Продление сроков плановых форм обслуживания воздушных судов с целью оптимизации расходов эксплуатанта

АННОТАЦИЯ

Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе «Управление процессами технического обслуживания авиационной техники в системе поддержания летной годности воздушных судов»:

94 страницы, 13 рис., 9 табл., 27 использованных источника.

Объект исследований - поддержание летной годности ВС.

Цель работы – создание системы управления конструктивно-эксплуатационными свойствами изделий АТ и выбора рациональных режимов их технического обслуживания, с целью продления сроков плановых форм обслуживания ВС и оптимизации расходов эксплуатанта.

Объект исследований - поддержание летной годности ВС.

Предмет исследований – управление процессами ТО воздушного судна и его компонентов.

Методы исследований – статистические, математическое моделирование, метод «распорядительных решений».

Разработанные автором рекомендации могут быть предложены для повышения эффективности взаимодействия между эксплуатантом, разработчиком воздушных судов и их компонентов, а также государственным органом регулирования авиационной деятельности с целью обеспечения и поддержания летной годности с целью обеспечения безопасности полетов, эффективности функционирования авиационно - транспортной системы и регулярности авиационных перевозок.

ЛЕТНАЯ ПРИГОДНОСТЬ, ВОЗДУШНОЕ СУДНО, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ, НАДЕЖНОСТЬ, ЭКСПЛУАТАНТ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..6

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНЦЕПЦИЙ РЕГЛАМЕНТАЦИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ПОДДЕРЖАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ…………………………………………………………9

1.1 Выявление проблемных вопросов и недостатков современной организации работ по поддержанию летной годности воздушных

судов………………………………………………………………….……9

1.2 Основные принципы поддержания летной годности воздушных судов. Общие требования………………………………………………...14

1.3 Факторы, определяющие летную пригодность и ее поддержание

во время эксплуатации воздушного судна………………………………23

1.4 Управление процессами обеспечения и поддержания летной

годности воздушных судов………………………………………………24

1.5 Постановка задачи и разработка плана исследования……………27

2 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОГРАММ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ……………28

2.1 Процедуры регламентации процессов технического обслуживания

воздушных судов………………………………………………………….28

2.2 Методы и модели оптимизации режимов технического обслуживания……………………………………………………………..34

2.3 Методы контроля и диагностики воздушного судна и его

компонентов и факторы, определяющие их эффективность………….46

Выводы по разделу 2……………………………………………………..52

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ И ИХ КОМПОНЕНТОВ………………………………………………54

3.1 Общие вопросы обеспечения и поддержания летной годности воздушных судов и их компонентов…………………………………….54

3.2 Формализация процесса функционирования сложных систем воздушного судна………………………………………………...……….61

3.3 Методология построения моделей управления процессом обеспечения летной годности воздушного судна и оптимизации режимов его технического обслуживания……………………………....67

3.4 Имитационное моделирование процессов технического обслуживания воздушного судна и его компонентов………………….75

3.5 Предложения по совершенствованию технологии управления процессом проектирования и оптимизации режимов технического обслуживания……………………………………………………………..83

Выводы по разделу 3……………………………………………………..89

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….90

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………91

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АП - авиационное происшествие;

АТ – авиационная техника;

ФАП – Федеральные авиационные правила;

АШ – авиационный шум;

БП - безопасность полетов;

ГТД - газотурбинный двигатель;

ФАВТ – Федеральное агентство воздушного транспорта;

ЖЦ – жизненный цикл;

ЗВ – загрязняющие вещества;

ЛГ - летная годность;

ОС – окружающая среда;

ОСП - особая ситуация в полете;

ПК - персональный компьютер;

ВС – воздушное судно;

СТС – сложная техническая система;

СС – сложная система;

ТО - техническое обслуживание;

ТС - техническое состояние;

ГА – гражданская авиация;

EASA - European aviation safety agency (Европейское агентство по безопасности авиации);

ICAO – International civil aviation organization (Международная организация гражданской авиации);

MSG - Maintenance Steering Group (Методика формирования планового технического обслуживания).

CS – Certification Specifications (Сертификационные спецификации);

SARP’s – Standard and recommended practices (Стандарты и рекомендуемые практики).

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение безопасности полетов (БП) является приоритетом деятельности авиационного транспорта и неотъемлемой составляющей национальной безопасности. Гражданская авиация (ГА) активно продвигает свою продукцию на рынок международных перевозок пассажиров, грузов и других авиационных услуг.

Согласно Конвенции о международной ГА, Российская Федерация как член Международной организации ГА (ИКАТ) должна придерживаться установленных этой организацией стандартов (SARP's – standard and recommended practices (стандарты и рекомендуемые практики)), согласно которым каждое государство — член ИКАТ обязана разработать и выполнить национальную программу БП, а субъекты авиационной деятельности — внедрить систему управления БП [1].

Система управления БП — это совокупность мероприятий по применению единого подхода к управлению БП, что предполагает оптимизацию организационной структуры, распределение ответственности между органами государственной власти и субъектами авиационной деятельности, определение политики и эксплуатационных процедур по обеспечению БП [2].

Проблема разработки новых моделей и методов расчета и управления надежностью АТ возникла на основе потребностей теории и практики проектирования и обеспечения надежности в эксплуатации, при наличии реально существующего противоречия между усложнением авиационных конструкций и требованиями обеспечения высокой безотказности при снижении стоимости, трудоемкости, повышении эффективности использования, сроков проектирования и др. От решения этого противоречия зависит состояние, развитие и совершенствование процессов проектирования и эксплуатации современных и перспективных ВС.

Для обеспечения высокой надежности АТ необходимо управлять процессом ее формирования, влияя на его отдельные этапы и контролируя эффективность управляющих воздействий.

Актуальность работы. Формирование надежности изделий АТ является сложным процессом, который зависит от технических и организационных факторов, охватывающие этапы проектирования, производства и эксплуатации, то есть стадии обеспечения и поддержания ЛП. Для обеспечение высокой надежности АТ необходимо управлять процессом ее формирования, влияя на его отдельные этапы и контролируя эффективность управляющих воздействий. Этапы ЖЦ изделий АТ нельзя рассматривать отдельно, они взаимозависимы и являются элементами единой системы управления.

Содержание и объемы то современного ВС необходимо определять не тогда, когда он уже окончательно изготовлен, и не по прототипу, как это чаще всего делается. Данная задача должна решаться конструкторами еще на этапах проектирования и начала производства ВС одновременно с решением задач обеспечения его конструктивно-эксплуатационных свойств. Именно на этих этапах должна формироваться программа ТО на длительный период эксплуатации ВС, что является основой при разработке эксплуатационно-технической документации.

Задача разработки программы то является сравнительно новой для нашей промышленности и сложной для реализации из-за отсутствия опыта. Однако эта задача порождена потребностями эксплуатации. Успех ее решения во многом зависит от того, как скоро будет разработано методическое обеспечение по формированию программ и созданы необходимые информационные ресурсы.

В конечном итоге вопрос ставится так, чтобы одновременно с новым типом ВС заказчику передавалась и программа его ТО на длительный период эксплуатации. В соответствии с данной программой заказчик обязан осуществлять своевременную подготовку необходимой производственно-технической базы для эффективной технической эксплуатации ВС.

Объект исследований - поддержание летной годности ВС.

Предмет исследований – управление процессами ТО воздушного судна и его компонентов.

Методы исследований – статистические, математическое моделирование, метод «распорядительных решений».

Цель работы – создание системы управления конструктивно-эксплуатационными свойствами изделий АТ и выбора рациональных режимов их технического обслуживания, с целью продления сроков плановых форм обслуживания ВС и оптимизации расходов эксплуатанта.

Научная новизна заключается в следующем:

- выполнение широкого круга работ по обеспечению и поддержанию ЛП на разных стадиях ЛП (этапах ЖЦ цикла ВС) требует создания единой системы программного управления процессами обеспечения и поддержания ЛП, которая учитывала бы международный опыт и сохраняла преемственность отечественной практики разработки, производства и эксплуатации гражданских ВС.

- разработан и предложен новый подход по разработке методологии обеспечения процессов ТО и формирования программ в системе поддержания ЛП ВС и их компонентов;

- предложены основные этапы научно - исследовательской работы, даны основные источники получения экономической эффективности для разработки автоматизированной информационной системы управления на основе предложенной методологии.

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНЦЕПЦИЙ РЕГЛАМЕНТАЦИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ПОДДЕРЖАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

1.1 Выявление проблемных вопросов и недостатков современной организации работ по поддержанию летной годности воздушных судов

Безопасность полетов воздушных судов всегда была решающим свойством авиационно-транспортной системы (АТС), которая определяет способность выполнять полеты без угрозы для жизни и здоровья людей. Безопасность полетов зависит от ЛП ВС, общего механизма обеспечения и поддержания, из чего следует, что нормы ЛП формируются при и изготовлении ВС, а поддерживаются в период его непосредственной эксплуатации.

Как показывает анализ эксплуатации ВС многих авиакомпаний, структура ЖЦ ВС имеет вид (рисунок 1.1), причем с 65% времени эксплуатационного периода 40-60 % приходится на простои, связанные с ТО [22].

Рисунок 1.1 - Доля этапов жизненного цикла ВС за период его физического существования

Из анализа представленных данных следует, что состояние ЛП формируется в момент проектирования и производства ВС, а реализуется в эксплуатационных условиях, на долю которых приходится 65 % ЖЦ ВС. Этот период можно рассматривать с учетом двух аспектов: технического обслуживания и летной эксплуатации.

Причем соотношение времени на поддержание исправного ТС ВС и времени на обеспечение полетов изменяется под влиянием различных факторов, одним из которых является физический и моральный износ ВС (маркетинговый и функциональный ЖЦ) [3].

Кроме этого, процесс обеспечения БП и ЛП ВС является очень динамичным, так как состоят из нескольких самостоятельных структур, включающих обязательное обеспечение ЛП. Например, при обеспечение заданного уровня БП, при условии хранение исправного состояния ВС (поддержание ЛП) необходимо учитывать следующее:

- поддержание ВС в исправном состоянии в соответствии с установленными нормами;

- обеспечение своевременного и качественного ТО ВС;

- обеспечение высокого уровня БП, регулярности перевозок и качества обслуживание пассажиров;

- анализ причин отказов и АТ и реализация мер по их предупреждению;

- усовершенствование теоретических знаний и практических навыков у летного и сертифицированного персонала по ТО ВС;

- планирование использование ВС по налету, организация то, специальных обзоров и конструктивных доработок (модификации). При этом следует учитывать требования EASA Part-21, нормативных документов разработчика и руководящих документов (нормативно-правовой базис) государства регистрации ВС.

Эффективное функционирование каждого из элементов системы с точки зрения поддержания ЛП и БП зависит от большого количества факторов, наиболее значимыми из которых являются:

- изменение системы государственного управления деятельностью эксплуатантов;

- высокий уровень износа отечественного парка ВС и отсутствие финансовых возможностей большого числа авиакомпаний для его обновления;

- низкий уровень производственно-технической базы большинства эксплуатантов;

- несовершенство законодательной и нормативно-правовой базы ГА;

отсутствие механизма, способного контролировать выполнение требований поддержания ЛП ВС и обеспечения БП, заложенных в авиационных правилах.

Под влиянием научно-технического прогресса происходит непрерывное совершенствование и усложнение конструкции ВС, что нередко снижает эффективность парирования возникновения неблагоприятных факторов и способности современных методов и систем диагностирования ВС и прогнозирования состояния ЛП ВС.

В связи с этим, совершенствование процесса поддержания ЛП с учетом выявленных недостатков должно строиться на основе научно-обоснованных подходов и анализа опыта мировой практики эксплуатации ВС.

Проведенные ведущими специалистами и учеными области исследования в этом направлении позволили решить ряд важных вопросов, таких как [22]:

- проведение текущего контроля и анализа влияния ТС ад на состояние БП;

- проведение количественной оценки соответствия ВС и их систем требованиям ЛП;

- осуществление анализа и учета влияния ошибок летного и технического персонала, а также внешних условий на БП с учетом реализации мероприятий по их предупреждению;

- проведение оценки снижения уровня ЛП;

- повышение информационного обеспечения БП и ЛП ВС.

Однако следует признать, что методы и разработки, направленные на поддержание ЛП ВС, решают эту проблему только частично, в основном для отдельных элементов АТС. Например, отказ отдельных ее элементов; роль человеческого фактора; эффективность и т. д.

Чтобы разработки стали более эффективными, необходимо обоснование и разработка принципиально новой методологии процесса поддержания ЛП ВС, основанной на анализе риска возникновения авиационных происшествий (АП) с учетом материального, экономического и социального ущерба в зависимости от тяжести их последствий.

Комплексный подход к решению данной проблемы включает в себя исследование четырех взаимосвязанных задач [22]:

- исследование действующих методов поддержания ЛП и обеспечения БП;

- совершенствование организации системы контроля обеспечения БП и поддержания ЛП с учетом требований EASA и Федеральных авиационных правил (ФАП);

- выявление совокупных свойств, которые характеризуют эффективность комплексной системы обеспечения БП и ЛП ВС с учетом материальных, экономических и социальных факторов;

- разработка механизма непрерывной оценки риска возникновения материального ущерба от уровня последствий АП.

Наибольшие трудности при реализации предложенной концепции вызывает создание механизма мониторинга ЛП ВС, планирование и управление процессом локализации отказов функциональных систем самолета. Ключевым элементом мониторинга ЛП является мониторинг полетной информации, включающей ряд функций:

- сбор и анализ полетной эксплуатационной информации;

- получение оперативной информации о полете;

- выявление ситуаций эксплуатации, в которых возрастает риск АТ.

Эффективность такого механизма обусловлена возможностью принимать корректирующие действия на ранней стадии до того, как риск приведет к аварии или катастрофе.

Внедрение новых технологий для оценки эффективности процесса поддержания ЛП ВС позволит дополнить современную систему мониторинга полетной информации методами, ориентированными на управление рисками БП с учетом ЖЦ ВС.

В условиях планируемого возрастающего объема перевозок усложняется выполнение основного одного из основных требований АТС – обеспечение экономической эффективности эксплуатации ВС, которая может быть достигнута за счет современного научно-технического обеспечения процесса ТО, его организационных факторов и учета человеческого фактора [2], который определяет экономические показатели ТО типов ВС.

В связи с этим основной задачей авиационных предприятий, эксплуатирующих АТ, является повышение эффективности процесса эксплуатации ВС, связано с увеличением налета его в течение суток и, как следствие, с сокращением затрат времени, труда и средств при ТО, и увеличения суммарного налета ВС авиакомпании.

Решение данного типа задач требует исследования выполнение процедур ТО, что представляют собой целенаправленную техническую систему, состоящую из множества взаимосвязанных материальных объектов (ВС, средств наземного обеспечения и обслуживающих их сертифицированного персонала по ТО согласно требованиям EASA Part-66), которые непосредственно принимают участие в проведении технологических операций ТО функциональных систем и объединенных общей целью поддержания ЛП ВС и повышение БП [7].

При этом могут быть решены задачи применительно к изделиям то, то есть в качестве объектов управления, как правило, выступают: ВС, основные изделия, бортовое оборудование, наземное оборудование и наземные средства контроля ТС.

1.2 Основные принципы поддержания летной годности воздушных судов. Общие требования

Согласно требованиям ICAO поддержание ЛП ВС осуществляется по следующим принципам [18]:

- летная пригодность ВС закладывается при проектировании с учетом предыдущего опыта эксплуатации, требований авиакомпаний (заказчика), государственных требований по обеспечению БП;

- разработка и серийное изготовление АТ производится сертифицированными предприятиями по требованиям EASA Part-21;

- государственный контроль за летной пригодности ВС, в соответствии с требованиями SARP's (Стандартов и Рекомендуемой практики), возлагается на ФАП;

- каждый экземпляр ВС в установленном порядке регистрируется в Государственном реестре и допускается к эксплуатации при наличии Сертификата ЛП, который подтверждает соответствие данного экземпляра воздушного судна требованиям летной годности [19];

- поддержание летной годности каждого экземпляра ВС при эксплуатации обеспечивается тем, что эксплуатант должен придерживаться установленных правил летной эксплуатации и ТО ВС. В случае нарушения эксплуатантом требований по поддержанию ЛП ВС, а также выявление их опасного ТС вводятся ограничения на их эксплуатацию или эксплуатация ВС прекращается [19];

- техническое обслуживание проводят сертифицированные организации по техническому обслуживанию и ремонту;

- все виды работ по поддержанию летной годности ВС выполняет авиационный персонал, прошедший соответствующую аттестацию [17].

В соответствии с требованиями SARP's, которые были разработаны ICAO, в структуре государственного регулирования ЛП выделяют системы обеспечения и поддержания летной годности. Обеспечение ЛП проводится на стадиях проектирования и производства ВС [11].

На стадии проектирования ВС авиационная техника разрабатывается на заводах, имеющих необходимый сертификат [9]. Выполняется расчет надежности всех комплектующих изделий, систем, видов оборудования и всего проектируемого самолета. На основе этих данных определяются назначенные и межремонтные ресурсы, значения контрольных уровней надежности всех составляющих ВС. Изготовление ВС осуществляется на сертифицированных заводах-изготовителях АТ, где особое внимание уделяется вопросам прочности конструкции, которые, в свою очередь, непосредственно влияют на надежность и летную пригодность ВС.

Перед эксплуатацией определяется соответствие состояния ЛП изготовленной АТ необходимым нормам ЛП. Если результаты удовлетворительные, то ВС предоставляется сертификат на эксплуатацию и самолет прибывает в авиакомпаний, на которые возлагается ответственность за состояние ЛП каждого экземпляра ВС, что находится в их парке.

На стадии эксплуатации выполняется поддержание ЛП ВС, путем обеспечения необходимого уровня безопасности полетов, повышение состояния надежности комплектующих изделий, систем, видов оборудования ВС и самолета в целом, проведение необходимой сертификации ВС и авиационного персонала, своевременного проведения ТО АТ.

В ходе эксплуатации ВС состоят Директивы ЛП, которые являются необходимыми условиями выполнения эксплуатантами обеспечения необходимого уровня надежности и летной годности ВС и его компонентов [10].

Поскольку поддержание ЛП ВС возлагается на эксплуатанта, то сейчас экономически целесообразный срок службы и ресурс АТ определяется не столько физическим износом, сколько финансовыми возможностями эксплуатанта ВС. Поэтому превышение фактического срока службы ВС над проектным значением — распространенная практика международной ГА. Эта практика реализуется двумя типами эксплуатации ВС увеличение ресурса и оценка состояния.

Продление назначенного ресурса и срока службы ВС заключается в следующем. Для каждого этапа эксплуатации ВС на основе лабораторных и летных испытаний натурной конструкции ВС и прогнозирования ожидаемых условий эксплуатации устанавливается как величина ресурса и срока службы, так и условия его определения, при которых гарантируется БП. В процессе эксплуатации парка ВС на каждом этапе появляется большой объем новой информации об условиях эксплуатации, выявленных дефектах, проводятся дополнительные испытания натурной конструкции и разрабатываются технические мероприятия в виде дополнительных условий (или подтверждения существующих условий) продления ресурса и срока службы для следующего этапа эксплуатации.

На сегодня продление ресурса парка ВС несколько затруднено вследствие небольшого налета ВС, разнообразия условий эксплуатации, качества ТО, а также по ряду других технико-экономических причин. Поэтому получила широкое развитие эксплуатация по состоянию, которая предусматривает периодический контроль или проверку комплектующих изделий с целью установления их соответствия определенному стандарту и выяснения возможности их дальнейшего использования. Указанный стандарт используется как основа для того, чтобы снять с эксплуатации тот или иной компонент или часть, прежде чем они откажут в процессе эксплуатации. Стандарт может корректироваться, исходя из опыта эксплуатации АТ или одобренной Программы надежности или Программы ТО.

Действующий Воздушный кодекс РФ предусматривает все элементы обеспечения и поддержания ЛП ВС и его компонентов, которые согласно Sarp'S ИсАТ необходимы для их эффективной эксплуатации. Воздушным кодексом предусмотрена обязательная сертификация АТ, объектов воздушного транспорта, в первую очередь, эксплуатантов, организаций по ТО и авиационного персонала.

Функциями Государственного регулирования, осуществляемых Федеральным агентством воздушного транспорта (ФАВТ), является сертификация и регистрация всех субъектов системы авиационного транспорта (типов ВС, эксплуатантов, предприятий ТО, аэродромов, авиационного персонала и т.п.), а также надзор и инспектирование за соблюдением ФАП всеми субъектами системы.

В отличие от системы всеобъемлющего государственного регулирования всех аспектов функционирования авиационной отрасли, мировой опыт свидетельствует, что смешанная система регулирования является наиболее эффективной и жизнеспособной.

В такой системе государственные требования охватывают лишь некоторую часть наиболее важных аспектов требований по обеспечению безопасности АТС. Более широкий спектр требований к ВС и его компонентам системы поддержания ЛП разрабатывает сам разработчик конструкции АТ, который имеет интерес в создании конкурентоспособного ВС.

Ответственность за соблюдение правил эксплуатации, ТО ВС, которые предусмотрены в эксплуатационной документации ВС определенного типа и обеспечивающих сохранение его годности к полетам, Воздушный кодекс возлагает на эксплуатанта. Уполномоченные государственные органы ведут контроль за соблюдением требований и выполнением эксплуатантами требований воздушного законодательства в сфере деятельности и качества выполняемых работ.

Государственное инспектирование и надзор за объектами, которые стали сертифицированы, должны стать основой для своевременного принятия мер корректировки по обеспечению и сохранению пригодности к полетам ВС.

Главная задача при разработке системы поддержания ЛП ВС, – определение состава и содержание мероприятий, которые должны реализоваться на разных стадиях ЖЦ ВС. При решении задачи должны быть учтены: политика, проводимая государством в сфере поддержания ЛП ВС; особенности действующей практики и нормативной базы в области ТО; требования международных стандартов ИКАТ; позитивный опыт решения проблем по поддержанию ЛП ВС, который был приобретен Европейским сообществом и США.

С учетом указанного, главные принципы и правила обеспечения и поддержания ЛП ВС можно сформулировать таким образом:

- пригодность к полетам закладывается при проектировании ВС с учетом предыдущего опыта эксплуатации ВС подобного класса, требований Заказчика, государственных требований по безопасности и экологии и подтверждается необходимым объемом стендовых и летных испытаний, добавляя к этому и сертификационные испытания;

- летная годность обеспечивается при серийном производстве ВС и контролируется на всех этапах создания независимым приемом;

- пригодность к полетам сохраняется во время эксплуатации благодаря соблюдению установленным правилам летной эксплуатации, ТО ВС. В сопровождении, начиная с эксплуатации ВС до списания, участвующих КБ, серийные заводы, НИИ. При этом, непосредственно разработчик и поставщик ВС несут ответственность за целостность конструкции, полноту и качество типовой эксплуатационной документации, уровень эксплуатационно-технических характеристик ВС вместо базовой программы ТО.

- взаимные обязательства поставщика и эксплуатанта регламентируются «Типовым договором на поставку гражданских ВС и взаимные обязательства поставщика и эксплуатанта на все время эксплуатации по поддержанию ЛП ВС»;

- разработка и серийное производство авиационной техники осуществляется предприятиями, имеющими сертификат;

- каждый тип ВС проходит сертификацию и получает сертификат типа с блоком типовой эксплуатационной документации (Программа ТО, Руководство по ТО, Руководство по летной эксплуатации и Руководства качества);

- на каждый тип ВС при ее производстве разрабатывается программа обеспечения технического обслуживания;

- каждый экземпляр ВС получает сертификат ЛП;

- эксплуатация ВС осуществляется только сертифицированными эксплуатантами;

- ответственность за поддержание ЛП каждого ВС, который добавлен в сертификат возлагается на эксплуатанта;

- при нарушении эксплуатантом требований по поддержанию ЛП ВС, а также выявлении опасного состояния ВС, вводятся ограничения на его эксплуатацию или эксплуатация ВС приостанавливается;

- техническое обслуживание осуществляют сертифицированные организации по ТО;

- подготовку авиационного персонала осуществляют сертифицированные образовательные учреждения;

- все виды работ по сохранению годности к полетам ВС выполняются авиационным персоналом, который прошел сертификацию и аттестацию;

- государственный надзор за летной годностью ВС не только осуществляется специально уполномоченными органами;

- обмен информацией по вопросам сохранения пригодности к полетам ВС между эксплуатантами, разработчиком и уполномоченными органами происходит в соответствии с требованиями Приложения 8 к Конвенции о международной гражданской авиации ИКАТ.

В области технико-экономической деятельности ФАВТ обязана формировать и инвестиционную политику, государственные заказы, осуществлять лицензирование, представлять Россию среди международных организаций ГА, заключать международные соглашения.

Широкие полномочия ФАВТ и в области оперативного управления, которые состоят из разрешительных действий на использование воздушного пространства России, по организации поиска и спасения людей после аварий и прочее.

С точки зрения системного анализа АТС представляет собой эконометрическую систему, субъекты которой взаимодействуют на материальном, информационном и финансовом уровне, реализуя процессы управления и производства, обеспечивающие функционирование АТС. Существуют следующие контуры управления, обеспечивающие реализацию целевой функции АТС [4]:

- обеспечение и поддержание ЛП ВС и подготовка их к полетам;

- летная эксплуатации ВС;

- управление воздушным движением;

- перевозка и обслуживание пассажиров и грузов;

- техническая эксплуатации наземных комплексов и наземной АТ;

- международные связи (сотрудничество) в области ГА.

Для реализации функций государственного регулирования, направленных на достижение этой цели ФАВТ осуществляет сертификацию и регистрацию всех субъектов системы авиационного транспорта (типов ВС, экземпляров ВС, эксплуатантов, предприятий ТО, аэродромов, авиационного персонала и т.д.), а также производит надзор и инспектирование за соблюдением ФАП всеми субъектами системы.

Информационное обеспечение имеет шесть контуров:

1. ФАВТ- субъекты АТС - ФАВТ.

2. Органы власти РФ - ФАВТ - Органы власти РФ.

3. ФАВТ - международные организации - ФАВТ.

4. Внутренний контур информационного обеспечения между отделами и управлениями ФАВТ.

5. Внутренний контур информационного обмена компонентов АТС РФ.

6. Непосредственный обмен информацией между компонентами АТС РФ.

По содержанию информацию, которая циркулирует по всем контурам можно объединить в следующие группы [2]:

1. Информация, направляемая от субъектов АТС в ФАВТ:

- информация, регламентируемая ФАП по вопросам сертификации субъектов АТС (ВС, эксплуатантов и авиационных специалистов);

- информация, регламентируемая ФАП по состоянию ЛП (наработка ВС, АТ, выполнение Директив по ЛП);

- информация, регламентируемая ФАП по страховым случаям нарушения ЛП (отказы, повреждения, особые случаи эксплуатации ВС);

- информация о коммерческой деятельности эксплуатанта в соответствии с лицензиями;

- информация, регламентированная в Положении о статистической отчетности.

2. Информация направляется от предприятий производителей АТ в ФАВТ:

- информация, предусмотренная ФАП, необходима для сертификации типа ВС;

- информация, предусмотренная ФАП по вопросам поддержания ЛП ВС (бюллетени по модификации и ТО), а также нормативно-техническая документация регламентирует летную эксплуатацию и ТО АТ).

3. Информация, направляемая ФАВТ субъектам:

- эталонная нормативно-техническая информация по вопросам, подлежащим государственному регулированию, регламентирующая деятельность субъектов АТС по обеспечению авиационной безопасности и БП;

- информация, содержащаяся в разрешительных действиях и документах (сертификаты, удостоверения, лицензии);

- авиационные правила Российской Федерации;

- директивы о летной годности ВС;

- распорядительная документация.

4. Информация, направляемая в международные организации и авиационным властям других стран:

- учетно-отчетная информация, предусмотренная ИКАТ

- директивы по ЛП, выдаваемые ФАВТ, направляемые государствам-экспортерам АТ, эксплуатируемого в РФ.

- директивы по ЛП, выдаваемые ФАВТ направляются авиационным властям государствам-импортерам АТ, изготовленной в РФ;

- оперативная информация по международным полетам.

5. Информация, которую направляют международными организациями в ФАВТ:

- директивы ЛП, принятые авиационными властями других государств по ВС, эксплуатируемых или изготавливаемых в России;

- оперативная информация по оперативным международным полетам;

6. Внутренний контур информационного обеспечения делится на группы:

- справочная информация, сформированная по запросам пользователей на основании обработки данных, полученных от субъектов АТС;

- внутреннее делопроизводство.

Автоматизация процессов по ВС ведется по следующим четырем функциональным направлениям:

- учет, планирование и управление то на всех уровнях;

- диагностирование и оценка состояния, выявление тенденций (управление БП);

- регулирование материально-технического снабжения (управление запасами);

- оперативное информирование о регулярности полетов и технологических простоев (управление использованием парков).

1.3 Факторы, определяющие летную пригодность и ее поддержание во время эксплуатации воздушного судна

Предметом особого изучения при разработке системы поддержания ЛП ВС являются факторы, которые определяют уровень пригодности к полетам ВС и качество мероприятий, осуществляемых для ее поддержания.

Характер задач, решаемых по каждому из факторов на этапах создания и во время эксплуатации, вынесены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Виды обеспечения пригодности ВС к полетам

Каждый из факторов имеет чрезвычайно важное значение для ЛП ВС. По каждому из них необходимо конкретизировать задачи, которые относятся решению, разработать нормативно-технические документы, которых недостает и механизм принятия корректирующих действий к достижению цели.

Кроме перечисленных в таблице 1.1 основных факторов по поддержанию ЛП ВС имеют большое влияние разнообразные виды обеспечения процессов ТО. Это так называемые факторы, которые способствуют поддержанию ЛП ВС. К их числу относятся: организационно-правовое, информационное, материально-техническое, научно-техническое обеспечение процессов ТО. Эти и другие виды обеспечения, которые образуют инфраструктуру системы ТО, работают не на отдельный тип ВС, а на все типы ВС, эксплуатируемых на авиапредприятии. Инфраструктура создает благоприятные условия для нормального функционирования системы поддержания ЛП каждого экземпляра конкретного типа ВС.

В то же время, содержание инфраструктуры может существенно меняться под влиянием основных факторов, которые определяют ЛП ВС того или иного типа.

1.4 Управление процессами обеспечения и поддержания летной годности воздушных судов

Конечной целью управления является поддержание ЛП и обеспечение БП ВС и повышение экономической эффективности применения АТ на всех стадиях ЖЦ под наблюдением уполномоченных органов государственного регулирования. Главными принципами управления являются: целевой подход; соответствие международным стандартам и гармонизация с нормами ведущих авиационных государств; преемственность; формализация процедур и гибкость программ по поддержанию ЛП ВС.

Выполнение широкого круга работ по обеспечению и поддержанию ЛП ВС на различных этапах его ЖЦ требует создания единой системы программного управления процессами обеспечения и сохранения пригодности к полетам, которая учитывала бы международный опыт и сохраняла преемственность отечественной практике производства и эксплуатации гражданской АТ.

Методы управления процессами обеспечения и поддержания ЛП ВС в методологическом аспекте базируются на фундаментальных выводах системного анализа, теории надежности, статистического надзора за качеством и теории ТО.

Схема управления процессами обеспечения и поддержания ЛП ВС включает два контура: контур обеспечение и поддержание ЛП ВС и контур поддержания ЛП ВС.

Контур К1 предусматривает формирование сертификационного базиса – состав исходных требований к ЛП ВС с учетом класса и назначения ВС, что проецируется, которые вытекают из норм ЛП ВС и требований по охране окружающей среды согласно Приложению 16 к Конвенции Международной гражданской авиации соответствующего класса.

Обеспечение соответствия типовой конструкции ВС на этапах разработки, испытаний, производства и эксплуатации вплоть до списания действующим требованиям к ЛП возлагается на разработчика. Обеспечение соответствия каждого экземпляра, серийно произведенного ВС типовой конструкции образца возлагается на его производителя.

Процесс обеспечения Разработчиком ЛП ВС предусматривает: создание конструкции образца АТ в соответствии с действующими требованиями к ЛП; проведения исследовательских и испытательных работ по ее анализа и оценки; оформление доказательной документации; прохождение сертификации Разработчиком и образцом АТ с получением соответствующих Сертификатов.

Процесс обеспечения Разработчиком ЛП ВС предусматривает: создание конструкции образца АТ в соответствии с действующими требованиями к ЛП; проведения исследовательских и испытательных работ по ее анализа и оценки; оформление доказательной документации; прохождение сертификации Разработчиком и образцом АТ с получением соответствующих Сертификатов.

Процесс обеспечения Производителем ЛП каждого экземпляра, серийно производимого ВС предусматривает: прохождение Производителем сертификации с получением Сертификата соответствия; производство экземпляров АТ в соответствии с типовой конструкции образца; использование в производстве ВС новых технологий; своевременное внедрение в серию текущих доработок, которые улучшают эксплуатационные и технические характеристики ВС; выдаче каждому экземпляру ВС Сертификата ЛП.

Эксплуатантам вместе с экземплярами ВС передается полный комплект правил и условий летной и ТО, в том числе и условий для поддержания ЛП ВС на протяжении всего установленного срока службы (ресурса), которые изложены в базовой программе ТО ВС и в типовой эксплуатационной документации.

Контур К2 предусматривает формирование программ поддержания ЛП ВС в соответствии с предложенными требованиями.

Процесс поддержания ЛП экземпляров ВС на протяжении установленного срока службы (ресурса) предусматривает: соблюдение эксплуатантом правил и условий летной эксплуатации и ТО ВС; выполнения одобренной программы ТО ВС с оценкой ее эффективности; выполнение директив по поддержанию ЛП ВС; выполнение модификаций и доработок на ВС; оценку надежности авиатехники и опыта эксплуатации ВС; участие в выполнении Программы Разработчика по сохранению целостности конструкции ВС на протяжении установленного срока службы (ресурса).

Эксплуатанты должны предоставлять специально уполномоченным органам в сфере ГА и Разработчикам информацию о ТС АТ и особенностях ее эксплуатации. Уполномоченные органы и Разработчик, в свою очередь, обязаны своевременно передавать эксплуатантам Директивы и рекомендации о необходимых действиях для поддержания ЛП ВС.

Поддержание ЛП типа ВС на протяжении установленного срока службы (ресурса) предусматривает: сопровождения Разработчиком процессов летной эксплуатации и ТО, взаимодействия между Разработчиком и Производителем с Эксплуатантами и Организациями по ТО АТ по обмену информацией о надежности АТ, опыта эксплуатации и ее особенностях, оценке эффективности программ ТО ВС и директив ЛП; оценке ремонтов и специальных проверок, оценке мер по предотвращению коррозии, разработке Директив ЛП и дополнительных рекомендаций по поддержанию ЛП «стареющего» парка ВС.

1.5 Постановка задач и разработка плана исследования

Для достижения поставленной цели, в работе поставлены следующие задачи исследования:

- выбор и обоснование факторов, определяющих стратегию и режимы ТО воздушных судов и его компонентов;

- разработка методики формализации совокупности свойств элементов функциональных систем ВС и определение рационального режима их ТО;

- разработка методологии формирования рекомендаций по конструктивному усовершенствованию ВС и его компонентов и принципов адаптивного процесса формирования программы ТО ВС;

- разработка принципов реализации методологии обеспечения ЛП ВС на этапе проектирования и ее поддержания при эксплуатации по технико-экономической оценки эффективности рекомендаций в условиях эксплуатации на основе автоматизированной экспертной системы.

2 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОГРАММ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

2.1 Процедуры регламентации процессов технического обслуживания воздушных судов

В решение главных задач ГА по обеспечению БП и высокой эффективности использования АТ основное место принадлежит системе ТО ВС. Эффективность системы ТО ВС во многом определяется эксплуатационными характеристиками АТ, стратегией ТО, качеством проведения профилактических работ, используемыми средствами и методами контроля и др.

Важную роль в обеспечении ЛП и дальнейшем повышением уровня БП играет инженерно-технический состав. В настоящее время значительное развитие и практическое применение в ее работе получили новые методы и средства диагностирования ВС, совершенствуются методы и формы организации то, успешно действуют в ряде эксплуатационных предприятий диагностические группы, ведутся работы по созданию автоматизированной системы управления процессами ТО.

Однако, по мере усложнения конструкции ВС, интенсификации производственных процессов, применения новых средств и методов контроля состояния изделий ад существенно меняется характер функций ТО. Внедрение современных методов диагностирования приводят к расчленение технологических процессов ТО, к более узкой специализации авиационного персонала. При этом, прежде всего увеличивается стоимость оборудования и число операций по контролю ТС изделий, значительно возрастает ответственность контроля и диагностирования ТС объектов эксплуатации. Вместе с тем создаются предпосылки для внедрения прогрессивных методов ТО, устранения некоторых видов то ад, что приводит к сокращению простоев ВС на то и повышению эффективности их использования.

На основе λ – характеристики и контролепригодности того или иного технического устройства получают возможность наметить программу его ТО как «по ресурсу» или «по уровню надежности», так и «по состоянию». По мере совершенствования конструкции и повышения контролепригодности изделий, сокращается процент устройств, эксплуатируемых «по ресурсу», и увеличивается их число, эксплуатируемых прогрессивными стратегиями.

Для нового поколения самолетов типа Boeing-757, Boeing-767, A-330, A-320, A-340 программы ТО составленные по методикам, предоставленные в руководстве MSG-4, в котором лучшими считаются работы, выполняемые «по состоянию» или «по уровню надежности».

В методиках MSG-4 приведены логические схемы выбора плановых работ по ТО на основе всестороннего анализа конкретных отказов и их последствий (рисунок 2.1).

На примерах разработки самолетов Boeing-747, Boeing-767 и Boeing-777 опровергается распространенное мнение о невозможности одновременно обеспечить высокую БП и снижение затрат на ТО. Для достижения этих целей фирме пришлось затратить

Больше средств при изготовлении самолета, однако эти затраты с лихвой окупились в процессе эксплуатации за счет меньших затрат на ТО и высокой надежности изделий АТ. В процессе разработки самолета Boeing-747 были внесены существенные улучшения в конструкцию на основе опыта эксплуатации предыдущих типов самолета, что позволило впервые широко внедрить принцип эксплуатации «по состоянию» вместо традиционного принципа эксплуатации «по наработке».

Проанализированные данные свидетельствуют о необходимости разработки специальных мер, направленных на поддержание эксплуатационных характеристик ВС и их газотурбинных двигателей на высоком уровне в течение всего периода эксплуатации. Одним из определяющих условий при решении этой проблемы является оценка их ТС на протяжении всего их ЖЦ.

Рисунок 2.1 - Логическая схема выбора работ по ТО согласно MSG-4

Разработка методического, организационного математического и технического обеспечения оценки ТС изделий АТ проводится, как правило, с учетом результатов анализа особенностей их конструкции, контролепригодности, условий эксплуатации, принятой системы ТО, а также статистических данных об характерные отказы и повреждения. Такой анализ во многих случаях позволяет выявить наиболее информативные признаки конкретных типов неисправностей, идентификация которых должна способствовать поддержанию заданного уровня БП и повышению эффективности использования АТ, а также определить функциональные возможности существующих методов и средств оценки ТС систем АТ, их узлов и деталей, и что необходимо для формирования регламентов ТО ВС.

Широкая гамма инструментальных методов и средств контроля ТС, используемых в настоящее время при ТО ВС имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что их применение возможно лишь с определенной периодичностью, заданной программой ТО конкретного типа ВС, что может оказаться недостаточной для предотвращения неисправностей двигателя, способных привести к тяжелым АП.

Увеличение стоимости изготовления и эксплуатации двигателей привело в начале восьмидесятых годов к необходимости создания бортовых диагностических систем, способных измерять, регистрировать, обрабатывать и выдавать информацию, полученную из двигателя в процессе его эксплуатации.

Таким образом, одной из важнейших проблем в области эксплуатации современной АД является проблема совершенствования процессов ТО ВС с целью улучшения эффективности их использования и повышения безопасности полетов.

Растет разнообразие функции, выполняемых системами ВС, в связи с этим резко возрастают трудности обеспечения их надежной работы. В последние годы рост количества комплектующих изделий ВС в ряде случаев опережает рост показателей безотказности этих элементов, что приводит к увеличению времени и средств на проведение текущего ремонта, так и профилактических мероприятий.

С ростом сложности конструкции значительно возрастают объемы ТО и текущего ремонта, усложняется контроль параметров из-за их многообразия и процесс выявления и устранения возникающих отказов и неисправностей, увеличивается вероятность появления послеремонтных отказов в связи с проведением сложных трудоемких форм ТО.

Формирования программ ТО, базируется на принципе разделения работ по формам ТО методом прямого перебора альтернативных сеток работ по ТО по критерию минимума удельных затрат на эксплуатацию при условии обеспечения нормируемых уровней БП.

Сетка линейного ТО и полного цикла базового ТО в пределах ресурса ВС кратны одной из базовых периодичностей. Учитывая, что линейное ТО зависит в основном от режима эксплуатации и выполняются после посадки или перед полетом ВС, после нескольких полетов в конце летного дня, то периодичность, которая соответствует этим формам выбирается в зависимости от типа и класса ВС, продолжительности полета, среднесуточного налета.

Базовые периодичности, количество форм базового ТО выбирают с учетом опыта эксплуатации, класса и типа ВС, методов технического обслуживания (распределительный – нарезной, совместимый), межремонтного ресурса, рациональности учета и планирования работ по ТО [16].

Выбор работ по ТО осуществляется по этапам с учетом информации об эксплуатационных свойствах изделия и его функциональных связей с другими элементами. Схема выбора работ предоставлена на рисунке 2.2.

При выборе работ по контролю ТС изделия важно учитывать:

- характер функционирования изделия;

- параметры, характеризующие ТС изделия;

- характер процессов, обусловливающих потерю работоспособности изделия;

- предоставленную номенклатуру средств контроля.

Рисунок 2.2 - Схема выбора работ по ТО

Основное требование назначается к процессу ТО в целом, заключается в том, чтобы при ограниченных затратах труда обеспечить наибольшую вероятность того, что в необходимый момент времени ВС окажется исправным и выполнит поставленную задачу.

При разработке методов ТО основное внимание уделяется плановым профилактическим работам, цель которых обеспечить безотказную эксплуатацию ВС в межпрофилактические периоды путем предупреждения неисправностей и отказов узлов и агрегатов, и поддержания их технических характеристик в пределах установленных допусков.

2.2 Методы и модели оптимизации режимов технического обслуживания

Построение моделей и математическое моделирование процессов функционирования изделий (компонентов) ВС позволяет на более высоком уровне разрабатывать оптимальные принципиальные схемы систем, определять характеристики объектов эксплуатации на различных режимах функционирования, учитывать влияние эксплуатационных факторов.

Функционирование сложных технических систем (СТС) в условиях эксплуатации, предусматривающие проведение профилактик и предупредительных замен элементов, то, описывают целым рядом моделей, имеющих стохастическую природу.

Для исследования этих моделей широко применяется аппарат управляемых случайных процессов.

При этом исследуются динамические задачи управления, когда приняты решения зависят от предыдущей истории или, в Марковском случае, от состояния процесса в современный момент времени. При математическом исследовании и построении стратегий то конечно предполагают известным множество возможных в системе восстановительных работ и задача выбора стратегии ТО и сроков их проведение решается с учетом объективных характеристик надежности систем, характера индикации отказов, наличия встроенного контроля работоспособности, специфических особенностей условий эксплуатации и др.

Для оптимизации стратегии ТО задают количественный критерий (функционал, зависит от функции распределения времени безотказной работы, функции распределения времени проведения восстановительных работ и др.), по значению которого можно судить о качество выбранной стратегии ТО.

Однако, при эксплуатации СТС не всегда вполне известны необходимы

характеристики и приходится принимать решения в условиях неполной информации или при ее отсутствии.

При оптимизации процессов ТО сложных объектов эксплуатации возникают трудности с многоразмерностью задач, необходимостью описывать функции распределения нормальным или показательным законам и прочее, что вызывает необходимость ввода ряд допущений и упрощать решение задач.

Если потоки отказов и обновлений технических устройств простейшие, а, следовательно, распределение промежутков времени между отказами и моментами окончания восстановления экспоненциальное, то это позволяет применить для построения моделей надежности технических устройств аппарат случайных марковских процессов.

В случае, когда процесс, протекающий в физической системе со счетной

множеством состояний и непрерывным временем, является марковским, можно описать этот процесс с помощью обычных дифференциальных уравнений, неизвестными в которых являются вероятности состояний P i ( t ). В общем случае к таким состояниям относятся: работа, восстановление, ожидание к применению, контроль, профилактика и т.д.

В работе [26] рассматривается подход к обоснованию параметров ТО СТС. Используются модели, для построения которых приводится ряд свойств марковских процессов с непрерывным временем 

Для построения модели:

- определяется число состояний n, в которых находится система в период

эксплуатации;

- составляется граф сословий;

- указывается исходное состояние системы;

- для каждого возможного перехода определяется, как интенсивность, а ij потока, что переводит систему из A i в A j состояние.

Вероятность P i нахождения системы в каждом из состояний A i описывается системой дифференциальных уравнений, выражаемых в стационарном режиме эксплуатации в алгебраические. Подставляя a ij, что зависит от системы ТО, определяют P i, соответствующие разным соединениям параметров ТО.

В работе [8] предлагаются марковские и полумарковские модели процесса изменения качества функционирования изделий АТ и разработаны методы анализа этих моделей по исходным вероятным характеристикам потоков помех воздействуют. 

Вероятные характеристики выполнения условий трудоспособного состояния определяется исходя из решения уравнений марковского восстановления.

В работе [9] излагается способ оценки надежности систем , основанный на вычислении выигрышей надежности по каждой из заданных характеристик вместо вычислений абсолютных значений показателя надежности, что позволяет резко сократить объем вычислений. 

В данной работе определяются выигрыш надежности для:

1) постоянно включенного резерва невосстанавливаемой системы; 

2) резервируемой восстанавливаемой системы при одной бригаде обслуживания; 

3) резервирование замещением и разными приоритетами обслуживание. 

Предлагаемый метод упрощает расчеты, позволяет вычислять показатели надежности новой системы при наличии достоверных данных о надежности старой, позволяет вычислять надежность очень СТС, если последние представлять, как развивающиеся из простых.

В работе [20] дано описание функционирования технических устройств с произвольными законами распределения вероятности времени безотказной работы и времени восстановления элементов с помощью системы интегральных уравнений. Приводится приближенный итерационный метод решения указанной системы уравнений, в результате которой определяется наработка на отказ, среднее время восстановления и стационарное коэффициент готовности. Для составления интегральных уравнений предложена модель, в которой для k - го состояния устройства определено 6 подмножеств элементов.

Одним из методов исследования СТС является метод, основанный на использовании бионической модели [25]. Суть его заключается в том, что определяются законы распределения количества нетрудоспособных элементов в разных режимах.

В случае соответствия их нормальному закону вычисляется коэффициент оперативной готовности. Однако общепринятая методика не учитывает неравноценности вклада всех элементов для обеспечения качества функционирования системы. 

Учитывая специфику воздушного транспорта, где превалирует требование обеспечение БП, для большинства изделий ВС при оптимизации по критериям стоимости, необходимо, чтобы поддерживались требования заданных уровней БП ВС. В таких условиях критерий оптимизации равен:

Q Ri (t, Δt) ≤ Q * Ri (t, Δt), C пит.экс. → C min или K г → K г max,

где, Q Ri (t, ∆t) – уровень вероятности функционального отказа за время ∆t;

Q*Ri (t, ∆t) – регламентированный уровень вероятности функционального отказа за время ∆t полет в;

C пит.экс – удельные эксплуатационные расходы;

Kг – коэффициент готовности.

Опираясь на то, что в SARP's ICAO регламентирована частота возникновения событий: особых ситуаций полета (ОСП) и функциональных отказов при условии ограничения при оптимизации режимов ТО разрешается использовать вероятность возникновения ОСП или функционального отказа, приводящих к ОСП (Q Ri (t)): Q Ri (t, ∆t ) ≤ Q * Ri ( t, ∆t ). 

Комплекс управляющих воздействий можно считать оптимальным, если минимизируется функция ущерба при условии обеспечения регламентированных уровней безотказности.

Таким образом, для расчета вероятности функционального отказа системы

необходимо получить аналитические зависимости Q Ri (t, ∆t) от эксплуатационных характеристик комплектующих изделий и режима ТО:

Q Ri ( t, ∆t ) = f ( λ i, ∆τ k, P k ),

где, λ i – интенсивность отказов i- го элемента системы;

∆τ k – периодичность контроля;

P k – вероятность обнаружения отказа при ТО.

Для использования в качестве критерия оптимизации необходимо получить аналитические зависимости, связывающие расходы на реализацию управляющих воздействий и размера ущерба из-за потери трудоспособности, с эксплуатационными характеристикам и параметрам режима ТО.

Удельные эксплуатационные расходы, связанные с ТО и устранением последствий отказов системы, будут равны: 

C пит.экс . = C k / Δ τ k + C ув. λ c,

где C k – стоимость планового ТО; 

C ув – средняя стоимость устранения последствий отказов системы;

λ c – интенсивность отказов системы.

Таким образом, удельные расходы, связанные с ТО зависят от безотказности объектов, режима ТО, стоимости контрольных операций и расходов, связанные с устранением последствий отказов: 

C пит.экс . = f (λ с, Δτ k, P k, C k, C ув . ) .

где, для элементов систем, имеющих постепенный характер отказов и параметрический вид контроля ТС, критерий можно предоставить в виде:

Q Ri = f (λ iв, λ ин, η i, Δ Y, Δ t ди, T МР и ), 

C пит.экс. =f (λ i в, λ ин, η i, Δ Y, Δ t ди, C отм.i, C нес.i, C ди, T МР и ),

где, λ iв, λ ин, – интенсивность внезапных отказов и неисправностей соответственно;

η i, – интенсивность отказов при монотонном измерении параметра

определяющий характер;

Δ Y – допуск на изменение параметров;

Δ t di - периодичность диагностики;

T МР и – межремонтный ресурс;

C отм.i, C нес.i, C ди – стоимости устранения отказов, неисправностей и проведения процедур диагностирования.

Для увеличения эффективности эксплуатации ВС необходимо увеличение доли времени трудоспособного состояния ВС – чему соответствует максимум коэффициента готовности К г (минимум коэффициента простоя К пр при проведении ТО): К г → К г max (К пр → К г min).

Коэффициент простоя определяется выражением: К пр = К то + К оп, где К то, К оп – коэффициенты простоя на ТО и восстановление работоспособности.

 Коэффициент Кто определяется выражением:

К то = t то / Т то,

где t то, Т то – длительность и периодичность проведение ТО. 

Если исследовать зависимость для К пр на экстремум, нетрудно убедиться, что налицо оптимальная периодичность проведения ТО изделия, обеспечивающая минимальный коэффициент простоя.

На основании классификации технических устройств по отражающим факторам временный режим использования по назначению и следственным отказам (таблица 2.1) определяют шифр рассматриваемого устройства и номер группы, к которой оно принадлежит (таблица 2.2).

Таблица 2.1 – Классификатор изделий по режимам использования

Таблица 2.2 – Кодификатор изделий

Определены шесть основных стратегий ТО и для каждой из них представлена формула для вычисления критерия оптимизации. Для определенных или назначенных видов работ выбирают соответствующую стратегию проведения замен технических устройств и определяют ее номер (таблица 2.3).

Таблица 2.3 – Классификатор стратегий ТО

По номеру стратегии, по которой предполагается проводить замены, определяют формулу для вычисления критерия оптимизации (таблица 2.4).

Таблица 2.4 – Расчетные формулы

Условные обозначения:

Н(Т1) – функция восстановления, равная среднему числу отказов за время Т1;

Т1 – периодичность проведения предупредительных замен;

Т2 – периодичность проведения проверок работоспособности устройства;

Тср – средняя наработка до отказа.

Составленных постоянных коэффициентов, входящих в формулы для вычисления критерия оптимизации, приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Составляющие постоянных коэффициентов

Для определения оптимальной периодичности проведения замен технических устройств длительного использования необходимо исследовать критерий оптимизации на экстремум. Периодичность проведения замен, обеспечивающая экстремальное значение критерия, принимают за оптимальную.

На рисунках 2.3 – 2.5 приведены результаты расчета оптимальной периодичности ТО изделий АТ в зависимости от различных законов распределения вероятностей безотказной работы и параметров моделей.

а) – экспоненциальный закон распределения времени безотказной работы (δ = 10),

б) – распределение времени безотказной работы по закону Вейбула (b = 2; δ = 10).

Рисунок 2.3 - Стратегия 1

а) – распределение времени безотказной работы по закону Вейбула (b = 2; δ = 103);

б) экспоненциальный закон распределения времени безотказной работы (δ = 102)

Рисунок 2.4 - Стратегия 2

.

а) – нормальный закон распределения времени безотказной работы (V = 0,1; δ = 104);

б) нормальный закон распределения времени безотказной работы (V = 0,2; δ = 103);

Рисунок 2.5 – Стратегия 3

К сожалению методика не решает задачу группировки составленных элементов изделий по периодичности их то и замен. Чаще всего в качестве критериев эффективности то принимаются: вероятность безотказной работы; коэффициент готовности; коэффициент технического использования; коэффициент эффективности ТО; расходы на обслуживание и др.

Актуальность и сложность решения задач анализа и синтеза систем с целью повышения эффективности ВС как СТС приводит к тому, что число исследований в этой области возрастает.

Для комплексного учета влияния на характеристики и свойства объектов

эксплуатации управляющих воздействий, требуется разработка нового методологического подхода к управлению состоянием изделий АТ, что позволяет определить оптимальные управляющие воздействия с учетом всех эксплуатационных факторов.

2.3 Методы контроля и диагностирования воздушного судна и его компонентов и факторы, определяющие их эффективность

Разработка и совершенствование средств и методов диагностирования позволяют объективно оценивать ТС низкие изделий АТ. Опыт применения прогрессивных методов ТО свидетельствует об их перспективности и мобильность, потому что в зависимости от конструктивных особенностей ВС, степени их контролепригодности, кратности резервирования возможна оптимизации и трансформация методов в широком диапазоне. Так, ТО по ресурсу часто переходит в обслуживание до отказа для таких изделий, отказы которых не влияют на БП.

Разработка и внедрение методов ТО показывает, что практическая реализация прогрессивных методов, в частности методов ТО «по состоянию», приводит к резкому увеличению объемов информации. Источником такой информации являются статистические данные о результатах эксплуатации и контроля состояния ад. Сочетание этой информации с результатами специальных испытаний и научных разработок обеспечивает возможность выявить причины отказов и повреждений, определить предысторию и признаки предотказного состояния, найти оптимальные пути повышения надежности изделий. Следует отметить, что анализ надежности серийных изделий и систем в условиях эксплуатации является важнейшим условием их конструктивного совершенствования и основой для разработки новых изделий АТ.

Решение задачи комплексной оценки ТС изделий с учетом всех возможных методов контроля работоспособности отдельных конструктивных элементов, узлов, систем и двигателей в целом требует разработки большого количества достаточно сложных алгоритмов, которые могут быть реализованы только на базе ЭВМ. Исходя из содержания системы контроля и диагностирования ВС, при оценке эффективности их применения необходимо решать следующие вопросы:

- как установить рациональное отношение между уровнем надежности и затратами на его обеспечение в эксплуатации;

- как оценить фактический уровень надежности и затрат;

- какого рода и в каком объеме желательно получить информацию о параметрах изделий, средства и методы при этом использовать;

- какова стоимость сбора и обработки статистической информации;

- как организовать передачу, сохранение и использование информации;

- будет ли использована информация на других иерархических уровнях, в каком виде, какой эффект;

- методы диагностирования будут применятся при существующей организации или предусматривается возможности совершенствования ее структуры и др.

Функции контроля и диагностирования ТС изделий ад численные, разнородные, трудоемкие. Они не ограничиваются в настоящее время только контролем параметров изделий и их анализом, а должна включать и элементы управления процессом эксплуатации АТ, выдачу корректирующих воздействий, предусматривать систематизацию информации ее агрегатирования.

Методы контроля, целью которых является индикация состояния изделия (годен, не годен) не имеют достаточную чувствительность, удлиняют технологический процесс, требуют дополнительных затрат, а главное не способствуют предотвращению последствий отказов.

В настоящее время, особое внимание должно уделяться методам активного контроля, сущность которых – проверка хода процесса эксплуатации изделий и их управления. При этом методы контроля и диагностирования направлены на предотвращение всяческих потерь в процессе эксплуатации и способствует сокращению недостатков в работе технического персонала, повышению стабильности технологических процессов ТО и показателей надежности, увеличению производительности труда.

Высокие экономические показатели достигаются при организации ТО ВС на основе применения автоматизированных встроенных систем диагностирования АТ и поиска неисправностей, способствующих сокращению объема и стоимости ТО и одновременно повышению БП [16].

Бортовая аппаратура регистрации полетной информации получила широкое распространение благодаря следующим факторам:

- осуществляет непрерывный контроль состояния объектов эксплуатации;

- осуществляет прогнозирование ТС;

- отслеживает кратковременные и перемежающиеся отказы;

- способствует сокращению числа отказов в полете и снижению трудоемкости и стоимости ТО;

- оптимизирует фонд запасных частей.

При введении системы диагностирования в условия реальной эксплуатации необходимо учитывать следующее:

- разброс механических свойств материала;

- время образования начальной трещины;

- физику накопления повреждений;

- скорость роста усталой трещины;

- спектр эксплуатационных нагрузок;

- конструктивные особенности и концентрацию напряжений;

- особенности модели роста трещин в зависимости от числа циклов нагрузки.

Необходимо разработать такие методы и средства диагностирования, позволяющие определять ТС объекта, осуществлять поиск места неисправности до конструктивного узла, замена или регулировка которого разрешена в эксплуатации. Особенно это касается ГТД, как наиболее сложного динамического объекта.

Комплексная система диагностирования предполагает:

- обеспечение контролепригодности АТ;

- создание эффективных инструментальных средств диагностирования;

- методическое, техническое и организационное обеспечение специализированных подразделений диагностики;

- разработку методов и алгоритмов диагностирования, разработку алгоритмов принятия решений и др.

Все большее внимание уделяется созданию наземно-бортовых систем, в которых регистрация, предварительная обработка информации и упрощенный контроль работоспособности основных узлов и систем ВС производится с помощью бортовых автоматизированных систем, а углубленный анализ диагностической информации, оценка ТС изделий АТ и выработки необходимых управляющих воздействий с целью восстановления их работоспособности до заданного нормативно-технической документацией уровня выполняется на земле с помощью эффективных средств вычислительной техники.

Анализ отказов и повреждений неисправностей авиационных ГТД и условий их эксплуатации позволяет выделить основные, наиболее часто встречаются повреждения проточной части и основные эксплуатационные факторы.

К массовым неисправностям и повреждениям проточной части ГТД в первую очередь необходимо отнести загрязнения, коррозионно-эрозионные повреждения, забоины и погнутости элементов конструкции проточной части двигателя, прогары.

Совокупность контрольно-измерительных и логических операций, с помощью которых оценивают ТС ВС, определяет основное содержание процесса контроля и диагностирования систем и агрегатов ВС.

Процесс контроля и диагностирования изделий АТ требует в каждом конкретном случае выбора принципа организации и режима контроля функционирования объектов эксплуатации, потому что через ненадежность самой системы контроля и использование нерациональных режимов она может быть малоэффективна.

Формирование оптимальных режимов контроля объектов эксплуатации проводится на основе анализа эффективного его применения в условиях эксплуатации. Поскольку ТС системы контроля следует считать случайно меняющимся во времени, то правила выбора и оценки режимов контроля, обеспечивающих заданную эффективность, можно сформулировать в результате решения задачи управления случайным процессом.

Широкий класс систем то описываются марковскими моделями с конечным множеством состояний. В таких моделях не трудно учесть различные предположения о надежности изделий АТ, в правилах проведения восстановительных и профилактических работ и характеристиках проявления отказов. Поскольку вмешательство в работу СТС проводится в дискретные моменты времени, в моделях можно учитывать лишь дискретное управление. Следует отметить, что если случайный процесс марковский, то принятые на основе его изучения, рекомендации по организации ТО будут зависеть от будущего состояния технической системы, а такие рекомендации не конструктивные.

Качество технологических процессов ТО изделий АТ определяется эксплуатационными характеристиками взаимодействующих элементов системы ТО, к которым относятся: виды, периодичность, объем, продолжительность работ, безотказность и ремонтопригодность объектов эксплуатации, полнота и достоверность контроля их ТС, ТО стоимость, квалификация авиационного персонала и др. определяющие систему ТО в целом.

По результатам контроля объект может быть отнесен к категории трудоспособного или нетрудоспособного (рисунок 2.6).

Таким образом, качество то изделий ад определяется эффективностью использования средств контроля и диагностирования включая полноту контроля и методическую вероятность выявления отказов, вероятность контроля и интенсивность отказов изделий, режим контроля и продолжительность его проведения.

Рисунок 2.6 - Схема учета контрольных операций по параметрам качества ТО

Анализ параметров системы ТО показывает важность учета характеристик контроля при оценке эксплуатационной надежности изделий АТ. Даже незначительная идеализация средств контроля может привести к большим погрешностям в оценке надежности. Изменяя периодичность и продолжительность то, совершенствуя организацию и технологию устранения отказов можно обеспечить разные времена пребывания изделия в возможных состояниях, следовательно, и различные значения вероятностей Р00, Р10, Р01, Р11 которые являются показателями качества системы то отдельного агрегата ВС.

Интенсивности переходов в построенной модели выражаются как через конструктивные параметры самого изделия (i), так и параметры его системы ТО (i).

В настоящее время разработано много методик оценки ТС основных узлов, конструктивных элементов ВС в целом, однако очень мало из них реализовано на практике и используется в эксплуатационных предприятиях ГА [19].

Ограниченное использование наземно-бортовых системами сбора и обработки полетной информации и информации сопроводительный процесс технической эксплуатации АТ для большинства авиакомпаний становится просто недопустимым.

Таким образом основными принципами создания современных систем диагностирования ВС и его компонентов:

- профилактичность-ориентации организации системы диагностирования не только на выявление, но и на предупреждение появления отказов при использовании ад по назначению;

- обеспечение надежности системы контроля;

- комплексность – система контроля и диагностирования должна охватывать множество элементов АТ;

- экономичность – система должна функционировать с наименьшими трудовыми и материальными затратами.

Эффективность системы контроля и диагностирования ад тогда будет определятся тем, насколько полно и последовательно осуществляются в эксплуатации указанные принципы.

Выводы по разделу 2

По результатам анализа процедур регламентации процессов технического обслуживания воздушных судов установлено, что разработка методического, организационного математического и технического обеспечения оценки ТС изделий учитывает следующее:

- особенности конструкции ВС и его компонентов;

- контролепригодность объекта (изделия) обслуживания;

- условия эксплуатации принятой системы ТО;

- статистические данные о характерных отказах и повреждениях.

Установлено, что существующая широкая гамма инструментальных методов и средств контроля ТС, используемых в настоящее время при ТО ВС имеет существенный недостаток, а именно – их применение возможно лишь с определенной периодичностью, заданной программой ТО конкретного типа ВС, что может оказаться недостаточной для предотвращения неисправностей двигателя, способных привести к тяжелым последствиям.

В итоге разработана и предложена схема этапов формирования адаптивного регламента ТО ВС и алгоритм принятия решения во время выбора видов работ по контролю состояния конструктивных элементов планера ВС.

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ И ИХ КОМПОНЕНТОВ

3.1 Общие вопросы обеспечения и поддержания летной годности воздушных судов и их компонентов

Повышение эффективности организационно-технических решений в процессе эксплуатации АТ и постоянное ее совершенствование рассматриваются как управляемая динамическая система со сложным взаимодействием организацией и предприятий, обеспечивающих качество изделий АТ на этапах проектирования, производства и эксплуатации.

На эксплуатационные предприятия ГА возлагаются сбор, учет и обработка статистических данных о выявленных в полете и на земле отказах и поврежденных изделиях АТ и на основе анализа их причин, результатов эксплуатации, оценки фактического уровня надежности АТ, а также результатов диагностирования и контроля технического состояния изделий, решение следующих основных задач:

- выбор средства и оптимизация режимов контроля и диагностирования ад с учетом конкретных условий эксплуатации;

- разработка и реализация организационно-технических мероприятий по предупреждению аварий и предпосылок к ним за отказов изделий АТ, возникших как по вине технического персонала и низкого качества ТО АТ, так и недостаточно высокого качества эксплуатационных свойств изделий;

- реализация оптимальных стратегий ТО изделий АТ;

- предъявлений требований к промышленным предприятиям к организациям об устранении конструктивно-производственных недостатков АТ;

- контроль соответствия фактического уровня надежности изделий АТ заданным требованиям (в конкретных условиях эксплуатации);

- учет, выполнение и оценка эффективности мероприятий по повышению надежности изделий АТ и др.

Следует отметить, что решение перечисленных задач должно вестись комплексно применительно ко всем свойствам надежности с учетом экономических показателей. Интересы комплексного решения проблемы обеспечения надежности АТ, охватывает этапы проектирования и эксплуатации, вызывают необходимость разработки единых методологических принципов системного анализа и управления, как целостного и самостоятельного научного направления.

На основе установления связей свойств надежности с экономическими показателями необходимо определить закономерности управления процессами формирования качества изделий АТ и его оптимальной реализации в условиях эксплуатации, что позволит конструкторам и эксплуатантам объективно оценивать экономические результаты изменения надежности изделий АТ, раскрыть организационно-технический механизм поиска новых решений.

Задачу обеспечения надежности ад нельзя понимать в том понимании, что надо обязательно повысить надежность изделий. Существуют определенные сочетания характеристик, свойств, режимов ТО и других факторов, при которых достигается заданный уровень надежности изделий АТ, при этом затраты минимальные.

В этом случае задача обеспечения требований по надежности сводится к задаче оптимального распределения средств, что резко усложняется, так как необходимо знать такую глобальную целевую функцию, которая позволила бы определить целесообразное распределение средств между возможными альтернативами повышения надежности объектов эксплуатации.

При обеспечении необходимого уровня надежности изделий АТ необходимо учитывать следующие особенности объектов эксплуатации:

- изделия АТ пригодны к ремонту, восстановлению и обслуживанию систем, рассчитанные на длительное функционирование;

- изделия АТ являются многофункциональными и многокомпонентными системами, в состав которых входят различные технические средства (механические, электромеханические, электронные и др.);

- в выполнении той или иной функции системы принимают участие несколько различных компонентов, и в то же время тот же компонент может участвовать в выполнении нескольких функций системы;

- уровень надежности изделий АТ в значительной степени определяет экономическую эффективность использования ВС и др.

Уровень надежности ад определяются следующими основными факторами:

- надежностью комплектующих элементов;

- структурной схемой функциональных систем объектов эксплуатации;

- организационными формами, режимами и параметрами технической эксплуатации АТ, в том числе режимами, параметрами и организацией ТО;

- численностью, составом и квалификацией ремонтно-эксплуатационного персонала;

- оснащенностью авиапредприятий ГА;

- рациональности распределения задач диагностирования АД между наземными и бортовыми средствами контроля, режимами диагностирования, уровнем квалификации персонала и организацией работы диагностических служб;

- условиями эксплуатации АТ и др.

Проблема оптимизации управления надежностью АТ ставится в широком смысле, при этом возможны два случая.

В первом случае оптимизируется схема и конструкция комплектующих элементов, режимы эксплуатации, система контроля, методы и режимы ТО и др., что характерно для этапа проектирования (освоение) объектов АТ.

Во втором (для серийных изделий АТ) при заданной конструктивной схеме, надежности комплектующих элементов, установленных режимов эксплуатации, что существует системе контроля необходимо оптимизировать стратегию и режимы ТО изделий АТ. При этом предусматривается определение рациональных мер по конструктивному совершенствованию изделий АТ.

Содержание оптимизации на стадии проектирования состоит в обеспечении сбалансированных характеристик и свойств изделий АТ по совокупности определяющих признаков, способствующих наиболее эффективные их реализации в условиях эксплуатации. Так, например, соответствие нормам летной годности ВС можно достичь как за счет совершенствования конструктивной схемы, повышение надежности элементов функциональных систем, так и установкой эффективных контрольно-измерительных аппаратуры, уменьшением ресурса и периодичности их ТО и пр.

Следует также отметить, что контроль и диагностирование АД позволяют реализовать на практике прогрессивные технологические процессы ТО, которые в это время сдерживаются отсутствием "машинных" методов управления производственно-технологическими процессами в эксплуатационных предприятиях ГА.

Важное значение при разработке методологии имеет учет особенностей объектов эксплуатации, состав и содержание необходимой информации, которые определяются:

- задачами системы управления;

- возможностью получения определенной информации, ее полнотой, вероятностью, однородностью и своевременностью;

- использованными моделями;

- требованиями к исходной информации, точностью решения задач;

- жизненным этапом изделия, на котором принимаются решения и др.

С позиций информационной обеспеченности рассмотренных можно выделить следующие четыре уровня:

1. Детерминированный, при котором свойства объекта эксплуатации и условия его функционирования полностью известны;

2. Стохастический, при котором известны множества объектов, условия их функционирования и априорный распределение вероятностей элементов этих множеств;

3. Вероятностно-неопределенный, при котором элементы множества известны, но неизвестны их распределения вероятностей;

4. Диффузионно-неопределенный, при котором неизвестны полностью или частично элементы множества и нет полной информации об их вероятностях.

При наличии информации третьего и четвертого уровней методы решения задач является наименее информационно обеспеченными (высокая степень неопределенности), как с точки зрения количественных характеристик надежности, так и с точки зрения возможной неопределенности структуры системы, что характерно для изделий АТ на стадиях проектирования и освоения новой техники.

В некоторой степени это характерно и для этапа эксплуатации АТ, в связи с высокой надежностью компонентов функциональных систем, проведенными доработками конструкций изделий, низкой вероятностью статистической информации: и при оперативном управлении состоянием функциональных систем при ТО.

Формальная схема функционирования сложных объектов эксплуатации указывает на необходимость декомпозиции всего комплекса факторов, влияющих на эффективность функционирования АТ, анализа условий эксплуатации и проведения ТО с целью установления возможных альтернатив решения поставленных задач.

Это определяет необходимость решения следующих задач:

- разработку методов оценки стоимостных затрат на реализацию каждой альтернативы, то есть построение стоимостных моделей процесса;

- разработку методов решения задач при условии высокой неопределенности исходной информации;

- проведение расчетов и их анализ с целью выбора оптимальной альтернативы;

- разработку (определение) условий реализации оптимальной альтернативы в эксплуатационных предприятиях ГА с учетом их особенностей;

- сбор, обработку и анализ эксплуатационной информации.

Кроме того, формирования оптимальных режимов ТО (как задача выбора оптимальной альтернативы обеспечения заданной безотказности функциональных систем АТ) требует разработки как минимум двух моделей: модели функционирования изделий (на основе которой формируется оптимальный регламент ТО) и модели процесса их восстановления (на основе которой управляют технологическими процессами ТО). Эти модели должны быть взаимосвязаны таким образом, чтобы целевая функция модели процесса восстановления была аргументом функции, описывающей процесс функционирования систем АТ.

Разнообразие видов отказов и повреждений изделий АТ не позволяет свести решение к одному универсальному методу, что вызывает необходимость применения различных моделей функционирования, а, следовательно, требуется разработка множества взаимосвязанных пар моделей.

При реализации оптимальных режимов ТО важное значение приобретают также вопросы управления производственными процессами с учетом специфики авиапредприятий, парка объектов эксплуатации, расписания и др. что в значительной степени влияет на экономические показатели.

По мере накопления статистической информации, конструктивного совершенствования изделий АТ, внедрения современных средств то следует предусмотреть корректировку объема и периодичности проведения ремонтных работ.

При принятии научно-обоснованных решений по совершенствованию и планированию эксплуатационного обслуживания изделий АТ необходимо наличие значительного объема информации как о степени деградации функциональных свойств изделий во времени и расходах, связанных с проведением ТО.

С ростом сложности АТ, повышением требований по обеспечению безопасности полетов, внедрением методов диагностирования АТ, основанных на анализе изменения контролируемых параметров, необходимостью совершенствования организации проведения регламентных работ и др., значительно вырос объем необходимой для управления процессами ТО информации, обработка и анализ которой в оперативном порядке возможен только с использованием ЭВМ.

Таким образом, задачей настоящей работы является разработка автоматизированной информационной системы управления эффективностью конструктивных разработок и оптимизации процессов технического обслуживания изделий АТ, с целью оптимизации расходов эксплуатанта.

Для совершенствования процессов проектирования и эксплуатации сложных систем АТ с восстановлением и достижением уровня надежности функциональных систем, заданных в техническом задании необходимо решение следующих задач:

1. Разработка моделей, методов, методик расчета надежности и оценки решений по повышению и оптимизации совокупности эксплуатационных свойств изделий АТ в условиях неопределенности исходной информации.

2. Разработка методологию формирования рекомендации по конструктивному совершенствованию изделий АТ и оптимизации процессов их то, как для проектируемых, так и для серийных объектов эксплуатации.

3. Разработка методы расчета технико-экономической эффективности мероприятий, направленных на обеспечение летной годности АТ.

4. Реализация методологии формирования рекомендаций по обеспечению надежности изделий АТ на этапах проектирования и эксплуатации в виде автоматизированной системы.

3.2 Формализация процесса функционирования сложных систем воздушного судна

Построение моделей сложных систем (СС) с восстановлением вызывает необходимость промежуточного этапа формализации, что рассматривает процессы из общих формально-теоретических позиций и которая фиксирует в знаковой форме все основные свойства и связи в СС.

Процесс функционирования СС можно представить через эволюцию его состояния во времени:

H  S, P,W ,V ,

где, S - вектор структурного строения системы,

P - вектор состояния элементов системы,

W - вектор состояния среды,

V - вектор управления.

Для дискретного описания процесса изменения состояния системы H(n) необходимо определить последовательность изменения этих параметров на каждом «n»+i шаге процесса.

Процесс H(n) H(n+1) изменения состояния и управления V(n) V(n+1) системы на n+1 шаге представляются рядом последовательных отображений:

P : Pn, S n,W n,V n, tn Pn  1

W : W n, Pn  1, tn W n  1

S : Pn  1, S n,W n  1,V n, tn S n  1

V : Pn  1, S n  1,W n  1,V n, tn V n  1

t : Pn  1, S n  1,W n  1,V n  1, tn tn  1

Где, P , S ,W ,V , t – операторы, реализующие изменения соответствующих векторов.

Полученная математическая схема отражает структурные и функциональные закономерности развития в СС и может быть основой ее формально-теоретического описания, предметом анализа и основой построения математических моделей.

Чтобы общая формальная схема стала инструментом исследования, необходимо синтезировать в ней механизм целенаправленной работы элементов системы. При выборе управляющих воздействий необходимо отразить все те основные свойства реальной системы управления, которые поддаются формализации.

Это функциональная структура подсистем, взаимосвязь элементов и их объективные характеристики, а также те принципы и условия, которые нужно принимать во внимание при принятии решений в реальной системе.

Одной из основных особенностей в реальной эксплуатации является наличие неполной информации, то есть принятое решение во всех звеньях управления происходит в условиях разной степени неопределенности, что существенно влияет на качество решений.

При этом наличие неопределенности определяется как отражение R реального состояния H в информационном образе системы H R : R : H H R, где H R : S R ,W R , PR . Оператор отображения E, реализует анализ и обобщение имеющейся информации и определяет гипотезу о состоянии системы:

E : H R , J H J , где J  Jiri информированность об элементах системы и их взаимосвязи – ri. Таким образом, последовательность отражений R, E :R : H  H R , E : H R , J  H J определяет на основе имеющейся информации предполагаемое состояние системы, на основе какого выбирают решения,

C : H J ,V  V , где V – координирующее, директивное управляющее воздействие (например, требования CS-25).

Выбор производится по разным вариантам декомпозиции и из всех альтернатив выбирается оптимальный вариант. Схема дает общую идею построения формальной теории синтеза управлений и позволяет строить практические методы математического моделирования CC.

Выбор критериев и ограничений соответствует выбору факторов и характеру действий, с помощью которых достигается выполнение задач.

Принципиальная зависимость управляющих воздействий от вероятности гипотез отражает важнейшее свойство системы управления – адаптацию, как средство разрешения неопределенности. Это свойство систем управления делает их гибким, чувствительным инструментом управления любой CC.

При эксплуатации ад возникают два взаимно противоположных процесса: процесс изменения ТС объектов эксплуатации, вследствие износа и физико-химических изменений структуры элементов при их функционировании и процесс восстановления ТС АТ при ТО. Таким образом, ТС изделий АТ определяется конструктивными особенностями, условиями и режимами их использования по назначению и качеству управления техническим состоянием в процессе ТО.

Выполнение ТО ВС и его компонентов включает в себя комплекс диагностических, профилактических и ремонтных воздействий на объект различного вида, объема и периодичности, что обеспечивает необходимые показатели надежности и эффективности использования АТ при соответствующих затратах на ТО.

Управление объемом, видами и периодичностью выполнения работ при условии обеспечения заданного уровня работоспособности изделий АТ с целью минимизации затрат является оптимизационным задачам. При оптимизации то необходимо исходить из конструктивных и эксплуатационных свойств изделий АТ.

Полный объем работ по ТО составляет множество Q, разбивается на ряд подмножеств Qi – виды ТО (оперативные, трудоемкие, ремонты), отличающихся множеством контролируемых параметров – Пi, характером работ ТО и периодичностью его исполнения.

Основные работы выполняются многократно и включают:

- непрерывный контроль ТС изделий в процессе по параметрам ПH;

- проведение работ по обеспечению вылета QB и контроля ТС по параметрам ПП;

- периодический контроль ТС ВС по параметрам ПР1;ПР2;...ПРi ;...ПРк и проведение профилактико-восстановительных работ после отработки изделий определенных наработок или длительности эксплуатации  pi в объеме Qpi .

Капитальный ремонт изделия ВС проводится после отработки межремонтного ресурса R или (отказов изделий) в объеме QRi.

Сложные системы АТ в процессе эксплуатации образуют численное множество состояний H  H H H ...H , где H0 -подмножество работоспособных состояний, Hq – неработоспособное состояние. Промежуточные состояния H j  j  1, q 1вызываются отказами отдельных элементов или их совокупностей, которые снижают эффективность работы системы, но не вызывают потери их работоспособности.

Полный контроль для всех состояний H составляет множество ПN  П1П2...ПN , однако осуществить глобальную проверку не всегда возможно и целесообразно, в связи с чем используют систему проверок Пi по определенным параметрам ПП ; ПВ ; ПРi 

Для осуществления управления процессом изменения свойств и характеристик объектов эксплуатации необходимо определить возможные управляющие воздействия V  V1,V2...VN – вектор управляющих воздействий и оптимизировать организацию их проведения при заданных ограничений для получения необходимых значений исходного вектора HT при минимальных эксплуатационных затратах. Следует отметить, что в известных моделях оптимизации полноты и периодичности профилактических мероприятий по управлению состоянием сложных объектов эксплуатации до сих пор не завершена разработка метода многопараметрической оптимизации. При разработке регламентов ТО АТ номенклатура мероприятий по управлению состоянием СС определяется в значительной степени экспертно и осуществляется в следующей последовательности:

1. Изучается спецификация изделия с точки зрения его ТО (назначение, условия эксплуатации, структура систем, временной режим эксплуатации, требования к изделию, его ремонтопригодность элементов, трудозатраты и др.).

2. Изделие разбивается на составные части и узлы – заменяемые или те, что ремонтируются вполне.

3. Анализируются возможные отказы и неисправности с точки зрения их предупреждений при ТО.

4. Для каждого узла (элемента системы) составляют перечень и виды работ по ТО (проверка, смазка, регулировка, замена узла и т.п.), определяют необходимые инструменты, приборы, приспособления, установки и др.

5. Выбирают расчетные схемы, точно и упрощенные расчетные формулы.

6. Составляют рабочую методику сбора данных.

7. Осуществляют сбор необходимой информации для расчета ТО по аналогах изделий.

8. Устанавливают периодичность всех работ по ТО для каждого узла (элемента) отдельно.

9. Делают группировка работ по срокам их проведения (составляют ремонтный цикл).

10. Составляют нормативы по ТО.

11. Разрабатываются инструкции по ТО изделия.

Инструкции для эксплуатации изделий АТ разрабатывают на этапе проектирования, корректируют после испытаний первых изделий и уточняют в процессе эксплуатации по мере накопления опыта эксплуатации и модернизации изделий. При разработке новых изделий оговаривают ряд требований: максимальное число точек смазки, минимальные сроки замены основных узлов, максимальная трудоемкость ТО как узлов, так и машин.

В соответствии со стандартом на эксплуатационную документацию предусмотрено отражение таких важных для грамотной эксплуатации изделий вопросам, как перечень проверок ТО изделия, методика их проведения, перечень специального оборудования (стендов, приборов, инструментов), перечень возможных неисправностей и методов их предупреждения или устранения.

Для управления технологическими процессами ТО изделий АТ необходимо указывать продолжительность выполнения той или иной операции и ее трудоемкость, что позволяет оперативно управлять численностью обслуживающего персонала с учетом всего многообразия изделий, находящихся на ТО в этот момент времени.

При решении вопросов расчета объема и периодичности ТО изделие разделяют на такие составные части, по которым можно подобрать аналоги. При этом собирают и анализируют данные по надежности и ТО узлов-аналогов. На этой стадии разработки изделий используют расчеты на ресурс, данные испытаний отдельных узлов и экспертную оценку. Экспертная оценка широко используется также при определенном объеме и периодичности ТО узлов, по которым нет аналогов.

В процессе эксплуатации опытных и серийных изделий АТ собирают информацию о фактическом объеме работ по ТО, фактических показателях надежности, характере и причинах отказов элементов и их следствий, стоимости и трудоемкости выполнения работ по ТО. На основе этих статистических данных уточняют перечень и периодичность ТО, корректируют нормативы и инструкции для эксплуатации.

С ростом сложности изделий АТ, необходимость дальнейшего совершенствования, связанного как с улучшением конструкций АТ, как и с организацией ТО, значительным объектом эксплуатационной информации и другие решения вопросов управления процессами ТО, без ЭВМ невозможно.

3.3 Методология построения моделей управления процессом обеспечения летной годности воздушного судна и оптимизации режимов его технического обслуживания

Аналитические методы решения задач оптимизации ТО сложных объектов эксплуатации в виде математических выражений, связывающих показатели надежности систем с ее параметрами, позволяют исследовать влияние на эти показатели различных факторов в общем виде. Эти модели позволяют эффективно исследовать системы относительно небольшой сложности при достаточно твердых ограничениях на типы законов распределения случайных величин, характеризующих надежностные свойства компонентов системы. При этом учитывается лишь небольшая часть факторов, влияющих на надежность изделий ад в условиях эксплуатации. Переход к аналитико-машинным методам, рассчитанным на применение ЭВМ, значительно расширяет класс решаемых задач. В работе используется для описания свойств, характеристик и особенностей изделий АТ метод «цифровой имитации».

Принципиальной ценностью данного метода является возможность исследования эффективности использования изделий АО на стадии их технического проектирования, на основе которого можно определить наиболее рациональные пути конструктивного совершенствования изделий и осуществить наиболее близкий выбор к оптимальному режиму их технического обслуживания.

Для выделения определенного конструктивного элемента системы из множества других элементов каждому элементу сообщается формальный отличительный признак-код. Код элемента может иметь вид как цифрового, так и буквенно-цифрового идентификатора.

Использование кода равносильно задаванию множества сведений о характеристиках и свойствах элементов систем, а также о номенклатуре, структурном расположении элементов, образующих сложную систему. Множество факторов записывается в совершенно определенной последовательности, создавая упорядоченную множество: Y  x1x2 xn  Использование кортежа удобно для записи информации об объекте при автоматизированном решении практических задач, потому что каждый компонент кортежа занимает в нем совершенно определенное положение, что позволяет достаточно экономно делать запись информации и ее поиск.

Принципиальной ценностью использования данного метода является то, что можно заранее исследовать факторы (проблемы) до создания изделий ад, разработать требования к конструкции и системе то более близкие к оптимальному.

Характеристики надежности изделий АТ (комплектующие элементы) являются исходными для обеспечения или оценки надежности функциональной системы ВС в целом.

Получения полных характеристик надежности элементов систем требуют большого количества информации, что не всегда возможно получить, а в большинстве случаев, встречающихся на практике, в этом нет и необходимости.

Определим минимум сведений, необходимый для проведения работ по обеспечению надежности изделий АТ, поставленных в данном исследовании.

Для формирования короткой комплексной характеристики эксплуатационных свойств изделий АТ выделим «n» признаков. Каждому признаку поставим в соответствие с «m» состояниям. Тогда комплексную характеристику эксплуатационных свойств изделия можно представить в виде: V x i1 , xi2 ,...xij ...xin . На рисунке 3.1 приведен пример кодирования свойств изделия АТ.

Рисунок 3.1 - Пример кодирования свойств объекта эксплуатации

Общее число возможных характеристик надежности изделий АТ исчисляется в том случае тысячами, каждой из которых соответствует та или иная стратегия эксплуатационных воздействий и оптимальный режим ТО.

Из условий организации то АТ и экономической реализации на практике оптимальный режим то для каждого изделия невозможен. Практически можно выделить небольшое число форм ТО и определить для каждой формы перечень изделий АТ, подлежащих ТО. При этом будут потери, которые могут быть определены степенью отклонения оптимальных режимов ТО от возможных реализаций на практике.

Если определить оптимальные «базовые» свойства и характеристики

«идеальных» изделий и соответствующие им стратегии ТО:

VБ  Б iб , Б2iб ,...Бniб , на основе сравнения и оценки степени отклонения характеристик изделий АТ от базовых векторов можно решить ряд поставленных задач.

Анализ основных принципов проектирования технических устройств и опыт их эксплуатации позволяет установить определенные логические правила конструирования изделий АТ, которые выражаются в рациональном сочетании определенных характеристик и эксплуатационных свойств изделий, позволяющих наиболее эффективно их использовать в эксплуатации.

Применение этих правил и их формализация позволит установить рациональный порядок проектирования технических устройств или проведения доработок на основе анализа достигнутых значений определяющих характеристик и определение требований к других эксплуатационных факторов данного изделия, что обеспечивает оптимальные (или близкое к оптимальному) их сочетания.

Такой подход для принятия ответственных решений позволяет сочетать оптимизацию с прогнозированием, при этом непосредственно не прогнозируются параметрами модели, а входные данные в математическую модель, служит для определения оптимального сочетания свойств объекта эксплуатации. Принимая эту гипотезу, вопрос «каковы будут параметры объекта?» заменяем вопросом «какие должны быть параметры?», что позволяет две отдельные задачи – прогнозирование и оптимизация – свести к одной общей задаче. Очевидно, что при сопряжении непосредственного прогнозирования с оптимизацией появляются возможности активно и эффективно управлять качеством изделий АТ в соответствии с принятой целевой функции вместо пассивного наблюдения за его изменением в прошлом при прогнозировании методом экстраполяции. Важно отметить, что такое сообщение открывает возможность оперативно и более разумно использовать передовой опыт. Передовой опыт отражается, главным образом, во входных данных и поэтому он рассматривается как возможный вариант и корректируется в соответствии с конкретными ограничениями и целевой функцией.

При построении стоимости моделей непосредственно прогнозируются лишь эффект и ограничение как функция базовых параметров моделей состояния изделий АТ. Необходимые затраты для достижения цели оцениваются конструктором, потому что эти затраты определяются научно-техническим уровнем разработок, состоянием производства и др. Использование базовых моделей состояния объектов эксплуатации позволяет указать:

- изменение эффектов от эксплуатации изделий при возможных изменениях параметров комплектующих элементов;

- возможную (целесообразную) область изменения каждого составного свойства объекта;

- предельные (целесообразные) значения свойств изделий;

- проверить допустимость некоторых ограничений при оптимизации и др.

В общем случае целевая функция имеет вид:

  x i1 , x i2 ,...x i , Б iб , Б iб ,...Б iб 

При изменении параметров объектов во времени: VK t   x1t  , x2 t  ,...xn t  , целевая функция также зависит от времени.

Эффект от эксплуатации изделий при возможной изменении свойства определяется выражением: Е fЕ  (xji t  Б ji t ; j  1  n

Одним из методов определения значений неизвестных показателей состоит в использовании априорных интервальных оценок этих показателей с последующим пересчетом апостериорных оценок по мере накопления информации.

Такое последовательное решение задач в зависимости от точности и вероятности доступной информации лежит в основе адаптивного процесса управления конструктивными разработками, формирования и корректировки процесса то ВС.

Критерий оптимизации «К» выбирается из условия обеспечения минимума удельных затрат, связанных с эксплуатацией изделий, или максимум эффекта на единицу затрат:

……………….

……………(3.1)

где, Е(Т) и С(Т) – соответственно суммарный эффект и затраты за время эксплуатации;

(t) – матожидание мгновенного значения эффекта от использования изделия;

k - количество видов работ по ТО;

mi – количество работ по обслуживанию i-го вида;

i – средние затраты за единицу времени при проведении i-го вида работы;

l - количество причин простоев;

nj – количество простоев о j-причине;

j – средний убыток за единицу времени простоя по j-й причине;

tj - средняя продолжительность простоя по j-й причине.

ti - средняя продолжительность проведения i-го вида работы по ТО.

Покажем, что критерий оптимизации – максимум эффекта на единицу затрат, необходимых для его достижения, является общим в отношении следующих критериев оптимизации: минимум суммарных затрат, минимум удельных затрат, связанных с эксплуатацией устройства, максимум коэффициента технического использования и максимум коэффициента готовности. Если устройство предназначено для удовлетворения фиксированных потребностей [Е(Т) = const], то из формулы (3.1) следует, что критерием оптимизации является минимум суммарных затрат, связанных с эксплуатацией устройства.

Если принять математическое ожидание мгновенного значения эффекта от эксплуатации устройства не зависящим от времени и равным единице [ (t) = 1], то критерием оптимизации в соответствии с выражением (3.1) является минимум удельных затрат, связанных с эксплуатацией устройства.

Если кроме условия (t) =1, также принять равным единице средние затраты за единицу времени при проведении i-го вида работ по обслуживанию и средний убыток за единицу времени простоя по i-й причине или убыток от невыполнения конкретной задачи (I = j = 1), то выражение (3.1) будет представлять отношение времени эксплуатации устройства к суммарному времени простоя. Таким образом, в этом случае критерием оптимизации является максимум коэффициента технического использования.

Если выполняются условия (t) =1, средние затраты за единицу времени при проведении всех неплановых видов работ по обслуживанию и средний убыток за единицу времени простоя по всех неплановых причинах равным единице, а средние затраты за единицу времени при проведении всех плановых видов работ и средний убыток за единицу времени простоя по всех плановых причинах равны нулю, то выражение (3.1) будет представлять собой отношение времени эксплуатации устройства суммарного времени вынужденного простоя. Таким образом, в этом случае критерием оптимизации является максимум коэффициента готовности.

Данные рассуждения позволяют сделать вывод, что данный критерий оптимизации включает отдельные случаи наиболее распространенных из использованных в настоящее время критериев оптимизации (коэффициент готовности, коэффициент технического использования, удельные затраты, минимум суммарных затрат).

На рисунке 3.2 приведена взаимосвязь кода изделия с критерием оптимизации.

Рисунок 3.2 - Связь кода изделия с критерием оптимизации

Разработка автоматизированной информационной системы управления на основе предложенной методологии, требует выполнения следующих основных этапов научно-исследовательской работы:

1. Обоснование номенклатуры факторов, определяющих стратегию и режим ТО изделий АТ.

2. Определение интегральных границ каждого из определяющих факторов, в зависимости от степени неопределенности их значений.

3. Разработка алгоритмов кодирования совокупности свойств изделий АТ.

4. Выбор и обоснование базовых моделей состояния объектов эксплуатации.

5. Определение главных компонентов для каждого сочетания факторов и характера их изменения.

6. Разработка методологии и алгоритма расчета выбора оптимальных режимов ТО для базовых моделей состояния изделий АТ.

7. Разработка алгоритма решений для каждой группы факторов (состояний).

8. Разработка алгоритмов и программ формирования регламентов ТО АТ.

9. Разработка алгоритмов и программ формирования рекомендаций по конструктивному совершенствованию объектов эксплуатации.

10. Обоснование объема необходимой информации для проведения корректировки регламентов ТО, разработка алгоритмов и программ ее осуществления.

Реализация этого подхода на практике позволит обеспечить целенаправленность управляющих воздействий, способствующих повышению качества ТО и эффективность использования АТ в эксплуатации, а также оптимизировать расходы эксплуатанта.

3.4 Имитационное моделирование процессов технического обслуживания воздушного судна и его компонентов

Анализ программ предоставляет возможность оценивать влияние различных составляющих процесса ТО на эффективность использования ВС с помощью такой зависимости [11]: Квых  (1  Кд ) 1  L1  L2  L3, где L1 – удельные простои в рейсе, л/часов. нал.; L2 - удельные простои при устранении отказов, л/часов. нал.; L3 - удельные простои при ТО, л/часов. нал.; Кд - простои по организационным причинам в процентах от годового фонда времени.

Характер изменения коэффициента использования для различных структур регламента даны в таблице 3.1.

Таблица 3.1-Изменение Квых через структуры регламента

Как показывает анализ структуры простоев ВС за несколько лет значения простоев по организационным причинам составляют Кд = 0,1 – 0,2. Поэтому, для оценки влияния удельных простоев в рейсе на удельные простои на ТО (Кто = L3), восстановление работоспособности (Квр = L2) в зависимости от суммарных простоев по организационным причинам проведено в диапазоне Кд = 0÷0,2. Без учета удельных простоев во время выполнения линейного ТО значение Кпр примет вид, представлен на рисунке 3.3, а характеристики приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Характеристики разнообразных вариантов регламента ТО

Для обеспечения соответствующих программ ТО необходима средняя продолжительность типового полета (таблица 3.3).

Таблица 3.3-изменение Кпр в зависимости от Квик.

1 – Ки = 0,342 (налет 3600 л. час.); 2 – Ки = 0,285 (налет 2700 л. час.); 3 – Ки = 0,228 (налет 2100 л. час.); Н – Кд =0,2; В – Кд = 0,1.

Рисунок 3.3-Диапазон изменения удельных простоев на ТО и восстановления работоспособности

(без удельных простоев на линейном ТО)

Диапазон изменения коэффициента простоя Кпр в зависимости от коэффициента использования Квик представлен на рисунке 3.4. Коэффициент простоя на ТО Кто и восстановление работоспособности Квр (таблица 3.4). Полученные диапазоны Кто и Квр (таблица 3.2) предоставляют возможность определить средневзвешенное значение Кто и Квр для различных Квик (таблица 3.5).

1 – Ки = 0,342; 2 – Ки = 0,285; 3 – Ки = 0,228

Рисунок 3.4 – Диапазон изменения коэффициентов простоя на ТО и восстановление работоспособности Квр для различных коэффициентов использования

Таблица 3.4 - Диапазон изменения коэффициента простоя Кпр для различных соотношений Кто и Квр

Таблица 3.5 - Средневзвешенное значение кто и Квр для разных Квик

К тому же, полученные данные предоставляют возможность определить длительность каждой конкретной формы ТО исходя из зависимости:

К то  nWпит

К у fk

где, n - количество объектов эксплуатации;

Ку-мощность изменения;

Wпит – удельная трудоемкость вида ТО, нормо-часов/часов. налета;

fк – характеристика структуры регламента.

Рассматривая nWпит/Ку , как постоянный коэффициент, характеризующий эксплуатационное предприятие с точки зрения пропускной способности, можно построить зависимости для определения удельных простоев на ТО для различных структур регламента. Например, при структуре регламента – ФБ, Ф1, Ф2, Ф3:

После несложных преобразований и принимая tБ = 12 часов (максимальная периодичность ФБ), получим:

Исследовав эту зависимость можно определить продолжительность простоя на каждой из форм ТО, которые предусмотрены регламентом. Добытая таким образом продолжительность i-ых видов работ в технологической зоне для различных изделий должен быть связана соотношением Т = Тij(n+m) + Тi +Тсер + TуР(ti=ti)n + Tj + Tср + TуРj(tj=tj)m, где Т – продолжительность работы при определенной периодичности; Тіј – трудоемкость вспомогательных работ; Теj – продолжительность вспомогательной работы, которая свойственна каждой из i-й или j-й работы; Тср – средняя трудоемкость выполнения i-й работы; Туi,j – трудоемкость работы по устранению отказа; Рi,j – вероятность обнаружения неисправности с помощью работы i-го или j-го вида.

Это соотношение должно удовлетворять условию Т < tфi, де i= 1,...N - количество форм ТО, которые предусмотрены регламентом; tфi – длительность выполнения формы то, который был получен на основе значений показателя Кто.

В свою очередь коэффициент простоя на ТО характеризуется выражением:

Количество соответствующих форм то для количества самолетов n и налета на среднесписочный самолет Нс определяется как:

где, ΔТБ, ΔТ1, ΔТ2, ΔТ3 - периодичность выполнения форм ТО;

n1, n2, n3, nБ - количество соответствующих форм ТО;

Нс - налет на среднесписочный самолет.

Продолжительность простоя по форме ТО зависит от:

- удельного нормативного простоя (удельной трудоемкости ТО), Wпит, нормо-часов./часов нал;

- мощности смены (бригады) ТО, Мсм, нормо-час.;

- удельных календарных простоев за смену на ТО, нормо-часов./ час.,

Таким образом, полученное выражение дает возможности установить зависимость между удельными простоями на ТО, количеству объектов эксплуатации при заданной удельной трудоемкости регламента ТО Wпит и удельными простоями за смену на ТО Купр (или же изменения мощности как функции от количества исполнителей) и структурой регламента – показатель КБ.

Зависимость между количеством исполнителей, мощностью смены и удельными простоями за смену предоставлена в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Соотношение между количеством исполнителей в изменении и удельными простоями за смену

КБ = 2; Т2/Т1 = 3; Т3/Т2 = 2; ТБ = 150

Рисунок 3.5 – Зависимость коэффициента простоя Кто от количества технического персонала, удельной нагруженности (Wпит) и парка ПС (NПС) для РО с ФБ, Ф1, Ф2.

Размер удельного нормативного простоя на ТО (трудоемкость ТО) может быть определено из отношения Wпит = Wн/ H, где Н – налет часов; Wн – трудоемкость трудозатраты на ТО для обеспечения Н налета часов, нормо - часов. Как показывает анализ процесса ТО Wпит для различных типов ВС изменяется в диапазоне Wпит = 1 – 3. Задаваясь удельной трудоемкости ТО, структурой регламента, количеством объекту и мощностью изменения ТО, были получены зависимости КТО = f (n, ТБ, n) (см. рисунок 3.5).

3.5 Предложения по совершенствованию технологии управления процессом проектирования и оптимизации режимов технического обслуживания

Перспективы развития ГА тесно связаны с надежностью функциональных систем ПС и внедрением в эксплуатацию прогрессивных методов их ТО.

Принципиальной особенностью прогрессивных методов то и эффективности их применения является существенная зависимость от эксплуатационных свойств изделий АТ, включающих безотказность, контролепригодность, эксплуатационную технологичность, долговечность и прочее.

Обеспечение летной годности ВС и формирование надежности изделий АТ является сложным процессом, зависящим от технических и организационных факторов, охватывающих этапы проектирования, производства и эксплуатации. Для обеспечения высокой надежности изделий АТ необходимо управлять процессом ее формирования, влияя на его отдельные этапы и контролируя эффективность управляющих воздействий.

Важное значение приобретают вопросы разработки методов объективной оценки решений и создания экономического механизма управления надежностным проектированием и состоянием ад в эксплуатации что обеспечивает оптимальную надежность и высокую эффективность использования объектов эксплуатации. Отсутствуют в это время методы оценки сбалансированности эксплуатационных свойств изделий АТ, способствующие реализовать на практике оптимальные стратегии и режимы ТО. Решение данных задач на основе использования «машинных» методов и нового методологического подхода и предполагается созданием автоматизированной системы.

Целью создания автоматизированной системы является управление эффективность конструктивных разработок и оптимизации процессов то изделий АТ, на основе разработки экономически обоснованных целенаправленных рекомендаций с усовершенствованием изделий АТ, обеспечивающих внедрение оптимальных стратегий и режимов ТО. Основные задачи, которые предполагается решать на основе автоматизированной системы:

1. Обоснование номенклатуры факторов, определяющих стратегию и режим ТО изделий АТ.

2. Определение интервальных границ каждого из определяющих факторов, в зависимости от степени неопределенности их значений.

3. Разработка алгоритма кодирования совокупности свойств изделий АТ.

4. Выбор и обоснование базовых моделей состояния объектов эксплуатации.

5. Определение главных компонентов для каждого сочетания факторов и характера их изменения.

6. Разработка методики и алгоритма расчета выбора оптимальных режимов ТО для базовых моделей состояния изделий АТ.

7. Разработка алгоритма решений для каждой группы факторов (состояний).

8. Разработка алгоритмов и программ формирования регламентов ТО АТ.

9. Разработка алгоритмов и программ формирования рекомендаций по конструктивному совершенствованию объектов эксплуатации.

10. Обоснование объема необходимой информации для проведения корректировки регламентов ТО, разработка алгоритмов и программ ее осуществления

На этапе проектирования:

1. Теоретически обосновать возможности выполнения требований по надежности ее учетом экономических показателей, заданных в техническом задании на разработку функциональной системы.

2. Определить варианта схемно-конструктивного построения сложных систем с заданными характеристиками комплектующих элементов на основе технико-экономического расчета.

3. Оценить сбалансированность конструктивных решений по каждому изделии АТ с учетом совокупности эксплуатационных факторов.

4. Ранжировать мероприятия по повышению надежности функциональной системы.

5. Определить конструктивные мероприятия, обеспечивающие экономичность технической эксплуатации изделий АТ.

6. Осуществить выбор оптимальной системы контроля и диагностирования изделий АТ.

7. Априорно оценить эффективность доработок на основе возможности ее реализации в эксплуатации (без учета сокращения числа замен изделий и стоимости запасных частей).

На этапе эксплуатации:

1. Осуществить выбор оптимальных стратегий и режимов ТО изделий АТ.

2. Формировать регламенты ТО ВС.

3. Разрабатывать рекомендации по обеспечении эксплуатационных свойств объектов эксплуатации.

4. проводить корректировку режимов ТО при доработках.

5. Осуществить внедрение новых методов ТО АТ.

6. Управлять технологическими процессами ТО.

7. Автоматизировать учет и ведение эксплуатационной документации.

8. Учитывать региональные особенности эксплуатации АТ.

Структурная схема функционирования автоматизированной системы представлена на рисунке 3.6 и должна состоять из следующих блоков (рисунок 3.7):

1. Блок получения входящей информации.

2. Блок складывания модели изделия.

3. Блок составления целевых функций.

4. Блок вычислительных процедур.

5. Блок оценки модели оптимизации.

6. Блок принятия решений в соответствии с целевыми задачами.

Основными источниками экономической эффективности полученных в результате создания и использования автоматизированной системы, являются:

- сокращение времени проектирования объектов эксплуатации и разработки эксплуатационной документации;

- сокращение простоев ВС на то за счет оптимизации объемов и режимов то, повышения качества изделий АТ, совершенствования организации ТО;

- совершенствование технологических процессов ТО объектов эксплуатации;

- использование оптимальных стратегий ТО;

- снижение затрат на разработку новых изделий и проведение доработок серийных изделий АТ;

- оптимизация объема и режима контроля и диагностирования объектов эксплуатации;

- внедрение прогрессивных то АТ и др.

Реализация автоматизированной системы позволит обеспечить целенаправленность управляющих воздействий, способствующих повышению эффективности конструктивных разработок и эксплуатации АТ.

Рисунок 3.6 - Структурная модель управления техническим состоянием АТ

Рисунок 3.7 - Блок-схема автоматизированной системы

Выводы по разделу 3

При выполнении данного раздела дипломной работы выполнено следующее:

- определены и предложены особенности объектов эксплуатации, которые необходимо учитывать при обеспечении необходимого уровня надежности изделий АТ;

- разработана и предложена методология построения моделей управления процессом обеспечения летной годности воздушного судна и оптимизации режимов его технического обслуживания.

В результате разработки методических основ автоматизированной системы управления процессом проектирования и оптимизации режимов технического обслуживания сформулированы основная цель создания автоматизированной системы, которая заключается в управлении эффективностью конструктивных разработок и оптимизации процессов ТО изделий АТ, на основе разработки экономически обоснованных целенаправленных рекомендаций по усовершенствованием изделий АТ, обеспечивающих внедрение оптимальных стратегий и режимов ТО, также определены основные задачи, которые предполагается решать на основе автоматизированной системы.

В итоге, разработана структурная модель управления техническим состоянием ВС и блок схема автоматизированной системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема разработки новых моделей и методов расчета и управления надежностью АТ возникла на основе потребностей теории и практики проектирования и обеспечения надежности в эксплуатации, при наличии реально существующего противоречия между усложнением авиационных конструкций и требованиями обеспечения высокой безотказности при снижении стоимости, трудоемкости, повышении эффективности использования, сроков проектирования и прочее. От решения этого противоречия зависит состояние, развитие и совершенствование процессов проектирования и эксплуатации современных и перспективных ВС.

В работе показано, что при формировании содержания и объемов ТО современного ВС должны учитываться те новые принципы конструирования авиационной техники, которые успешно реализуются в последние годы с целью повышения безопасности и регулярности полетов, снижение затрат на ТО.

К таким принципам можно отнести:

- обеспечение безопасной повреждаемости конструкций, обеспечение высоких значений показателей долговечности и живучести;

- применение бортовых автоматизированных систем диагностирования функциональных систем;

- обеспечение высокой степени резервирования изделий и функциональных систем и необходимого уровня эксплуатационной технологичности и контролепригодности создаваемых конструкций.

Установлено, что выполнение широкого круга работ по обеспечению и поддержанию летной годности на разных этапах жизненного цикла ВС требует создания единой системы программного управления процессами обеспечения и поддержания летной годности, которая учитывала бы международный опыт и сохраняла преемственность отечественной практики производства и технического обслуживания гражданской авиационной техники.

Предложен новый подход к разработке методологии обеспечения процессов технического обслуживания в системе поддержания летной годности воздушных судов и формированию программ их технического обслуживания.

Для принятия ответственных решений предложено совместить оптимизацию с прогнозированием, при этом непосредственно не прогнозируются параметрами модели, а входные данные в математическую модель, служит для определения оптимального сочетания свойств объекта эксплуатации.

Принимая эту гипотезу, вопрос «каковы будут параметры объекта?» заменяем вопросом «какие должны быть параметры?", что позволяет две отдельные задачи, прогнозирование и оптимизация – свести к одной общей задаче.

Для разработки автоматизированной информационной системы управления на основе предложенной методологии, в работе предложены основные этапы работы, даны основные источники получения экономической эффективности и оптимизации расходов эксплуатантов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Конвенция о международной гражданской авиации, Doc.7300/9, 2018 г. – 51 с.

2. Международные стандарты и рекомендуемая практика: Руководство по управлению безопасностью полетов. Doc. 9859 AN/474. 2019 г. – 318 с.

3. Международные стандарты и рекомендуемая практика: Руководство по летной годности. Doc. 9760 AN/967. 2018 г. – 420 с.

4. Международные стандарты и рекомендуемая практика: Руководство по разработке государственных планов действий по сокращению выбросов CO2. Doc. 9988. 2017 г. – 356с.

5. Приложение 8 к Конвенции о международной гражданской авиации. Международные стандарты и рекомендуемая практика: Летная годность воздушных судов. 2017 г. – 232 с.

6. Приложение 19 к Конвенции о международной гражданской авиации. Международные стандарты и рекомендуемая практика: Система управления безопасностью полетов. 2018 г. – 44 с.

7. Большедворский Г.А. Методологические аспекты поддержания летной годности воздушных судов / Г.А. Большедворский, Х.Г Дадобаев // Научный Вестник МГТУ ГА. 2019. – № 197. – С. 31-35.

8. Емелин Н.М. Марковские модели ТО сложных систем / Надежность и контроль качества. 2018 –с. 21-24.

9. Емелин Н.М. Определение периодичности диагностирования сложных систем при их техническом обслуживании по фактическому техническому состоянию // Надежность и контроль качества. 2019. – №8. – С.57-60.

10. Ицкович А.А., Чинючин Ю.М., Смирнов Н.Н., Файнбург И.А. Оценка эффективности программ поддержания летной годности воздушных судов в центрах технического обслуживания и ремонта авиационной техники / Научный Вестник МГТУ ГА. 2019, № 197. – С. 5-10.

11. Караульщиков В.П., Шишок Н.А. Основные методологические концепции эксплуатационного обеспечения сложных систем. – М.: Изд-во, Знание, 2019. 92 с.

12. Карлов А.М. Ходовский В.А. Надежность функционирования радиоэлектронных средств с учетом воздействия помех / Вопросы совершенствования методов ТЭ РЭО: РКИИГА, 2017. – 167 с.

13. Мельников Б.Н., Большунов Ю.А. Актуальные направления исследований в области повышения топливной эффективности парка эксплуатируемых самолетов и снижения выбросов парниковых газов в гражданской авиации с учетом требований Киотского протокола // Научный вестник МГТУ ГА. Серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов. – № 135. – 2018. – с. 104-112.

14. Методика оперативного управления эффективного процесса технической эксплуатации самолетов в эксплуатационном авиапредприятии/ Н.Н. Смирнов, Е.Д. Герасимова. – М.: МГА, 2018. – 32с.

15. Новожилов Г.В. Безопасность полета самолета. Концепция и технология / Г. В. Новожилов, М. С. Неймарк, Л. Г. Цесарский. — М.: Авиастроение, 2019. — 144 c.

16. Писаренко В.Н. Техническое обслуживание воздушных судов как система поддержания летной годности гражданской авиационной техники: Монография. Самара, Издательство СамНЦ РАН, 2019. – 170с.

17. Половко А.М. Надежность развивающихся систем/Надежность и Эксплуатация сложных систем / сб. науч. трудов.: ПИАП, 2018. – с. 3-11.

18. Поуров С.В. Матемаическое описание стационарного функционирования и оценка показателей надежности технических устройств с произвольными законами распределения / Надежность и Эксплуатация сложных систем: сб. науч. трудов: ПИАП, 1985 – с. 18-27.

19. Полухин А.В. Рекев В.А. Об исследовании качества функционирования сложных технических систем. /Комплексы управления воздушным движением и самолетовождения: сб. науч. трудов. – К.: КИИГА, 2018. – С. 58.

20. Смирнов Н.Н. Научные основы построения системы технического обслуживания и ремонта самолетов гражданской авиации: Учебное пособие. – М.: МГТУ ГА, 2019. – 108 с

21. Чекрыжев Н.В. К оценке эффективности процесса технического обслуживания бортовых систем воздушных судов / Н.В. Чекрыжев, А.Н. Коптев // Научный Вестник МГТУ ГА. 2018. – № 219. – С. 57-67.

22. Энциклопедия безопасности авиации / Н.С. Кулик, В.П. Харченко, М.Г. Луцкий, А.Г. Кучер и др.; под ред. Н.С. Кулика. – К.: Техника, – 2018. – 1000 с.

23. Dmitriev S., Burlakov V., Popov O., Popov D. Technological processes and quality control in aircraft engine maintenance // Aviation, Volume 19, Issue 3, 2020. – p. 133-137.

24.Vermeulen H.C. Current and future use of an AIDS integrated engine monitoring system. – SAE paper, №801219, 2019. – 16 pp.

25. Wygle B.S. Commercial considerations versus safety // Tech. Air-1987, 5. pр. 1-7.

26. Traffic Analysis fοr Aircraft [Электронный ресурс]: — Электрон. дан. — Aircraft Systems nc, 2019. — Режим доступа:. http://www.espotec.ru/art_info.htm.

27. Ensuring the airworthiness of airline aircraft [Электронный ресурс]: — Электрон. дан. — Airworthiness of airline, 2018. — Режим доступа: http://jrnl.nau.edu.ua/index.php/SBT/article/view/5100/5380.

.