Алгоритм оценки показателей надежности систем частотно-временного обеспечения наземной космической инфраструктуры с использованием функционального анализа

Язык труда и переводы:
УДК:
629.7.085
Дата публикации:
03 января 2023, 18:10
Категория:
Секция 12. Объекты наземной инфраструктуры ракетных комплексов
Аннотация:
Представлен алгоритм оценки показателей надежности систем частотно-временного обеспечения наземной космической инфраструктуры, в основе которого использован функциональный анализ системы и ее компонентов. Показано, что существующий подход к обеспечению заданных показателей надежности систем единого времени наземной космической инфраструктуры требует уточнения. В частности, он не в полной мере учитывает информационные взаимосвязи составных частей современной системы и не предполагает ранжирования оборудования по степени критичности. Сделаны выводы, что принятая оценка показателей надежности по интегральным показателям может приводить к некорректной трактовке результатов, функциональный анализ позволяет выявлять слабые звенья отдельных функциональных групп, принимать конструктивные решения по повышению надежности или устранению ее избыточности, при этом поиск оптимального варианта и расчет показателей надежности должен производиться для каждой функциональной группы. Ожидается, что применение алгоритма может играть положительную роль в снижении затрат на создание и эксплуатацию системы частотно-временного обеспечения благодаря оптимизации показателей надежности системы.
Ключевые слова:
надежность, частотно-временное обеспечение, система единого времени, синхронизация, наземная космическая инфраструктура
Основной текст труда

Введение

Топология современной системы частотно-временного обеспечения (ЧВО) космодрома представляет собой централизованную структуру распределенных по объектам НКИ подсистем, объединенных сетью передачи данных [1]. Однако, несмотря на очевидное техническое превосходство современного построения систем ЧВО, при их создании используются методы, унаследованные от разработок прошлых лет, а именно: общекосмодромная система рассматривается как набор подсистем конструктивно и логически независимых друг от друга. Декомпозиция системы на структурные элементы в большинстве случаев соотносится с распределением аппаратуры по объектам космодрома. К отдельным элементам относят подсистемы, располагаемые на стартовом комплексе (СК), техническом комплексе (ТК), измерительном пункте (ИП) и других объектах космодрома. Для каждого элемента расчета строится структурная схема надежности (ССН) и проводится независимый расчет показателей надежности.

Данный подход часто называют структурным подходом к расчету надежности. Положительная сторона структурного подхода при создании распределенной системы единого времени (СЕВ) заключается в простоте его применения и однозначном соответствии подсистем, входящих в состав СЕВ, документации на эти изделия, что удобно, например, при поэтапном вводе в эксплуатацию.

Структурный подход часто не позволяет анализировать задачи, в выполнении которых задействованы несколько СЧ системы, либо группа оборудования, входящая в состав нескольких подсистем. Это приводит к искажению расчетных показателей надежности аппаратуры, взаимовлиянию показателей надежности аппаратуры, задействованной в выполнении одной из функций, на показатели надежности любой другой функциональной группы. В конечном счете, разработчик лишается инструмента поиска слабых звеньев отдельной функциональной группы. Теряется возможность применять соответствующие решения по повышению уровня надежности или устранению ее избыточности.

Опираясь на работы [2–4] разработан алгоритм для оценки показателей надежности систем ЧВО НКИ с использованием функционального анализа.

Предлагаемый алгоритм оценки показателей надежности

Можно выделить три основные задачи при проектировании СЕВ: выполнение требований к параметрам информационного взаимодействия с аппаратурой потребителей синхросигналов, в т. ч. требований к виду протокола информационного обмена, характеристикам синхросигнала, типу физической линии и т. д.; обеспечение заданного уровня надежности процесса синхронизации (например, применение структурной избыточности линий передачи синхросигналов); оптимизация затрат на создание и эксплуатацию системы. При этом СЕВ является медиатором между источником эталонной шкалы времени (ШВ) и синхронизируемой на объектах наземной космической инфраструктуры (НКИ) аппаратурой технологических систем, а проектирование системы ведется в обратном порядке (от потребителя к источнику эталонной шкалы), решая задачи по организации передачи синхросигналов потребителю, формирования и хранения ШВ космодрома, сличения ШВ космодрома с эталонной шкалой.

Предлагаемый алгоритм состоит из нескольких блоков, в том числе:

  •  сбор требований и оценка результатов предыдущих работ по созданию аналогичных систем и обзор современных тенденций в области ЧВО и передачи частотно-временной информации;
  •  декомпозиция задач ЧВО и рассмотрение создаваемой системы как суммы M  функционально независимых групп, для всех режимов работы оборудования;
  •  поиск оптимального варианта исполнения функциональных групп методом прямого перебора с составлением логико-графической ССН;
  •  представление системы в виде таблицы функционально-конструктивное деления.

Цикл алгоритма будет работать до тех пор, пока не будет составлена композиция из функциональных групп, удовлетворяющих требованиям по надежности и составляющих технический облик создаваемой системы.

На основании алгоритма предложена базовая математическая модель для показателя надежности функции синхронизации технологической системы, включающая в качестве элементов расчета элементов расчета показатели надежности функции привязки к эталонной ШВ (в настоящий момент данный показатель при расчете не учитывает), функции формирования, хранения ШВ и формирования синхросигналов аппаратурой СЕВ, функции передачи частотно-временной информации; обобщенный показатель надежности систем, обеспечивающих функционирование компонентов СЕВ (системы гарантированного электропитания, кондиционирования, защиты информации и т. д.).

Заключение

Важным результатом применения функционального анализа является представление СЕВ космодрома в виде набора самодостаточных подсистем, выполняющих различные функции ЧВО. Это позволяет ранжировать функции ЧВО по степени критичности, оптимизировать требования к показателям надежности.

Предполагается, что алгоритм может быть использован на различных этапах создания системы. Это означает, что конкретный математический аппарат и измеряемые метрики будут зависеть от этапа, на котором производится оценка показателей надежности, а также от структуры и сложности функционального блока.

Предложенный алгоритм является не только инструментом для оценки надежности, но и может служить пошаговым руководством при проектировании или модернизации систем ЧВО, а его применение может играть положительную роль в стремлении снизить затраты на создание и эксплуатацию системы ЧВО благодаря оптимизации показателей надежности системы.

Литература
  1. Лоховин В.А. Развитие частотно-временного обеспечения объектов наземной космической инфраструктуры на примере разработки системы единого времени космодрома «Восточный». "Орбита молодежи" и перспективы развития российской космонавтики. Всеросс. молодежная науч.-практич. конф.: сб. докл. Томск, Изд-во ТПУ, 2017, с. 75–76.
  2. Глебов И.В., Митрюхин А.Д. О функциональной надежности регенерационных систем жизнеобеспечения пилотируемых космических аппаратов. Инженерный журнал: наука и инновации, 2020, вып. 6. DOI: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2020-6-1987
  3. Антошина В.М., Якимов В.Л. Описание статистики отказов конструктивных элементов многофункциональных радиолокационных станций по экспериментальным данным. Известия ТулГУ. Технические науки, 2018, № 12, с. 396–404.
  4. Подкопаев А.В., Подкопаев И.А. Централизованный адаптивный алгоритм оценки безопасности сложных технических систем различной энтропии. Надежность и качество сложных систем, 2020, № 3 (31), с. 20–27. DOI: https://doi.org/10.21685/2307-4205-2020-3-3
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.