздушным движением (РАС УВД) «СТРЕЛА».

60. Комплекс технических средств «БОЛИД».

61. Руководство по радиотехническому обеспечению полетов и технической эксплуатации объектов радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи (РРТОП ТЭ-2000).

62. ГОСТ 27.301-95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения.

63. ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.

64. ГОСТ 24.701-86. Надежность автоматизированных систем управления.

65. ГОСТ 34.601-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания.

66. Соломенцев В.В., Гаранин С.А. Пути повышения надежности программного обеспечения АКИС УВД // Научный Вестник МГТУ ГА, N77(4), сер. Информатика. Прикладная математика, 2004.

67. Соломенцев В.В., Федотова Т.Н., Гаранин С.А., Игнатенко О.А. Надежность комплексов средств автоматизации // Научный Вестник МГТУ ГА, N65, сер. Информатика. Прикладная математика, 2003.

68. Игнатенко О.А. Расчет надежности выполнения функций комплексами средств автоматизации УВД // Научный Вестник МГТУ ГА, N65, сер. Информатика. Прикладная математика, 2003.

69. Игнатенко О.А. О применении метода Половко для расчета надежности комплексов средств автоматизации УВД // Научный Вестник МГТУ ГА, N77(4), сер. Информатика. Прикладная математика, 2004.

70. Соломенцев В.В., Игнатенко О.А. Особенности эксплуатации технических и программных средств АС УВД // Научный Вестник МГТУ ГА, N92, сер. Информатика. Прикладная математика, 2005.

71. Соломенцев В.В., Игнатенко О.А. Об одном подходе к оценке надежности комплексов средств автоматизации УВД // Научный Вестник МГТУ ГА, N90, сер. Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов, 2005.

72. Соломенцев В.В, Федотова Т.Н., Игнатенко О.А. Функциональная модель надежности КСА УВД // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов МНТК. — М.: МГТУ ГА, 2003. 278с.

73. Соломенцев В.В., Игнатенко О.А. Метод расчета надежности выполнения функций КСА УВД. // 3-я докладов МНТК международная конференция «Авиация и космонавтика 2004». Тезисы докладов. - М.: Изд-во МАИ, 2004. 92с.