Text
Н.Н.СМИРНОВ ОБСЛУЖИВАНИЕ АЛ ИЦКОВИЧ || РЕМОНТ
АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ 1Ю00СТОЯНИЮ
ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ ПО СОСТОЯНИЮ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
МОСКВА"ТРАНСПОРТ"1987
УДК 629 7.658.58.004(022)
Смирнев Н. Н., Ицкович А. А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. — 2-е изд., псрераб. и доп — М • Транспорт, 1987. — 272 с.
Изложены методологические основы современной теории технической эксплуатации самолетов и разработки стратегий обслуживания и ремонта авиационной техники Рассмотрены вопросы формирования эффективных программ и режимов технического обслуживания и ремонта, а также информационного обеспечения, организации и управления, при применении стратегий обслуживания и ремонта самолетов по состоя-
2-е изд. дополнено новыми материалами, отражающими отечественный и зарубежный опыт работы в этой области. 1-е изд вышло в 1980 г
Для инженерно-технических работников эксплуатационных предприятий, заводов научно-исследовательских организаций гражданской авиации
Ил 69, табл 61, библпогр 62 иазв.
Рецензент д-р техн, наук А. В Майоров Заведующий редакцией В. С. Захаров Редактор 3. М. Федорова
Производственное издание
НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ СМИРНОВ АЛЕКСАНДР АБРАМОВИЧ ИЦКОВИЧ
ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ по состоянию
Переплет художника Г. П. Казакпвцева
Технический редактор Л. Г. Дягилева Корректор-вычитчнн С. М Лобова Корректор Л. А. Шарапова
ИБ № 3513
Сдача в набор 5J1K 86
Подчксаао в печать 11.02.87 T-0U374.
Формат бОХЭРЛе- Бум. офсетная № 1. Гарнитура литературная Офсетная печать Усл. псч. л. 17.0 Уел кр -отт 17.0 Уч -изд. л. 20,5. Тираж 58011 экз Заказ 1975 Цена I р. 40 к. Изд № 1-3 -1/17 № 3668.
Ордена «Знак Почета издательство «ТРАНСПОРТ».
103064. Москва. Басманный туп., 6а
129041. Москва. Б. Переяславская ул., 46
3606030000-122
С 049 (01)-87 924,7
© Издательство «Транспорт», 1980
© Издательство «Транспорт», 1987. с изменениями
ВВЕДЕНИЕ
Авиационных специалистов разных стран мира уже в течение многих лет беспокоит проблема поиска и внедрения более эффективных программ технического обслуживания и ремонта авиационной техники. В последние годы актуальность этой проблемы возросла. Вызвано это тем, что по мере усложнения конструкций анианнонной техники, повышения требований к безопасности и регулярности полетов заметно увеличиваются стоимость изготовления самолетов, двигателей, оборудования, а также затраты на их техническое обслуживание и ремонт.
Анализ показывает, что в современных условиях становится все труднее поддерживать себестоимость перевозок в заданных пределах Одно из направлений работы — непрерывное совершенствование программ технического обслуживания н ремонта самолетов и двигателей. Этому во многом способствуют новые принципы конструирования авиационной техники повышенная живучесть функциональных систем, безопасная повреждаемость элементов планера, встроенные и бортоиые автоматизированные системы контроля их технического состояния в полете и др.
Совершенство той или иной программы определяется степенью взаимодействия между объективно существующим процессом изменения технического состояния объекта и процессом его техвической эксплуатации, предназначенным для поддержания летной годности и работоспособности самолета. Программа обслуживания и ремонта, основанная на выполнении заданных объемов восстановительных работ через заранее запланированные интервалы времени или наработки независимо от фактического состояния систем и изделий, обеспечивает слабое взаимодействие между указанными процессами для поддержания требуемого уровня надежности объектов и эффективности их использования.
Установлено, что более тесную связь между этими процессами обеспечивают программы, основанные на стратегиях обслуживания и ремонта по состоянию |4. 15, 26, 29. 38]. В данном случае состояния процесса технической эксплуатации, объем н содержание восстановительных работ назначаются в соответствии с фактическим техническим состоянием объектов.
Большое разнообразие возможных стратегий обслуживания и ремонта по состоянию условно можно объединить в две основные группы с контролем уровня надежности и контролем параметров объектов эксплуатации. В первом случае обслуживание сводится к управлению уровнем надежности определенной совокупности однотипных наделяй, а во втором — к управлению техническим состоянием каждого конкретного изделия.
Техническое обслуживание с контролем уровня надежности заключается в оперативном сборе, обработке и анализе данных о надежности и эффективности эксплуатация совокупности однотипных изделий и принятии решений о необходимых объемах профилактических работ для всей совокуаности изделий или для определенной их группы. Замена же каждого из изделий этой совокупности производится, как правило, после его отказа, являющегося безопасным для функциональной системы.
В спою очередь, обслуживание и ремонт с контролем: параметров предусматривают непрерыовый иян периодический контроль и измерение параметров, определяющих техническое состояние функциональных систем и изделий. Решение о
3
замене или восстановлении работоспособности изделий здесь принимается тогда, когда значения контролируемых параметров достигают предотказового уровня.
Применение программ обслуживания и ремонта по состоянию основано на обеспечении высокого уровня надежности и эксплуатационной технологичности авиационных конструкций, глубоком знании характеристик надежности функциональных систем и их изделий в процессе эксплуатации, четкой организации информационного обеспечения, широком использовании бортовых и наземных средств и методов контроля технического состояния. Кроме того, необходима существенная перестройка технологии и организации работы эксплуатационных и ремонтных предприятий, вызванная в первую очередь необходимостью создания на них крупных служб технического диагностирования и информационного обеспечения, оснащенных современным оборудованием
С внедрением программ обслуживания и ремонта по состоянию появляются необходимая база и реальная возможность осуществления безресурсной эксплуа тации (использования) большинства изделий авиационной техники или, как ее называют многие специалисты, «эксплуатации по состоянию». Термины «эксплуатация по состоянию» и «техническое обслуживание и ремонт по состоянию» не тождественны; каждый из них имеет свое содержание, характеризуемое ковкрст-ными целями и задачами. В первом случае речь идет по существу о задичах использования исправных и работоспособных изделий и функциональных систем, во втором — о задачах подготовки к использованию и обеспечения работоспособности этих изделий и систем.
По проблеме обслуживания и ремонта по состоянию за последние годы опубликовано большое число работ теоретического и прналадного характера как в нашей стране, так и за рубежом. Их анализ показал, что для рассматриваемого периода времени характерным для всех стран является двльнейшве развитие теории и практики технической эксплуатации авиационной техники. За это время проведен ряд важных конференций и симпозиумов, способствующих успешному решению рассматриваемой проблемы. Вместе с тем имеется определенная группа вопросов, по которым нет еще единства азглядов специалистов и достаточного числа публикаций, что послужило главной причиной подготовки и написания на стоящей книги.
Излагаемый в книге материал является результатом многолетних исследований и опыта разработки и внедрения в гражданской авиации программ обслуживания и ремонта по состоянию объектов авиационной техники.
Глава 1
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ САМОЛЕТОВ
1.1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЕ эксплуатации
Гражданскую авиацию как отрасль народного хозяйства, предназначенную для осуществления воздушных перевозок и другой летной работы, можно представить в виде авиационной транспортной системы. Минимальной организационной структурной единицей гражданской авиации, сохраняющей все основные свойства и функции отрасли в целом, является эксплуатационное авиапредприятие, рассматриваемое во взаимодействии с авиаремонтным заводом.
Авиационная транспортная система представляет собой совокупность совместно действующих летательных аппаратов (ЛА), комплекса наземных средств по подготовке и обеспечению полетов, личного состава, занятого эксплуатацией и ремонтом летательных аппаратов и наземных средств, и системы управления процессом эксплуатации. Она обладает всеми особенностями, присущими сложным техническим системам, а именно: наличием единой цели, управляемостью системы, взаимосвязью Элементов, иерархической структурой. Авиационная транспортная система должна удовлетворять требованиям, которые направлены на выполнение в полном объеме задач, возлагаемых на рассматриваемую систему. К этим требованиям относятся обеспечение полной безопасности, высокой регулярности полетов и экономической эффективности эксплуатации ЛА.
Совокупность свойств авиационной транспортной системы, определяющих ее пригодность удовлетворять потребности народного хозяйства в воздушных перевозках и обеспечивать выполнение перечисленных выше требований, характеризует качество системы. Оно, в- свою очередь, определяется совокупностью и сложной взаимосвязью качества ЛА, наземных средств и личного состава, занятого их эксплуатацией.
Авиационную транспортную систему можно разделить на ряд функциональных самостоятельных систем (рис. 1.1): летной эксплуатации, технической эксплуатации; управления воздушным движением; коммерческой эксплуатации; аэродромной эксплуатации. Каждой из них соответствует свой процесс функционирования: авиационной транспортной системе— эксплуатации, системе летной эксплуатации — использования fllj-j), системе технической эксплуатации — технической эксплуатации (ПТЭ). системе коммерческой’ эксплуатации — коммерческой эксплуатации (ПКЭ), системе управления воздушным движением — управления воздушным движением (ПУВД), системе аэродромной эксплуатации — аэродромной эксплуатации (ПАЭ). Взаи-
5
Авиационная тринсп}тнпя система |
Летная эксплуатация Ш» Управление воздушным Вромнов экеллуа-тация
Рис. 1.1. Укрупненная структура авиационной транспортной системы
Рис. 1.2. Схема процесса эксплуатации ЛА:
6(0 — процесс эксплуатации (ПЭ); D(l) — процесс технической эксплуатации (ПТЭ): 6,-0, >1 — состояния использования
нс. и;.ле чению (полет) и готовности к нс-
состояппя коммерчсскпП эксплуатации, аэродромной эксплуатации и управления воздушным движением; ПТЭ — процесс технической эксплуатации, ПИ — процесс использования по назначению ПКЭ—процесс коммерческой эксплуатации, ПУВД — процесс управления воздушным дзнжсии см: ПАЗ — процесс аэродромной экевлу-
Системп технической зкешн/ояоцри |
Летно-техничеснт\ |Техническое оВслу-] эксплуатация | I | миВаниг и ремонт |
Щ,, I
Объекты нога обслуживания и ре-монта СседстВа кого eS-соужиВа-нив и ремонта Ш1 Прс-ером-ио технического оЪсгужи-Вания и ремонта
Рис. 1.3. Структура системы технической эксплуатации
6
мосвязь этих процессов определяется общей целые и наличием одного объекта эксплуатации — ЛА, который в каждой из названных функциональных систем представляется определенной совокупностью своих свойств (рис. 1.2).
Особое место в авиационной транспортной системе занимает система технической эксплуатации. Она представляет собой совокупность объектов технической эксплуатации, летного и инженерно-технического состава, системы управления процессом технической эксплуатации, взаимодействующих с целью поддержания и восстановления исправности или работоспособности и обеспечения летной годности самолетов. Система технической эксплуатации включает системы летно-технической эксплуатации и технического обслуживания и ремонта (рис. 1.3).
Качество системы технической эксплуатации проявляется при ее функционировании, т. е. непосредственно в процессе технической эксплуатации ЛА. Данный процесс удобно представить как последовательную во времени смену различных состояний эксплуатации в соответствии с принятой стратегией. К состояниям технической эксплуатации ЛА могут быть отнесены: использование по назначению (полет); различные виды и формы технического обслуживания и ремонта; диагностирование; транспортирование; хранение и ожидание по ступления в каждое из выделенных состояний эксплуатации.
Структура и характер процесса технической эксплуатации определяются принятой стратегией технической эксплуатации, которая в общем виде представляет собой совокупность принципов и правил, обеспечивающих заданное управле-
ние процессом технической эксплуатации путем поддержания наивыгоднейших режимов работы авиационной техники и назначения работ по обслуживанию и ремонту в соответствии с фактическим техническим состоянием ЛА. Наиболее общая характеристика процесса технической эксплуатации — эффективность. При этом под эффективностью процесса технической эксплуатации ЛА понимается его результативность по обеспечению требуемого уровня безопасности и регулярности полетов, эффективности использования и экономичности технического обслуживания и ремонта ЛА. Рассмотрение гражданской авиации как авиационной транспортной системы позволяет установить ее иерархическую структуру, выявить совокупность процессов, отражающих функционирование ее подсистем и подготовить необходимые условия для формализации процесса технической эксплуатации ЛА.
1.2. СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
Важная составная часть системы технической эксплуатации авиационной техники — система технического обслуживания и ремонта. Она представляет собой совокупность взаимодействующих объектов и средств технического обслуживания и ремонта, инженерно-технического состава и соответствующей программы (см. рис. 1.3).
Целью системы технического обслуживания и ремонта в соответствии с ГОСТ 28.001—83 является управление техническим состоянием изделий в течение их срока службы или ресурса до списания, позволяющее обеспечить: заданный уровень готовности изделий к использованию по назначению и их работоспособность в процессе эксплуатации, минимальные затраты времени, труда и средств на выполнение технического обслуживания и ремонта изделий.
К числу основных задач системы относятся: установление требований к программе технического обслуживания и ремонта конкретных видов техники, включающих выполнение обслуживания и ремонта изделий с заданным качеством при минимальных затратах времени, труда и средств; подготовка и реализация технологических процессов обслуживания и ремонта изделий с заданным качеством; обеспечение условий для выполнения технического обслуживания и ремонта, в том числе создание и оснащение подразделений необходимыми средствами, подготовка необходимого числа трудовых ресурсов; оптимизация размещения производственных баз и материальных ресурсов.
Эффективность системы технического обслуживания и ремонта определяется степенью ее приспособленности к выполнению функций по управлению надежностью и техническим состоянием ЛА в процессе технической эксплуатации. В приведенном определении системы технического обслуживания и ремонта содержатся понятия объект и программа. Объектом технического обслуживания (ремонта) Является изделие авиационной техники, обладающее потребностью-в определенных операциях технического обслуживания (ремонта)
и приспособленностью к выполнению этих операций (ГОСТ 24212—80). Используемые при этом средства технического обслуживания и ремонта включают комплекс наземных сооружений, средств технологического оснащения и технического диагностирования, необходимых для поддержания исправности или работоспособности объектов технического обслуживания и ремонта.
В приведенном определении в качестве одного из основных элементов включена программа технического обслуживания и ремонта, что является принципиально новым моментом 129, 381 Под программой технического обслуживания и ремонта понимается документ, содержащий совокупность основных принципов и принятых решений по применению наиболее эффективных методов н режимов технического обслуживания и ремонта, реализованных в конструкции объектов при их проектцоовании,. илготовпнв^я }> эхеллуэтаинонно-техна^отчесхоя документации с учетом заданных требований и условий эксплуатации. Данный документ должен отражать принятую для того или иного объекта эксплуатации стратегию (концепцию) технического обслуживания и ремонта, без которого система будет являться в лучшем случае механическим соединением объектов, средств, персонала, не объединенных общей идеологией тю достижению поставленной цели.
1.3. ИЗМЕНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА ПРИ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
В процессе эксплуатации JJA, их узлы и агрегаты подвергаются постоянному воздействию ряда факторов, по-разному влияющих на их техническое состояние.
Факторы, влияющие на изменение технического состояния, можно разделить на конструктивно-производственные, определяющие начальное качество объектов, и Эксплуатационные, отражающие изменение технического состояния в процессе эксплуатации.
К первой группе факторов относятся: выбор схемных и конструктивных решений, элементов и материалов; технология изготовления деталей н узлов, сборки и испытания объектов; качество производства; характеристики текущего и выходного контроля. Во вторую группу входят эксплуатационные факторы, которые могут быть субъективными и объективными.
Субъективные факторы связаны с воздействием обслуживающего персонала и могут способствовать как повышению, так и снижению надежности. Они связаны с выбором правильных режимов эксплуатации объектов, их технического обслуживания и ремонта, квалификацией обслуживающего персонала и качеством его работы.
Объективные факторы отражают: условия работы объектов, включаю-щяе зхачоння к яеряо&ччн&еп повторения эксплуатационных нагрузок. (статистических и динамических), испытываемых агрегатами и узлами в процессе нормальной эксплуатации; температурные режимы; физико-химические свойства рабочих жидкостей; воздействие окружающей среды (температура, влажность, давление). Характеристики эксплуатационных факторов изменяются в широких пределах, и их 8
воздействие на техническое состояние авиатехники носит случайный характер. Влияние эксплуатационных факторов на техническое состояние объектов проявляется в виде отклонений от номинала их параметров вследствие износа, старения деталей и разрегулировки агрегатов.
Изменение параметров и характеристик элементов во времени является следствием происходящих в них физико-химических процессов. Процесс возникновения отказа представляет собой, как правило, некоторый временной процесс, внутренний механизм и скорость которого определяются структурой и свойствами материала, напряжениями, вызванными нагрузкой, температурой и другими факторами. Физико-химические процессы, приводящие к отказам элементов и систем, очень сложны, и их природа до сих пор изучена недостаточно. Как правило, число параметров, которые необходимо учитывать при построении ма тематических модем# износа и старения, очень велико. Поэтому в тео рни надежности используются вероятностные показатели: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, гамма-процентный ресурс и др. Эти показатели можно представить в виде сложной функции случайных переменных: начальных значений характеристик и параметров элементов: скорости изменения параметров, критических (предельных) значений этих характеристик и параметров; нагрузок, воздействий окружающей среды; режимов работы и времени.
Многообразие и стохастический характер воздействия эксплуатационных факторов на объекты авиационной техники приводят к тому, что при одной и той же наработке или продолжительности эксплуатации объекты имеют различное фактическое техническое состояние. В связи с этим наработка или календарный срок службы не характеризуют однозначно техническое состояние объекта в процессе эксплуатации.
Из теории надежности известно, что неисправное состояние характеризуется несоответствием любого параметра (признака) требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Неработоспособное состояние означает несоответствие требованиям, установленным нормативно-технической документацией только тех параметров объекта, которые характеризуют способность выполнять заданные функции. Поэтому множество состояний объекта X разбивается на два подмножества двумя различными способами: Хи (объект исправен) и 5„м (объект неисправен); Хр (объект работоспособен) и Х1|р (объект неработоспособен).
Между этими подмножествами существуют следующие соотношения:
С Sp, -SHp G 5ИИ, ни •/
т. е. Хм и Хпр входят составной частью в Хр и Хнр соответственно.
Подмножества Хр и Хш, пересекаются, т. е. имеют общую часть SpfyS^ a Sp и s„p, Su и SK„ соответственно ортогональны.
Часто появление неисправностей предшествует появлению отказа, который возникает вследствие их накопления. Тогда может оказаться удобным выполнять разбиение множества состояний X на три непересе-кающнхся подмножества Хи (объект исправен), Хвир (объект неисправен, но работоспособен) и Хир (объект неработоспособен).
9
Рис. 1.4. Характеристика долговечности объекта для случайного процесса т)(0 изменении параметра
Изменением технического состояния объекта называется объективный процесс, который образуется под воздействием широкого спектра эксплуатационных факторов и представляет собой последовательную во времени смену исправных, неисправных, но работоспособных и неработоспособных состояний.
Для множества однотипных объектов реализации t) (/) изменения параметра т] во времени обра-
зуют случайную функцию tj «)
Отказ объекта происходит в момент Т пересечения реализацией процесса t} (/) предельного уровня п)**. Тогда вероятность отказа Q (/) за время t будет равна вероятности того, что ц (Т)-> ц**:
а вероятность безотказной работы за время
р (/)-/>
Для плотности распределения времени безотказной работы / (t), допустимой вероятности отказа Qp ресурс до ремонта Тр определяется из выражения (рис. 1.4):
W(0dl.
Тогда средняя наработка М до замены объекта после отработки ресурса с учетом замены отказавших объектов
/И= f P(t) dt.
При замене после отказа всех объектов средняя наработка (средний ресурс)
Tcp=f Р(ОЛ-
о
Следовательно, абсолютная величина среднего времени недоиспользования ресурсов при замене объекта после отработки ресурсов
лт=тср—м = Г Р(/) di.
10
При этом относительная величина среднего времени недоиспользования ресурсов
f Р(ОЛ ---------------- °₽ Г₽ЮЛ о
Воспользовавшись известными из теории вероятностей характеристиками случайных величин,
P=(«/po)/7’cp=uPV1
где а — среднее квадратическое отклонение; V = и/Тст — коэффициент вариации; ир — квантиль распределения.
Например, для нормального распределения времени безотказной работы при -- 0,00135:
Д7’«чцро=3<1: кр=3, р=ЗУ
Диапазон изменения коэффициента вариации для нормального распределения V -- 0,1—0,3, поэтому 0-3 (0,1—0,3) = 0,3—0,9; ДГ = ТсрР = (0,3.. 0,9) Тер, т. е. (0,3...0,9) 7ср недоиспользуется.
Для шлицевого соединения ротора компрессора газотурбинного двигателя, например, Тср = 18000 ч, Т,, — 6 000, тогда Д7 18000— 6000 =- 12 000 ч; ₽ - 12 000/18 000 =- 0,67; V -= 0/3 = 0,67/3 = 0,22; о = (18 000 -6 000)/3 4000 ч.
Таким образом, применение метода замены объектов после отработки ресурса при наличии высоких требований к их безотказности приводит к значительному недоиспользованию индивидуальных ресурсов большинства объектов. Выявить потребность конкретных объектов в техническом обслуживании и ремонте можно с помощью их технического диагностирования.
1.4. ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЦЕССОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА
Эксплуатация ЛА характеризуется нвличием объективного процесса изменения технического состояния и субъективного процесса технической эксплуатации, представляющего собой последовательную во времени смену различных состояний эксплуатации в соответствии со схемой возможных переходов К состояниям эксплуатации относятся: использование по назначению (полет), техническое диагностирование, техническое обслуживание, ремонт, готовность, ожидание попадания в каждое из указанных состояний и др.
Совершенно естественным представляется такое взаимодействие между этими двумя процессами, при котором состояния процесса технической эксплуатации назначаются в некотором соответствии с возникающими у объектов техническими состояниями- Эта взаимосвязь устанавливается с помощью стратегий эксплуатации, в частности стратегий технического обслуживания и ремонта.
И
Из множества состояний эксплуатации можно выделить подмножество состояний цели управления, например использования по назначению. Для оценки качества управления используется целевая функция, экстремум которой может служить критерием оптимальности стратегии. В работах |4,381 приводится формальное описание взаимодействия этих двух процессов. Рассматривается некоторый достаточно сложный объект эксплуатации с конечным или счетным множеством й технических состояний <1)ь изменение которых во времени образует стохастический процесс w (/). Состояния о, получаются путем некоторого разбиения а множество индексов I — {£) считается изоморфным разбиению А. Предполагается, что объединения соответствующих состояний <i»i образуют подмножества исправных, неисправных, работоспособных, неработоспособных состояний.
Процесс эксплуатации рассматриваемого объекта характеризуется конечным множеством Л своих состояний б;,образованных путем разбиения ОеД, где / £ /, а элементы из J идентифицированы элементам разбиения D. Считается, что соответствующие 6j или их возможные объединения образуют1 подмножества состояний использования объекта по назначению, технического обслуживания, ремонта, ожиданий и т. п.
Предполагается, что состояния назначаются в некотором соответствии с возникающими состояниями объекта <of и процесс технической эксплуатации б (I) в данном случае образуется за счет последовательной смены состояний б; Иначе говоря, предполагается, что б (/) есть некоторое отображение процесса [t), т. е.
fy(fi) (I I)
Объект, введенный в то или иное состояние эксплуатации, подвергается тем или иным внешним воздействиям в этом состоянии и поэтому7
COJ (Д) :
Таким образом предполагается, что объект индуцирует состояния эксплуатаций. В свою очередь, состояния объекта возникают за счет воздействия на нею внешних условий, определяемых выбранными состояниями эксплуатации.
Из выражения (I.I) легко получить матрицу переходов от состояний объекта в состояниям эксплуатации с = ||о{;|| = ||бу (со£)|| и матрицу обратных переходов от состояний эксплуатации к состояниям объекта S — IlSjill — И®* (6/)Р-
С помощью стратегий о и S могут быть установлены необходимые соответствия между состояниями объекта и процессом технической эксплуатации. В частости, состояния эксплуатации могут быть выделены путем объединения тех 6; (®Л, для которых индекс / имеет фиксированное значение. События типа б; (6fc)l определяют переходы по состояниям процесса технической эксплуатации. Для практического использования приведенных рассуждений введем вероятности переходов. Тогда процесс переходов будет описываться матрицей
/>==иРл11.
где Pjfc=P{M<MMb 12
Для длительных процессов эксплуатации предполагается их эргодичность. В этом случае могут быть установлены финальные вероятности л,, состояний. Поскольку процесс эксплуатации предполагается развивающимся во времени, его отдельные состояния должны иметь случайные продолжительности.
В качестве предварительной рассмотрена следующая модель процесса технической эксплуатации сложного объекта Известно пространство состояний Д процесса технической эксплуатации и его разбиение О, определяющее выбор элементов 6j через <о£ £ А £ Й. Первоначально процесс находится в некотором состоянии эксплуатации случайное время, распределенное по произвольному закону Fj (t), затем с вероятностью Pjh мгновенно переходит в состояние £ D,
из которого он регенерирует по только что приведенной схеме.
Поскольку в нем имеются состояния использования объекта по прямому назначению, то на их основе .могут: быть установлены некоторые целевые функции с эксктремумами в качестве критерия оптимальности стратегии управления процессом. Так как состояния эксплуатации определены через состояния объекта эксплуатации и заданы своими функциями распределения, то изучение законов распределения времени Fj (t) пребывания объектов в состояниях технического обслуживания и ремонта позволяет оценить эффективность режимов технического обслуживания н ремонта объекта эксплуатации и его эксплуатационную технологичность.
Действительно, первый начальный момент функции Fj (t) есть среднее время обслуживания объекта, если 6, означает состояние технического обслуживания, или среднее время ремонта, если Ь} — состояние ремонта и т. д. Наконец, если учесть, что выбор очередного состояния эксплуатации определяется возникшим к моменту t техническим состоянием объекта эксплуатации (щ, то легко установить, что стратегия технической эксплуатации объекта во многом определяется принятыми режимами его технического обслуживания и эксплуатационной технологичностью и, в частности, показателями контролепригодности, доступности, легкосъемности и взаимозаменяемости. Предложенная модель позволяет принять в качестве метода исследования статистический анализ состояний и переходов реального процесса технической эксплуатации.
Переходы по состояниям, определяемые стратегией эксплуатации, образуют процесс «моментов переходов», который в литературе принято называть вложенным процессом или вложенной цепью. Статистический анализ технической эксплуатации рекомендуется выполнять по этапам: на первом этапе исследуются состояния процесса, а на втором — вложенная цепь. Если окажется, что вложенная цепь обладает марковскими свойствами, а на состояниях развиваются временные процессы, близкие по структуре к процессам восстановления, то можно констатировать факт полумарковоств процесса технической эксплуатации объектов.
Система управления может быть реализована по разомкнутой и замкнутой схемам (рис. 1.5). Разомкнутая схема управления реализует принцип управления по возмущению (входного параметра) X (/),
13
Рис I 5, Схема управления процессом технической эксплуатации и техническим состоянием объекта.
и — разоодн>тая схема, б — замкнутая схема. 03 -- объект эксплуатант. ПТЭ — лронесс технической эксплуатации, УУ — устройство управления; БП — блок программы техмнческо-
возникающему под действием внешней среды. Она применяется в тех случаях, когда внешние возмущения могут быть измерены и установлена их связь с выходными параметрами Y (0, характеризующими техническое состояние объекта. Например, число теплосмен в камере сгорания газотурбинного двигателя влияет на ее техническое состояние, изменяющееся вследствие термоусталостного нагружения К разомкнутой схеме управления могут быть отнесены традиционные техническое обслуживание и ремонт, основанные на выполнении постоянных объемов профилактических работ через заранее запланированные интервалы календарного времени или наработки В качестве параметра внешних воздействий здесь используется календарное время или наработка X (0 -- I. Взаимодействие между двумя процессами осуществляется незначительно.
Замкнутая схема реализует принцип управления по отклонению регулируемой величины (выходного параметра) У (0, которая сравнивается с задающим воздейсгвием Y (0. В зависимости от наблюдаемого отклонения в (0 формируется соответствующее управляющее воздействие (0 на процесс технической эксплуатации, а через него и регулирующее (0 на объект, которое уменьшает это отклонение. В качестве регулируемой величины могут использоваться показатели надежности, например параметр потока отказов У (0 = <а (0. При этом устанавливается ощутимая взаимосвязь процессов технической эксплуатации объекта н изменения его технического состояния.
Наиболее тесное взаимодействие между ними обеспечивает стратегия технического обслуживания и ремонта по состоянию с контролем параметров объекта, определяющих его техническое состояние У (0 — =-- т] (t)- Она соответствует замкнутой схеме управления. При заданной программе управления функционирует первый контур схемы, отмечен-14
ный штриховыми линиями на рис. 1.5. Для изменения (корректировки) программы используется второй контур. включающий блок управления программой, который по измеряемым значениям выходных параметров объекта У (f) или входных параметров X (f) и показателей процесса технической эксплуатации Z (() формирует оператор V (2, Y) или V (Z, X), обеспечивающий изменение алгоритмов управления.
1.J. ФОРМАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОЙ
ЭКСПЛУАТАЦИИ И КРИТЕРИИ ЕГО ОПТИМАЛЬНОСТИ
Обнаружение марковской пени, вложенной в более сложный случайный процесс с произвольным распределением времени пребывания в каждом из состояний, приводит к полумарковскому процессу, формальное описание которого имеется в литературе |44|. В дополнение к одношаговым переходным вероятностям в работе рассматриваются вероятности Rl} перехода из ( в / за n > I шагов.
С использованием формулы полной вероятности
Rii= У i'ik Ruj.
*=i
где A’ — общее число состояний процесса технической эксплуатации.
Отсюда
1V
Кг}~ y^Rik Rhi+RaRu ъ-н
или в матричной форме
R-IRtfll-PR P(R-Rd9)+RRd9.
где Rdq — диагональная матрица, полученная из R заменой недиагонвльных элементов нулями.
Для эргодической вложенной цепи существует единственный вектор решения л — (п,, л2,..., л^), удовлетворяющий условию л = лР. Если обозначить R== РЛч + КО1 то
Rd9 =(/>—/) Ro-M‘. (J.2)
где I — тождественная (единичная) матрица N-N.
Умножив обе части выражения (1.2) на л,
nRdg^nP=n.
Следовательно. Rdq — 1 и можно окончательно записать:
R*=P (R_/)-J-P.
А
В частности, . 2 PthRhj ’ Рц- Этот результат справедлив и fe+i
для вложенных цепей с сообщающимися состояниями. Если процесс не имеет поглощающих состояний и общее их число является конечным, то в нем всегда можно указать маршрут конечной длины, следуя которому процесс может перейти из одного состояния в другое за конечное число шагов.
16
Среднее число шагов тц до первого попадания га i состояния в / удовлетворяет уравнению восстановления:
(«w+n+^ii-k+i
Отсюда показано, что среднее число шагов, необходимых для возвращения процесса в состояние i, Шц -- 1.л£.
Функция распределения времени безусловного пребывания процесса в СОСТОЯНИИ !
К
2 <'-3)
t-l
Если — среднее время, соответствующее распределению Рц (/), то из выражения (1.3) можно получить среднее время р,- безусловного пребывания процесса в состоянии I, т. е.
Л'
Р£= У Pikl4k-
Если обозначить через 1ц среднее время до первого попадания процесса из состояния I в состояние j, можно получить
(1.4)
где М — матрица, элементами которой служат безусловные средние L-dq — диагональная матрица, полученная из L заменой недиагональных элементов нулями.
Выражение (1.4) люжег быть записано в виде
w
б/-2
k/i
Соответственно для среднего времени возвращения в состояние i:
I N
la'='-'^7 2 п,‘ Р’1' ('-s)
Для средней наработки изделия в состоянии j процесса технической эксплуатация между двумя очередными входами в состояние/: ф^ -= = («АО Нь
где — число попаданий в состояние /.
Отсюда следует, что /,г — У <рЛ.
/ = 1
Введем вероятность перехода из состояния / в / за время, не превышающее значения /:
Р,Ц1)=РцРцИ)-
Теорема Смита (5f для конечных процессов с сообщающимися состояниями утверждает, что
Ит Ро (/) =— In
16
(1.6)
ДЛЯ любых 1>/ < ОО И ПРОИЗВОЛЬНЫХ функций Ft (f) = 2 Pij (О-
Выражение (1.6) представляет собой коэффициент использования в состоянии В частности, если J целевое состояние процесса эксплуатации, то \ijiln можно определить как целевую функцию процесса технической эксплуатации. Она может рассматриваться как коэффициент использования, а его максимум может служить критерием оптимальности процесса технической эксплуатации.
Обозначая Kj = pjil}} и используя выражение (1.5),
A'j=
(1.7)
П] k*i
Отсюда следует, что Kj > 0 для всех D, и 2 Ку== I. Следовательно, Kj есть вероятность. Так как К,- — функция вероятностей Pih, то она является характеристикой процесса технической эксплуатации и поэтому может служить его целевой функцией, формально это означает, что максимум К j может быть принят в качестве одного из критериев оптимальности процесса технической эксплуатации.
- Из выражения (1.7) путем несложных алгебраических преобразований можно получить серию широко распространенных на практике удельных критериев .эффективности процесса технической эксплуатации, в частности удельные затраты на техническую эксплуатацию. Из выражения (1.7) можно, например, получить
1—(1/Я/р;) 2 Пн
**/
(1.8)
Выражение, стоящее в знаменателе (1-8), часто называют коэффициентом средних удельных потерь и обозначают
Л'
2"hKh- (|,9)
h*i
Для максимизации Ку в (1.8) достаточно выполнить .минимизацию ту. Снижение значения Ту возможно прежде всего за счет перераспределения вероятностей я, и яь, а также сокращения рь.
В том случае, когда вместо средних времен рь введены средние стоимости Ch пребывания в состояниях k — 1,2,.... К, из выражения (1.8) можно получить экономический критерий оптимальности процесса технической эксплуатации и ремонта:
(1.10)
Если положить, что каждый час использования самолета в целевом состоянии дает средний удельный доходу, то можно считать, что доходы в целевом состоянии Cj — dypj. Подставляя это выражение в (1-10),
Выражение, определяемое сомножителем при l/dj, носит название средних удельных затрат Cj на техническую эксплуатацию и ремонт объекта. Если dj = const, то максимум Куе достигается минимизацией выражения:
м
с,~-------(1.11)
”'W “
Итак, получены целевые функции (1.7) или (1.9) и (1.11). Критерия-. ми оптимальности процесса технической эксплуатации, следовательно, будут: max Kj (min т;) и (или) mm Cj. В соответствии с данными критериями ведется поиск оптимальных стратегий технического обслуживания и ремонта применительно к конкретным изделиям авиационной техники. Идея получения оптимальной стратегии заключается в следующем. Для некоторого исходного процесса технической эксплуатации объекта предполагается, что соответствующая ему стратегия обслуживания и ремонта не учитывает техническое состояние конкретного
Рис. 1.6. Графическое представление принципа получения оптимальной стратегии технической эксплуатации — целевое состояние)
Варианты стратегия а— без учета технического состояния изделия: 6 — с учетом технического состояния изделия, в —с учетом технического состояния злемыттоя изделия
1S
объекта. Значение целевой функции в данном случае будет определять качество исходной стратегии. Затем рассматривается стратегия обслуживания и ремонта, частично учитывающая технические состояния конкретных объектов, и находится новое значение целевой функции. Если окажется, что оно лучше, чем у исходной, то можно утверждать, что вторая стратегия предпочтительнее первой. Далее, используя вторую стратегию в качестве исходной, определяется новая, которая уже полностью учитывает технические состояния объектов, т. е. каждого из его составных элементов. Если эта стратегия будет предпочтительнее второй, то из трех рассмотренных стратегий она будет оптимальной. Таким ббразом, представляется возможным получить упорядоченную последовательность стратегий, в которой одна окажется предпочтительнее других (рис. 1.6).
С помощью диагностирования можно: различить неисправные изделия и подвергнуть их обслуживанию и ремонту; в неисправных изделиях локализовать неисправные блоки и подвергать их обслуживанию и ремонту; в блоках выявить неисправные элементы и только их ремонтировать и т. д Чем глубже оценивается техническое состояние, тем более эффективна стратегия. Однако на практике внедрение более эффективной стратегии сопряжено с дополнительными затратами на техническое диагностирование 1181- С учетом этих затрат распределение стратегий по степени их эффективности может существенно измениться. Оптимальной в этом случае будет та стратегия обслуживания и ремонта, при которой суммарные приведенные затраты окажутся наименьшими.
1.«. СТРАТЕГИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
Важное значение в методологическом плане имеет вопрос о терминах, используемых при решении задач обслуживания н ремонта авиационной техники по состоянию. В специальной литературе по эксплуатации ЛА и двигателей в нашей стране я за рубежом в последние годы все чаще стал применяться термин стратегия. ’
Однако еще нередки случаи, когда одним и тем же терминам различные авторы публикаций дают разные определения и вкладывают в них разное содержание. Иногда одному и тому же явлению присваиваются разные термины 14, 26, 38, 43|.
В общем случае стратегия — совокупность правил и управляющих воздействий, объединенных общей целью при решении задач крупной народнохозяйственной проблемы. Стратегия должна отражать прежде всего идеологическую направленность действий н принятую при этом концепцию.
Исходя из этого применительно к понятию технического обслуживания и ремонта авиационной техники термин стратегия в самом общем виде может быть определен следующим образом. Стратегия — совокупность принятых принципов, правил и управляющих воздействий, определяющих комплексное развитие эксплуатационных свойств кон
19
струкции авиационной техники, методов организации и производственно-технической базы ее технического обслуживания и ремонта. Данное определение стратегии отражает необходимость системного подхода к решению проблемы повышения эффективности технического обслуживания и ремонта, нацеливает на совместные согласованные действия в рамках единой программы всех организаций и предприятий, создающих, эксплуатирующих и ремонтирующих авиационную технику.
В соответствии с ГОСТ 24212—80 стратегия технического обслуживания (ремонта) представляет собой систему правил управления техническим состоянием изделия в процессе технического обслуживания (ремонта). Стандартизованы следующие Стратегии:
технического обслуживания по наработке, при которой перечень и периодичность выполнения операций определяются значением наработки изделия с начвла эксплуатации или после капитального (среднего) ремонта;
технического обслуживания по состоянию, при которой перечень и периодичность выполнения операций определяются фактическим техническим состоянием изделия в момент начала технического обслуживания;
ремонта по наработке, при которой объем разборки изделия и дефектации его составных частей назначается единым для парка однотипных изделий в зависимости от наработки с начала эксплуатации и (или) после капитального (среднего) ремонта, а перечень операций восстановления определяется с учетом результатов дефектации составных частей изделия;
ремонта по техническому состоянию, при которой перечень операций, в том числе разборки, определяется по результатам диагностирования изделия в момент начала ремонта, а также по данным о надежности этого изделия и однотипных изделий.
В качестве основного признака, характеризующего стратегии технического обслуживания и ремонта объектов, целесообразно принять характер информации о их надежности и техническом состоянии, которая используется при назначении периодичности и объема регламентных работ. Эту информацию можно разделить: по времени получения и использования — на априорную (полученную до опыта) и апостериорную (полученную при проведении опыта); по источникам получения — на информацию о совокупности объектов и об отдельном объекте. При этом под опытом понимается серийная эксплуатация объекта. Сочетания этих видов информации дадут нам четыре стратегии технического обслуживания и ремонта (табл. 1.1).
Стратегии технического обслуживания и ремонта по состоянию (стратегии по состоянию) существенно отличаются от стратегий обслуживания и ремонта по наработке (стратегии по наработке). Они заключаются не только в самом характере технологических процессов технического обслуживания и ремонта, но и в распределении ресурсов, потребных на развитие производственно-технической базы, соответствующей требованиям той или иной стратегии.
20
Таблица 11
Характер информации Информация
априорная апостериорная
О совокупности объектов Об отдельном объекте По наработке По наработке, установленной для отдельного объекта По состоянию с контролем уровня надежности По состоянию с контролем параметров
Стратегия ио состоянию предполагает обеспечение высокого уровня эксплуатационно-ремонтной технологичности конструкций, создание в достаточных объемах эффективных средств диагностирования и неразрушающего контроля, развитие производственно-технической и экспериментальной базы эксплуатационных и ремонтных предприятий гражданской авиации. Стратегия же по наработке предполагает развитие экспериментальной базы предприятий промышленности и обеспечение на этой основе обоснованных ресурсов до ремонта для каждой совокупности однотипных объектов. Другими словами, стратегия по состоянию направлена на совершенствование эксплуатационных свойств конструкции, мощное развитие производственно-технической базы предприятий гражданской авиации, творческий исследовательский подход специвлистов АТБ и заводов ГА к решению задач технической эксплуатации. Стратегия же по наработке нацеливает на преобладающее развитие экспериментальной базы предприятий промышленности и не способствует обеспечению требуемого уровня эксплуатационноремонтной технологичности конструкций и развитию экспериментально-технической базы предприятий гражданской авиации. От своевременного выбора соответствующей стратегии в решающей мере зависят своевременность и правильность выбора требуемой технической политики развития инженерно-авиационной службы отрасли на многие годы.
В ряде публикаций по-разному трактуются принципы обслуживания и ремонта по состоянию. Подробный анализ дан в работе [43|. Многие из доводов автора этой работы обоснованы и убедительны. Действительно, нельзя согласиться с теми специалистами, которые считают, что если изделию установлен ресурс, равный ресурсу самолета, то оно эксплуатируется (используется) по состоянию.
Неправильными являются и такие утверждения специалистов, что если ресурс какого-либо изделия намного превышает ресурс планера, то можно считать, что оно эксплуатируется по техническому состоянию Такой подход искажает сущность стратегий эксплуатации (использования), обслуживания и ремонта по состоянию Если изделию установлен ресурс до ремонта, то независимо от его значения можно утверждать, что оно эксплуатируется до выработки ресурса. После выработки ресурса изделие независимо от фактического состояния отправляется в ремонт.
21
Ошибочным следует считать и такое суждение: если в пределах ресурса часть изделий во время регламентных работ из-за выхода за границы допуска каких-либо параметров снимается с самолета досрочно, то имеют место обслуживание и ремонт по состоянию в пределах установленного ресурса. Замена какого-либо изделия из-за отказа не означает, что оно обслуживается и ремонтируется в пределах ресурса по уровню надежности. Изделиям, эксплуатируемым до отказа, не устанавливается ресурс до ремонта в отличие от изделий, эксплуатирующихся до выработки ресурса
Основным принципом стратегия обслуживания и ремонта по состоянию можно считать принцип соблюдения строгой плановости при проведении форм технического обслуживания и ремонта. Однако планируемыми здесь являются лишь часть стандартных регламентных операций по наработке, работы но техническому диагностированию и контролю объектов и сама периодичность их выполнения. Регулировочные, демонтажно-монтажные, восстановительные работы на объектах выполняются только по результатам диагностирования и контроля.
Другой важный принцип обслуживания по состоянию — своевременное предупреждение отказов функциональных систем и их наиболее важных изделий при условии обеспечения максимально возможной. наработки их до замены. Предупредительный характер здесь обеспечивается путем организации постоянного наблюдения при эксплуатации за уровнями надежности, а в ряде случаев и техническим состоянием функциональных систем и отдельных изделий для своевременного выявления предотказного состояния последних с последующей заменой изделий или регулировкой их параметров.
Следующий не менее важный принцип — обеспечение экономичности технической эксплуатации путем применения оптимальных стратегий обслуживания и ремонта объектов эксплуатации. Высокая экономическая эффективность здесь достигается за счет наиболее полного использования работоспособности каждого конкретного изделия. Проведенные расчеты и зарубежная практика показывают, чго при внедрении стратегии обслуживания и ремонта техники по состоянию можно сократить затраты на техническую эксплуатацию до 30 %.
Задачи использования индивидуальных возможностей изделий функциональных систем в отношении их работоспособности при эксплуатации решаются конструкторскими организациями на этапах создания ЛА и разработки программы его технического обслуживания и ремонта. В зависимости от имеющихся возможностей определения предельного состояния работоспособности изделий в процессе эксплуатации н от принятого критерия для установления сроков их замен на ЛА различают стратегии эксплуатации (использования) до выработки ресурса (срока службы), до отказа, до предотказного состояния.
Стратегии обслуживания и ремонта, естественно, связаны со стратегиями эксплуатации (использования) изделий авиационной техники (табл. 1.2), для каждой из которых можно выбрать вполне определенные, отличающиеся наибольшей эффективностью» стратегии технического обслуживания и стратегии ремонта (обозначены знаком « 4-»).
22
Таблица 1.2
Стратегии эксплуатации (использования)
Стратегия технического обслуживания и ремонта
ДО выраСот ки ресурса (срока службы)
до прадот-казного
до отказа
Техническое обслуживание
По наработке
По состоянию с контролем параметров По состоянию с контролем уровня надежности
Ремонт
По наработке + — +
По техническому состоянию + + +
Из таблицы следует, что для стратегии эксплуатации изделий довыработки ресурса (срока службы) наиболее эффективной является стратегия технического обслуживания но наработке. При ремонте изделий возможны стратегии по наработке и по техническому состоянию, что зависит от вида изделия и уровня его контролепригодности при ремонте.
Если же для изделия принята стратегия эксплуатации до предотказного состояния, то необходимым и обязательным условием ее осуществления на практике является принятие стратегии обслуживания данного изделия по состоянию с контролем параметров и стратегии ремонта по техническому состоянию. Если же наоборот, то или иное изделие обслуживается и ремонтируется с контролем параметров, то наиболее эффективной стратегией эксплуатации (использования) такого изделия окажется стратегия до предотказного состояния.
Соответственно для изделий, эксплуатируемых по стратегии до отказа, наиболее эффективными являются при обслуживании стратегия по состоянию с контролем уровня надежности, при ремонте так же, как и для ресурсных изделий, стратегии по наработке и техническому состоянию. Отсюда следует, что отдельные изделия, установленные на современных самолетах, можно эксплуатировать, обслуживать и ремонтировать, как правило, только по одной из указанных стратегий. Для функциональных систем и самолета в целом наиболее вероятно-применение всех указанных в табл. 1.2 стратегий или так называемой смешанной стратегии.
Переход на обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию требует решения ряда вопросов методологического плана. Прежде всего должны быть найдены и соответствующим образом узаконены правильные соотношения между такими понятиями, как: эксплуатация, техническая эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт. Изложенный подход, на наш взгляд, наиболее правильно отражает сам механизм процесса эксплуатации авиационной техники, а следовательно, и соотношения между этими понятиями.
23
Ремонт и техническое обслуживание целесообразно рассматривать как составные части более широкого понятия техническая эксплуатация. В свою очередь она является составной частью эксплуатации.
Применение аппарата теории полумарковских процессов в исследованиях процессов эксплуатации авиационной техники вообще и технической эксплуатации, в частности, открывает широкие возможности для решения комплекса задач анализа и синтеза изучаемых процессов. При данном методическом подходе успешно решается задача выбора оптимальных стратегий технического обслуживания и ремонта изделий авиационной техники.
Важное значение для перехода на обслуживание и ремонт по состоянию имеют вопросы правильной трактовки термина стратегия и об установлении взаимосвязи между стратегиями эксплуатации (использования), технического обслуживания н ремонта авиационной техники. Как показал проведенный анализ, по этим вопросам нет еще единства взглядов. Предложенный методологический подход к решению этих вопросов не претендует на полноту и завершенность. Однако он может быть использован специалистами для дальнейшей активной работы в данном направлении.
Глава 2
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОВРЕМЕННЫХ САМОЛЕТОВ
2.1. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ
И ЭКСПЛУАТАЦИИ САМОЛЕТОВ
Эффективность процесса технической эксплуатации самолетов определяется рядом факторов, действующих на различных этапах их разработки, испытаний и эксплуатации. К ним относятся: глубина проработки и научная обоснованность технических требований к надежности, эксплуатационной технологичности, программам технического обслуживания и ремонта самолетов; обеспечение и конструкции требуемого уровня надежности и эксплуатационной технологичности; полнота и качество сертификации; полнота и качество проведения государственных и эксплуатационных испытаний самолетов на надежность и эксплуатационную технологичность; совершенство программы и применяемых средств технического обслуживания и ремонта; совершенство производственно-технической базы эксплуатационных и ремонтных предприятий; подготовка и переподготовка кадров в соответствии с требуемой специализацией.
Повышение эффективности технической эксплуатации самолетов во многом зависит от совершенства их конструкций, а также применяемых стратегий технического обслуживания и ремонта. Конструкция и стратегии обслуживания и ремонта находятся в тесной взаимосвязи. Применение новых, более эффективных стратегий возможно лишь при условии обязательного совершенствования конструкций самолетов по 24
надежности и эксплуатационной технологичности [55]. Это вызывает необходимость совместных и согласованных действий всех организаций и предприятий, создающих, эксплуатирующих и ремонтирующих авиационную технику. Общие интересы этих предприятий и организаций должны быть подчинены требованиям эксплуатации. Оценка же их разносторонней деятельности в конечном итоге должна осуще-сталяться по единой шкале — эффективности эксплуатации. К сожалению, это еще не всегда и не везде учитывается. Многие исследования и разработки, особенно в промышленности, выполняются вне связи с процессом эксплуатации авиационной техники, без предварительной оценки того, насколько внедрение результатов проводимых исследований улучшит основные показатели эффективности процесса эксплуатации, такие как: налет часов на списочный самолет; регулярность полетов; себестоимость перевозок, трудоемкость, продолжительность и стоимость технического обслуживания и ремонта и др.
В настоящее время основные показатели эффективности процесса эксплуатации действующего парка самолетов еще не соответствуют предъявляемым требованиям, несмотря на большую работу, которая проводится ва предприятиях промышленности и гражданской авиации по совершенствованию конструкций и методов технической эксплуатации самолетов. Это объясняется недостаточной согласованностью действий различных предприятий и организаций при решении постаалеп-ных задач, а также отсутствием должной теоретической и научно-методической базы.
Вопросы совершенствования процесса технической эксплуатации самолетов и их конструкций по обеспечению надежности и эксплуатационной технологичности, как правило, рассматриваются и решаются изолированно друг от друга, так как не связаны общими целью и программами. Закладывая в конструкции самолетов новых типов свойства надежности и эксплуатационной технолш ичиости, работники конструкторских бюро и заводов промышленности ориентируются, в основном, на принятую на предприятиях гражданской авиации устаревшую систему технического обслуживания и ремонта без учета перспектив ее развития. Поэтому последующая работа по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта, проводимая работниками предприятий и организаций гражданской авиации на этапах эксплуатации, не дает должного эффекта. Конструкции самолетов, двигателей, их агрегатов оказываются не приспособленными к применению на практике в полном объеме тех эффективных стратегий обслуживания и ремонта, которые наиболее полно соответствуют требованиям времени.
С развитием авиационного транспорта рентабельность его эксплуатации достигается ценой значительных усилий, а возможности снижения расходов становятся существенным фактором для развития авиационной промышленности. В этих условиях многие зарубежные фирмы проводят детальное изучение экономических и технических аспектов разработки и эксплуатации новых самолетов.
Основой сравнения стоимости и эффективности самолетов являются прямые эксплуатационные расходы (ПЭР) , соотношение важнейших 25
статей которых приведено па рис. 2.1. Однако рассматривая эффективность самолета, нельзя ограничиваться только анализом ПЭР, так как имеется много других важных аспектов этой проблемы.
На повышение эффективности технической эксплуатации большое влияние оказывают так называемые начальные «пусковые» затраты промышленности, связанные с проведением большого комплекса различных исследований и разработок. Значение начальных затрат непрерывно возрастает и в настоящее время примерно уже в 4...5 раз превышает (в сравнимых ценах) уровень 60-х годов (91. Доля этих затрат в стоимости одного самолета составляет 20 % {при выпуске 200...300 самолетов в год). Рост начальных расходов вызывается усложнением конструкций и повышением сертификационных требований к безопасности полетов. Если в начальный период использования новейших технических достижений в авиации затраты довольно быстро окупались, то возмещение расходов, связанных с внедрением технических усовершенствований, происходит гораздо медленнее. Эффективное снижение начальных затрат по программе достигается распределением их на больший объем производства, а также за счет повышения эффективности эксплуатации самолетов.
Проведенные в США исследования показали, что применение новых технических усовершенствований в производстве высокоэкономичного самолета позволит снизить на 25 °о массу пустого самолета и на 30 % расход топлива ио сравнению с современными самолетами. На долю двигателей приходится около 50 % общих расходов на техническое обслуживание и ремонт самолета, поэтому целесообразно применять новые технические усовершенствования для повышения их надежности и эксплуатационной технологичности. Например, программы технического обслуживания и ремонта по состоянию уже оказали значительное влияние на снижение расходов на обслуживание и ремонт, а ввод
/ Налог, / амортизация /X. и стртобнп / \ / *37У* / \ 1 ~е/нич1‘г.нсе\_ / ' 1 обслу/киВопие\/ топлибо 1 /7% ?5Г’ \ Soapruiaja Плата\. / V/' летного залосод-\. / V зкипатв ну на аэро- \/ 'ч и стнюрдеа драм и навиу X. /4 % гои обор / Рис. 2.1. Соотношение статей прямых эксплуатационных расходов кля за рубежных транспортных самолетов 80-х годов с малой и средней дальностью полета 26 в эксплуатацию комплексных бортовых систем сбора и обработки полетной информации о состоянии двигателей обеспечил дальнейшее снижение этих расходов. Расходы на техническое обслуживание и ремонт планера снижены благодаря постоянному его усовершенствованию и увеличению числа функциональных систем, обслуживаемых по состоянию. Например, для самолета БАК-111 потребное число человеко-часов на обслуживание и ремонт снижено на 50 %; примерно 95 % систем этого самолета обслуживается и ремонтируется по состоянию. Влияние технических усовершенствований широкофюзеляжных самолетов на прямые эксплуата-
'здионные расходы в перспективе до 1990 г показано па рис. 2.2 (9| ..Как следует из приведенного рисунка, среди различных технических усовершенствований, влияющих на ПЭР, методам эксплуатации отводится заметная роль.
При проектировании новых самолетов конструкторами ставится задача уменьшить долю затрат на техническое обслуживание и ремонт. Определенный интерес в этом отношении представляет опыт работы фирмы «British AirSpace» при создании самолета для местных воздушных линий Бае 146 137]. При проектировании самолета была поставлена задача уменьшить долю
затрат на техническое обслуживание и ремонт до 12 % от прямых эксплуатационных расходов по сравнению с 20 ...30 % у эксплуа-
тируемых самолетов данного класса. Для этого были подробно проанализированы статьи затрат на техническое обслуживание и ремонт всех функциональных систем до уровня отдельных агрегатов и узлов. Анализ показал, что наибольшие затраты приходятся на обслуживание шасси, вспомогательной и основной силовых установок, конструкции планера, радиоэлектронного оборудования, системы кондиционирования и т д. (рис. 2.3)
Проведен также и более детальный анализ прямых затрат. В частности, для каждой системы определены трудоемкость технического обслуживания и ремонта и материальные затраты, приходящиеся на 1 ч
Рис. 2.3. Распределение прямых затрат на техническое обслуживание по функ штопальным системам самолета-
устаиовки. 51 — 57—системы планера. 22, 23, 34 электронисо оборудование: 2J — си стсма кондиционировании; 25 - бытовое оборудование; 24 — электрооборудование, 27 — управление: 27 гидросистема, 36 - воздушная система; 28— топлняная система; 31 — при борное оборудование; S3— световое оборудование, 30 — противообледенительная система, 35 — Кислородная система; 38 — водная система; 28 — противопожарное оборудование
27
полета и полетный цикл самолета (табл. 2.1). При этом отдельно выделены затраты на техническое обслуживание и ремонт непосредственно па самолете и вне его (в мастерских). Затем определялись приемлемые значения затрат на техническое обслуживание и ремонт отдельных агрегатов н узлов, которые все поставщики оборудования по требованию фирмы должны обеспечивать так же, как они обеспечивают характеристики массы, надежности и др. Только при этом условии может быть
Таблица 21
о а Наименование системы Трудоемкость. чвл-ч Стоимость материалов, долл.
На 1 ч полета На понетиый На I ч полета На полетный
1* 2ч S h
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 49 52 53 54 55 56 57 71 80 Кондиционированке Автопилот Связное оборудова- Электросистема Бытовое оборудование Противопожарное оборудование Управление Топливная система Гидросистема Противообледенительная система Приборное оборудование Шасси Освещение Навигационное оборудование Кислородное обору доваиие Воздушная система Водяная система Вспомогательная силовая установка Двери Фюзеляж Кабина пилотов Стабилизатор Окна Крыло Силовая установка Система запуска 0,043 0,010 0,009 0,038 0,039 0,012 0,044 0,038 0,034 0,007 0,020 0,006 0,019 0.014 0,024 0,013 0,007 0,000 0,000 0,020 0,014 0,012 0,010 0,014 0,092 0,000 0,083 0,076 0,019 0,037 0,000 0,010 0,026 0,008 0,019 0,007 0,042 0,005 0,005 0.122 0,012 0,025 0,005 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0.178 0,000 0,004 0,000 0,000 0,005 0.031 0.000 0,008 0,003 0,006 0,000 0.001 0,069 0,003 0.001 0,000 0,001 0,002 0,067 0.029 0,029 0,013 0,012 0.004 0,029 0,003 0,004 0,028 0,010 0,003 0.027 0,085 0,001 0,038 0,009 0.029 0,002 0,006 0.173 0,007 0,014 0,000 0,009 0,009 0.125 0,005 0.000 0,001 0,001 0.012 0,005 0.038 0.017 0,309 0,049 0,033 0,179 0.065 0,049 0,163 0,065 0,081 0,163 0,049 0,032 0.049 0,033 0,065 0,098 0,016 0,000 0,000 0,053 0,049 0,016 0,147 0,047 0,763 0.000 0,961 0,407 0,081 0,733 0,065 0,098 0,391 0,098 0,147 0,195 0,098 0,537 0,049 0,684 0,114 0.163 0,016 0,000 0,000 0.000 0,000 0,000 0,212 0,000 2,034 0,000 0,081 0,000 0,000 0,081 0,212 0.000 0,114 0,016 0,065 0,016 0,000 0.537 0,016 0,000 0,000 0,033 0,000 0,147 0.098 0,033 0,065 0,016 0,147 0,094 0,033 0,098 0,228 0,049 0,016 0,309 0,163 0,016 0,244 0,016 0,081 0,016 0,016 10,241 0,033 0,081 0,000 0,033 0,033 2,703 0,049 0,016 0,000 0,000 0.228 0,016 0,218 0.423
Итого 0,548 0,679 0,324 0,654 2,554 7,133 1,906 15,222
28
обеспечен запланированный уровень прямых эксплуатационных расходов для самолета в целом.
Аналогичная работа проводилась при создании самолетов А-300 и А-310 1551. В процессе их создания проводился так называемый качественный анализ' Качество проектирования конструкции оценивается в соответствии с контрольным листом аспектов технического обслуживания, форма которого приведена в табл. 2.2 Такой анализ для быстрого определения потен-цивльно слабых сгорон конструкции в отношении ее технического обслуживания на первом этапе
о создании самолета
тттруироИонх'
/емкости и зксплуа-тещрняой тезнопо-пчности при конструировании
ПерНый полет с пасспжирпми
ирриириНиние программы типической онсппуопюцш
Прс<а1одаг&>
жплуагпа/иамй документации
Рис. 24. Временная шкала создания самолета и решения задач обеспечения его технической эксплуатации
проектирования считается наиболее
эффективным. На последующих этапах проектирования методика этого
анализа может модернизироваться.
При создании самолетов А-300 и особенно А-310 ставилась задача о необходимости решения основных вопросов технического обслуживания и ремонта на ранних стадиях проектирования. На рис. 2.4 представлен временной цикл от момента принятия решения о начале проектирования самолета до первой поставки. Он сравнительно короток, а «временное окно» для эффективного решения задач технического обслуживания и ремонта создаваемой конструкции еще короче [551.
Таблица 2.2
Оценка*
Качественные аспекты
технического обслуживания
Доступность
Контролепригодность
Демонтаж/замена
Проверка функционирования
Недопущение ошибок, вызванных техобслуживанием
Удобство регулировки
Предупредительное техобслуживание
Ремонтопригодность
• А — хорошо; В — удовлетворительно: С — слабо; Д — неудовлетворительно. Е — не-.прямекнмо.
29
2.2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЛА С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ
ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
Развитие систем технического обслуживания и ремонта самолетов тесно связано с развитием самолетных конструкций. Поэтому при рассмотрении вопросов их технического обслуживания и ремонта необходимо учитывать те особенности их конструирования, которые отчетливо проявляются в последние годы.
При создании самолетов конструкторы, как известно, используют два основных принципа решения проблемы повышения надежности и эффективности эксплуатации: «безопасного ресурса» и «безопасной повреждаемости».
Принцип «безопасного ресурса» предусматривает установление для агрегата такого ресурса до ремонта, в течение которого в нем не появится никаких разрушений. Ресурс до ремонта устанавливается обычно на основании эксперимента или расчета по аналогии с ранее известными и испытанными конструкциями. По истечении установленного ресурса агрегат заменяется независимо от того, есть ли в нем разрушения или нет.
Принцип «безопасной повреждаемости» характеризуется тем, что конструкция самолета допускает появление отдельных местных раз рушений без ущерба для безопасности полетов самолета до очередного оперативного или периодического технического обслуживания. Принцип «безопасного ресурса», занимавший в течение многих лет при конструировании самолетов ведущее место, отходит на второй план, уступая главное место принципу «безопасной повреждаемости» конструкций t511.
Основная задача конструкторов заключается в том, чтобы найти и осуществить на практике такие конструктивно-технологические решения отдельных элементов, узлов, агрегатов и силовой конструкции в целом, которые даже при нвличии появившихся первых повреждений обеспечивают возможность безопасного выполнения одного или нескольких полетов до момента устранения отказа или неисправности. Свойство конструкции, заключающееся в возможности продолжения функционирования в течение некоторого времени с неустраненным отказом, может быть использовало для планирования выполнения обслуживания или ремонта в удобное время и в удобном месте.
Реализация принципа «безопасной повреждаемости» в различных фирмах осуществляется разными путями. Например, на самолете Боинг-747 предусмотрены специальные прорези в панелях конструкции крыла, исключающие развитие трещин, если они образовались. С этой же целью в корневой части крыла установлены дополнительные стрингеры, в фюзеляже — ленты и накладки по боковым панелям.
На самолете Л-1011 в зоне иллюминаторов боковые панели фюзеляжа также усилены накладками из титанового сплава. Обшивка в зоне силовых шпангоутов подкреплена накладками, которые крепятся с помощью склейки. Все этн конструктивные мероприятия повышают усталостную прочность, а также исключают быстрое разрушение пассажирской кабины при ее повреждении (например, лопаткой раэру-зо
шившегося двигателя). Для подобных конструкций эксперимент показывает, что если даже какой-либо осколок даигателя пробьет фюзеляж, то отверстие не увеличится более чем на 40 см в диаметре, а это, как известно, не влечет за собой мгновенной разгерметизации кабины.
На том же самолете Л-1011 в наиболее нагруженных зонах фюзеляжа для соединения титановых усиливающих накладок с обшивкой применяются титановые односторонние заклепки, исключающие образование первоначальных микротрещмн — инициаторов усталостного разрушения. В конструкции планера в основном исключены элементы малой жесткости, способные резонировать в летном диапазоне частот. С этой мелью, в частности, предусмотрено как бы защемление закрылков с даух сторон при их перемещении
Наиболее полно принцип «безопасной повреждаемости» реализован при создании новых самолетов, таких как А-310, А-320, Б-757, Б-767, БАе-146 и др. Конструкция планера этих самолетов обладает повышенной живучестью, обеспечивающей такую скорость распространения трещин в силовых элементах, при которой за период между смежными периодическими формами технического обслуживания и ремонта не происходит ослабления конструкции ниже установленных пределов (62|.
Одним из наиболее перспективных способов сокращения трудоемкости технического обслуживания и ремонта являются уменьшение механических крепежных элементов в конструкции и расширение применения клеевых соединений и монолитных частей. Например, из конструкции планера самолета БАе-146 изъято около 5000 стрингерно-шпангоутных компенсаторов, существенно сокращено число деталей и соединений в конструкции. Это связано прежде всего с тем, что множество конструкционных и коррозионных проблем в эксплуатации возникает в местах соединения деталей. В таких местах появляются повышенные концентрации напряжений, сдвиги нагрузок, скрытые зоны, которые трудно осматривать в процессе эксплуатации 1621.
На самолете БАе-146 широко используется метод соединения металлических деталей с помощью состава Редакс (Redux), что, по мнению фирмы, способствует уменьшению усталости материала и ошибок при производстве, связанных с клепкой, а также обеспечивает равномерное распределение нагрузки. Установлено, что склейка деталей сдерживает рост трещин, в результате чего сокращаются расходы на техническое обслуживание и ремонт. Кроме того, использование склейки элементов планера (вместо обычной клепаной конструкции) уменьшает массу конструкции в среднем на 15 %, а стоимость производственных затрат па 20 %.
Клеевой каркас фюзеляжа сотовой конструкции самолета фирмы «Боинг» состоит всего из пяти главных частей: верхней и нижней обечаек, двух боковых стенок и пола. Сотовая конструкция позволила снять с 1 № фюзеляжа 77 элементов крепежа и на 15 *’«» сократить число частей обечаек. В конструкции пола число деталей уменьшено в 22 раза. Конструкция крыла позволила сократить число элементов крепежа на 70 ?о. Это в свою очередь упростило защиту от коррозии точек крепежа планера и защиту от биологической коррозии топливных баков крыла.
31
Основной целью улучшения характеристик механических крепежных элементов по-прежнему остается увеличение усталостного срока службы соединений.
Особенность конструкции планера проектируемых в настоящее время самолетов — приспособленность к неразрушающим методам контроля и раннем}' выявлению трещин и коррозии. Проведенный анализ показывает, что во многих случаях разрушения и серьезные повреждения конструкций были бы предотвращены, если бы в них обеспечивался необходимый доступ для осмотра и контроля, а сами методы контроля были бы достаточно эффективными. Так, для контроля часто используется рентгеновский метод. Однако для обнаружения сильной коррозии в скрытых местах он оказывается непригодным. Имелись случаи, когда при удовлетворительном доступе для осмотра и контроля эффективность применений методов неразрушающего контроля оказывалась ничтожно малой. Это происходило вследствие того, что или сама процедура контроля не была достаточно детализирована, или место возможного разрушения не было точно известно.
Методы неразрушающего контроля обладают существенным «недостатком»: они требуют знания места расположения дефекта и его ориентации. Поэтому эффективность их применения во многом зависит от качества и детализации инструкций, предписывающих контроль потешшвльно опасных мест, от квалификации и добросовестности специалистов, их выполняющих. В этих условиях визуальный осмотр по-прежнему остается одним из наиболее эффективных методов контроля конструкции самолета.
Конструкция самолета БАе-146 спроектирована с учетом выполнения эффективного осмотра и контроля. Принято, что длина обнаруживаемой трещины у этого самолета составляет 10,2 см. Допускается, что трещины менывей длины могут быть не обнаружены. Скорости развития трещин, определенные расчетами или испытаниями, взаимосвязаны с такими интервалами технического осмотра, которые позволили бы вовремя обнаружить безопасную трещину и произвести необходимый ремонт.
Вопросы обеспечения доступности для технического осмотра конструкции решаются в начальной стадии проектирования евмолета. Неразрушающие методы контроля применяются тогда, когда визувльные технические осмотры неэффективны- Для самолета А-300, например, около 5 % проверок силовой конструкции требуют обязательного применения методов перазрушающего контроля; для 15 % проверок применение методов неразрушающего контроля служит альтернативной мерой визуальному осмотру для тех мест, где доступ затруднен 1551.
Принцип «безопасной повреждаемости» распространяется и на функциональные системы самолетов. Здесь способы повышения надежности основаны главным образом на резервировании элементов, участков и систем в целом. Так, на самолете VC-10 каждая из одиннадцати секций элеронов, рулей высоты и направления перемещается отдельным независимым электрогидравлическим приводом, электропитание которого дублировано Это обеспечивает экономию массы по сравнению с цент-32
рализованной системой, живучесть системы управления и безопасность посадки.
В гидросистемах самолетов все чаще встречается резервирование источников давления электрон ри водным и насосными станциями, питаемыми током от генераторов, приводимых в действие воздушной турбиной «ветрянкой». Эти устройства используются, например, на самолетах А-300, ДС-10 и др. На самолетах ДС-10, Л-1011, Б-747, С-5А, А-300 успешно применяются агрегаты передачи мощности. Последний представляет собой насос — моторный блок в обратимом и необратимом исполнении, предназначенный для передачи энергии от одной независимой гидросистемы к другой без обмена рабочей жидкостью. Применение агрегатов передачи мощности для связи независимых систем позволяет сохранять работоспособность гидросистем путем автоматической передачи энергии из системы в систему при отказах источников давления.
Для повышения безопасности полетов, особенно для самолетов с бустерными системами управления, в гидросистемах устанавливаются клапаны приоритета. При дефиците энергии они подают ее к тем потребителям, от работоспособности которых зависят безопасные взлет и посадка.
Наиболее эффективным способом повышения функциональной надежности яаляется не поэлементное, а общее резервирование, так как только оно позволяет реализовать концепции безопасных отказов функциональных систем, заложенные в Нормах летной годности. На пассажирских самолетах с необратимым бустерным управлением кратность резервирования составляет 2...3 и более. Так, на самолетах А-300, ДС-10 и других число независимых гидросистем равно 3, а на Б-747, С-5А и других 4.
На ряде самолетов предусмотрены встроенные бортовые системы обнаружения и распознавания отказов гидравлических систем [531. Эти системы предусматривают установку миниатюрных датчиков у каждого из контролируемых компонентов гидросистемы. Если контролируемый параметр, например температура, утечка, расход, давление, уровень жидкости, перепад давления и другие, достигает предельного значения, то датчик вырабатывает соответствующий сигнал и на центральной панели загорается красная лампа. На специальных табло указываются неисправный компонент и параметр, достигший предельного значения.
В различных системах управления самолета находят применение микропроцессоры. Они устанавливаются в системах управления полетом, автоматического управления тягой двигателей, управления расходом топлива, контроля и оптимизации режимов работы двигателей и т. и. На базе микропроцессоров разработана система регулирования параметров в кабинах самолетов Б-757 и Б-767. Микропроцессоры управляют работой блока кондиционирования воздуха, регулятора давления в кабинах, температуры и отбора воздуха.
При создании систем управления полетом самолета все более широкое распространение получают линии передачи цифровых данных на волоконной оптике. В микропроцессорном блоке анвлоговые выходные сигналы датчиков преобразуются в цифровую форму, фильтруются, 2 зек. 1975 33
калибруются, масштабируются и по волоконно-оптическим линиям передачи цифровых данных поступают в цифровую систему управления полетом самолета.
Специфическая особенность при создании современных двигателей — обеспечение модульности их конструкции и контролепригодности, а также возможности быстрого снятия и установки двигателей. Целый ряд операций по текущему ремонту двигателей, включая замену отдельных модулей, можно выполнять непосредственно «на крыле». Деление конструкции авиационных ГТД на автономно заменяемые модули осуществляется исходя из функциональных и технологических свойств узлов (например, входной направляющий аппарат, вентилятор, компрессор низкого и высокого давления, коробки приводов агрегатов, камера сгорания, турбина низкого и высокого давления, реактивное сопло). Причем на отдельных двигателях часть узлов (модулей) делится на более мелкие блоки.
При модульной конструкции двигателя сокращается число случаев их досрочного съема с последующей отправкой на завод для ремонта. Трудоемкость устранения отказов или неисправностей такого двигателя значительно ниже, чем обычной конструкции. Трудоемкость замены отдельных модулей (узлов) двигателя RB-211 в человеко-часах, производимой непосредственно «на крыле» самолета, следующая:
Рабочая лопатка вентилятора .2
Вентилятор и вал ... . 15
Компрессор низкого давления . .26
Упорный подшипник вентилятора . . .27
Обтекатель и реверс тяги . . ... 22
Турбина низкого давления привода вентилятора 29
Взаимозаменяемость и легкосъемностъ модулей и их отдельных деталей обеспечиваются проведением ряда конструктивно-технологических мероприятий, к которым относятся, повышение точности изготовления, фланцевые соединения с призониыми болтами, быстросъемные соединения, раздельная динамическая балансировка роторов компрессора и турбины и др.
Для контроля технического состояния двигателей, помимо бортовых регистрирующих систем, применяются: оптический методосмотра камер сгорания, ступеней компрессора и турбины; радиоизотопный метод, вибрографирование, рентгенографирование, спектральный анализ масла и другие методы раннего обнаружения неисправностей.
В системах контроля работы двигателей и управления ими используются микропроцессоры. Контролируются частота вращения ротора и температура. В реальном масштабе времени регулируется подача топлива. В случае отказа цифровой системы управления предусматривается автоматическое переключение на электромеханическую систему.
2.3. ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ
Успешное применение на практике эффективных стратегий и программ технического обслуживания в ремонта авиационной техники немыслимо без обеспечения высокого уровня ее эксплуатационной тех-34
нологичности. В общем случае под эксплуатационной технологичностью понимают совокупность конструктивно-технологических свойств объекта, определяющих приспособленность к выполнению всех видов работ по обслуживанию и ремонту в принятых условиях эксплуатации с использованием наиболее эффективных технологических процессов.
Конструктивно-технологические свойства характеризуют непосредственно конструкцию и обеспечиваются при создании самолета в соответствии с предъявляемыми требованиями. На уровень эксплуата ционной технологичности самолета существенное влияние оказывают условия эксплуатации, характеризующиеся совокупностью воздействующих на объект эксплуатационных факторов. Эта факторы определяют среду, в которой проявляются свойства конструкции, и учитываются при создании самолетов и построении процессов их технического обслуживания и ремонта.
К числу конструктивно-технологических свойств относятся: доступность к объектам обслуживания и ремонта, их контролепригодность, легкосъемностъ, взаимозаменяемость, восстанавливаемость, унификация и стандартизация изделий самолета. В группу эксплуатационных факторов входят: методы организации работ по техническому обслуживанию и ремонту; уровень производственно-технической базы заказчика; этапы эксплуатации объектов авиационной техники; система обеспечения запасными частями; полнота н качество эксплуатационной и ремонтной документации. Требуемые свойства конструкции самолета по приспособленности к техническому обслуживанию и ремонту закладываются и обеспечиваются на этапах проектирования и производства. На этих этапах путем соответствующих конструктивно-технологических решений обеспечивается необходимый уровень эксплуатационной технологичности самолета.
Общие требования по обеспечению эксплуатационной технологичности в настоящее время, как правило, включают в себя следующие данные: требуемые значения показателей эксплуатационной технологичности; требования к конструкции, вытекающие из условий применения стратегий технического обслуживания и ремонта по состоянию; требования и рекомендации по конструктивному выполнению функциональных систем и оборудования 1381
К показателям эксплуатационной технологичности самолетов относятся;
удельная оперативная продолжительность технического обслуживания и ремонта в часах па 1 ч налета; вероятность выполнения непланового текущего ремонта в заданное время; удельная оперативная трудоемкость технического обслуживания и ремонта в человеко-часах на 1 ч налета; удельная стоимость запасных частей я материалов в рублях па 1 ч налета; коэффициенты доступности, легкосъемности, взаимозаменяемости. контролепригодности.
Нормативные значения удельной оперативной продолжительности технического обслуживания и ремонта Kt определяются в зависимости от годового налета самолета и не должны превышать установленных значений (рис. 2.5).
2* 35
Рш 2 6 Удельная оперативная трудоемкость в зависимости от удельной оперативной стоимости технического обслуживания н ремонта:
I — при применении традиционных исто дов (Кт=0.296 Суд—1.156); 2 — при приме-
Вероятность выполнения непланового текущего ремонта в заданное время Ру (/Зад) определяется (при установленной вероятности своевременного вылета Рв и вероятности наличия в аэропорту посадки свободной бригады специалистов Рсв = 1) в зависимости от вероятности безотказной работы изделий самолета в предыдущем полете Рр. Нормативные значения Ру (/зад) не должны превышать приведенных в табл. 2.3 при Рсв 1-
Удельная оперативная трудоемкость технического обслуживания и ремонта и удельная стоимость запасных частей и материалов устанавливаются разными способами. В одном из них исходят из условия обеспечения требуемого уровня себестоимости проектируемого типа самолета и той планируемой доли,
которая свнзана с техническим обслуживанием и ремонтом самолета удельной оперативной стоимости технического обслуживания и ремонта Суд. Значения Сув в рублях на 1 ч налета определяются в соответствии с планируемой производительностью полетов самолета проектируемого класса.
При этом нормативные значения удельной оперативной трудоемкости технического обслуживания и ремонта К? должны быть не выше приведенных на рис. 2.6. В свою очередь, нормативные значения удельной стоимости запасных частей и материалов К8 не должны превышать величин, определяемых зависимостями на рис. 2.7. В ряде случаев Кг определяется в зависимости от массы конструкции самолета.
Общие требования к конструкции в отношении эксплуатационной технологичности характеризуются следующим. В конструкциях новых типов самолетов должна предусматриваться возможность широкого применения при эксплуатации технического обслуживания н ремонта по состоянию и регламентированного ремонта узлов планера Это достн-
гается за счет соблюдения ряда требований, при которых должны быть выполнены следующие условия:
конструкция систем, изделий, оборудования самолета — контролепригодна и должна обеспечивать возможность проведения дискретного (или непрерывного) контроля параметров, характеризующих их техническое состояние;
конструкция систем, изделий, оборудования самолета, их размещение и компоновка — обладать высоким уровнем эксплуатационной технологичности;
определены режимы диагностики систем, изделий, оборудования самолета (определяющие параметры, их предельные и предкритиче-ские уровни, периодичность проверок);
разработаны эффективные методы и средства технической диагностики, а также методы сбора и обработки статистической информации о техническом состоянии изделий;
установлены периодичность и объемы контроля технического состояния силовых узлов и элементов конструкции планера;
силовые узлы и элементы конструкции планера — контролепригодны, обеспечивать применение физических методов контроля и обладать высоким уровнем эксплуатационной технологичности;
все ремонтные работы, операции по замене изделий, контролю силовых узлов и элементов конструкции — сгруппированы в ремонтные формы (Р-1, Р-2, Р-3 и т.д.) с увеличивающимися по мере наработки объемами работ;
конструкция планера —приспособлена к замене агрегатов и узлов без выполнения подгоночных и с минимальным объемом регулиро-
нении метода технического обслуживания
>1 ремонта по состоянию (Кт=0.207 Суд-
ных частей к материалов
в зависи-
Т а 6 л и и а 2.3
ре
0.97 0,95 0,92 0,90 0,87 0.85
0,995 0,83 0,90 0,93 0,95 0,96 0,97
0,99 0,66 0.80 0,87 0,90 0,92 0,93
0,98 0,50 0,60 0,75 0,80 0,85 0,87
0,97 — 0,40 0,62 0,70 0.77 0,88
мости от удельной стоимости технического обслуживания и ремонта.
<№,=0.485 Суд—4.896). ! - при применении метода технического обслуживания и
—3.427)
37
36
вочных работ и с возможностью использования обменного фонда узлов и агрегатов.
Значения периодичности выполнения форм технического обслуживания и ремонта (в ч налета) должны быть не менее приведенных в табл. 2.4 [38|
Требованиями предусматривается следующее распределение ресурсов до ремонта изделий самолетов: с ресурсом менее 3000 ч должно быть не более 1 % всех изделий (по номенклатуре); с ресурсам 3000—5000 ч — не более 2 % изделий; с ресурсом 5000—10 000 ч — не более 7 % всех изделий. Остальные 90 % Изделий должны иметь ресурс более 10 000 ч н заменяться по техническому состоянию.
Оперативное время, необходимое для замены изделий при техническом обслуживании и ремонте (включая регулировочные работы и проверку работоспособности после замены), не должно превышать следующих значений:
для 60 % всех изделий и в первую очередь для авиационного и радиоэлектронного оборудования — до 30 мин. Это время определяется длительностью кратковременной стоянки самолета в промежуточных аэропортах при выполнении рейса;
для 20 изделий систем — от 30 мин до 1 ч;
для остальных изделий - от 1 до 8 ч. При этом число изделий с продолжительностью замены 6...8 ч должно быть не более 1 %.
Требования к конструкции по выполнению смазочных, контрольнокрепежных, контрольно-регулировочных работ сводятся к тому, чтобы: минимизировать число и унифицировать типы применяемых смазок, масленок и других устройств для смазки трущихся поверхностей; обеспечить легкий доступ к резьбовым соединениям, требующим проверки момента затяжки болтов, сократить число типоразмеров крепежных деталей, унифицировать размеры под ключ головок болтов и гаек; обеспечить встроенные датчики и выводные устройства в изделиях систем
Таблица 24
Периодичность обслуживания м ремонта самолетов, ч налета
Формы период» четкого технн четкого оСслу- Дальние ы средин». П hiiwmir магистральные
дальние
И OeWMITB псрсяо:*™ через 1.5—2 го- пе ос- возки 1 через I.S—2 го-
пассажиров [
Техническое обслуживание
ф-1 250 300 100 . 200
Ф-2 750 900 300 600
Ф-3 1500 1 800 900 I 1200
Ремонт
Р-1 4 000 5 000 3000 I 4 000
Р-2 8000 10 000 6 000 8000
Р-3 12 000 15000 9000 12 000
« 1 16000 20000 12 000 I 16000
38
Рис. 2 8. График оперативного обслуживания самолета Л-lOIi в конечном аэропорту
.для замера определяющих технических параметров при техническом обслуживании без их демонтажа с самолета; унифицировать присоединительные места (штуцеры, разъемы и т п.) для подсоединения к самолету контрольно-поверочной аппаратуры.
Требования по конструктивному выполнению и размещению на самолете отдельных систем и оборудования сводятся к следующему: обеспечению доступности, легкосъемиости и взаимозаменяемости изделий различных систем при их техническом обслуживании и ремонте; группировке съемных изделий в монтажные узлы (панели) и размещению их в специализированных отсеках с обеспечением нормальных условий работы в них обслуживающего персонала.
Одно из важных требований — обеспечение максимальной приспособленности конструкции самолета к переносу сроков устранения возникших неисправностей на более удобное для эксплуатирующей организации время. Этот принцип носит название принципа «несиюминутного» обслуживания и его выполнение обеспечивается как большой степенью резервирования самолетных систем, так и средствами, позволяющими изолировать отказавшее изделие (за исключением изделий, входящих в перечень «Минимально необходимого оборудования для выполнений полета»). Он позволяет максимально сократить расходы на эксплуатацию самолета при условии обеспечения безопасности полетов за счет многократного резервирования систем. Это также соз-
39
дает большие преимущества в рациональном распределении дорогостоящих запасных частей в небольшом числе опорных баз технического обслуживания.
Выполнение основных требований эксплуатационной технологичности (быстрое отыскание неисправностей, замена агрегатов, проверка работоспособности и др.) в сочетании с приспособленностью конструкции к «несиюминутному» устранению возникших неисправностей обеспечивает эффективное использование самолета при высоком уровне безопасности полетов. Например, самолет Боинг-747 приспособлен для полного обслуживания при транзитной стоянке в течение 30 и 45 мин в конечном аэропорту. Циклограмма оперативного обслуживания этого типа самолета (рис. 2.8) составлена с учетом не только работ по обеспечению посадки-высадки пассажиров и заправки самолета, но и времени на его техническое обслуживание и возможные замены агрегатов и деталей. При этом в конструкциях самолетов предусматриваются не только удобный доступ к отказавшим объектам, но и надежные методы быстрого отыскания неисправностей и их устранения для безопасности полетов. Этот принцип подхода к обеспечению эксплуатационной технологичности кратко можно охарактеризовать так: доступность — простота обслуживания и ремонта — надежность — безопасность.
2.4. АНАЛИЗ ДОСТУПНОСТИ И ЛЕГКОСЪЕМНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
В ряде случаев требуется дать комплексную оценку доступности и легкосъемности изданий для функциональной системы в целом, чтобы выбрать наилучший вариант конструирования. Решение такой задачи применительно к сложным системам, как показывают результаты выполненных исследований, может быть значительно облегчено, если воспользоваться методами корреляционного анализа.
Один из возможных путей решения задачи заключается в следующем. Прежде всего необходимо дать определение сложной техническом системы, так как общепринятое определение системы как некоторой совокупности элементов, имеющих заданную надежность, не учитывает ее технологических особенностей. Это приводит к тому, что даже одинаково надежные в работе и структурно идентичные системы могут иметь совершенно различные стоимостные характеристики при эксплуатации.
Рассмотрим некоторую совокупность из п ячеек и п изделий. Предположим, что изделия и ячейки перенумерованы и что Z-е изделие может быть помещено в J-ю ячейку (£, / = 1, 2,..., п). В этом случае полагаем, что изделие заполняет ячейку. Пусть теперь каждому изделию и каждой ячейке поставлены в соответствие некоторые их характеристики, скажем, параметр потока отказов w, i-ro изделия и затраты на техническое обслуживание Ct — f-H заполненной изделием ячейки.
Совокупность ячеек, заполненных изделиями (при заданных характеристиках ячеек и изделий), назовем сложной технической системой. При этом полагаем, что выбор варианта размещения изделий по ячейкам не нарушает структурные и функциональные особенности системы. 40
Для упрощения допустим, что затраты на обслуживание ячейки не зависят от того, каким изделием она заполнена, и что параметр потока отказов изделия не зависит от того, в какую ячейку оно помещено. Величины и Cj можем теперь рандомизировать по индексам I и /, полагая при этом число п достаточно большим, т. е. будем считать, что <а£ и С, меняются от индекса к индексу случайным образом. Это позволяет ввести рандомизированные (случайные) величины со и С, для которых и Cj рассматриваются как соответствующие отдельные реализации.
Приведенное определение системы и ее рандомизированные характеристики дают возможность учесть различные варианты размещения изделий по ячейкам системы с различными затратами на ее обслуживание, позволяют приалечь к ее исследованию корреляционный анализ.
Действительно, связывая с /-Й ячейкой некоторые, например, нормированные случайные затраты Cj на техническое обслуживание заполненной ячейки и с i-м изделием некоторую случайную нормированную его характеристику, скажем мы сможем конструировать случайные двумерные процессы {С, «}, используя для этой цели статистические характеристики случайных величин. Можно показать, что в подобных случаях коэффициент корреляции может служить мерой эксплуатационной технологичности конструкции функциональной системы в отношении доступности и легкосъемности ее изделий.
Пусть <о, С, о®, о® соответственно средние значения и дисперсии рассматриваемых величин. В соответствии с работой [131 теорема о математическом ожидании произведения случайных величин в принятых обозначениях
(2.1)
где Гс® — коэффициент корреляции С и ю.
В последнем выражении значения о>, С, оы и ос обусловливаются принятым вариантом построения сложной системы, а коэффициент гс<в в зависимости от варианта размещения изделий в ячейках может принимать как положительные, так и отрицательные значения от + 1 до — 1. В частности, выбирая вариант с отрицательным значением коэффициента гс1а, можно существенно снизить затраты аС на обслуживание сложной технической системы длительного использования.
В связи с этим возникает задача выбора наилучшего в смысле затрат на техническое обслуживание варианта системы из заданного множества. Для этого необходимо сформулировать правило, однозначно определяющее такой вариант.
Пусть
Wt < <о2 < <оя <... < «п (2.2)
и
Cj 2? Сг 2?С3> .. & Сц. (2 3)
Можно составить следующий ряд соответствий:
ю | <at | | ю8 । ...
41
Теперь с помощью выражений (2.2) и (2.3) нетрудно выяснить, что в дорогостоящих по затратам на техническое обслуживание ячейках располагаются изделия с меньшей интенсивностью отказов, и наоборот С другой стороны, условия (2.2) и (2.3) обеспечивают известное в мате матике неравенство
шСсоС. (2.5)
Сравнивая между собой выражения (2.5) и (2.1), находим, что
-1<гсю<0. (2.6)
Можно показать также на основе того же неравенства, что если
С|>| <1>2 <03 <йи
И
то ряд типа (2.4) приведет к соотношению
(2.7) и здесь 0 « rctll < 1. (2.8)
Если в дорогостоящих ячейках располагаются теперь изделия с большей величиной параметра потока отказов, то коэффициент корреляции будет положителен, а затраты на обслуживание возрастут.
Из выражений (2.5...2.8) следует, что оптимальный по затратам па техническое обслуживание вариант функциональной системы при указанных характеристиках изделий и ячеек расположен в том подмножестве вариантов, для которых корреляция отрицательна. Если в выражении (2.2) или (2.3) Два соседних элемента поменять местами, то затраты на обслуживание системы увеличатся и, следовательно, ряд (2.4) при условиях (2.2) и (2.3) дает оптимальный по затратам на обслуживание вариант сложной системы п является правилом оптимального стохастического конструирования систем.
Пример 1. Функциональная система, состоящая нз шести изделий, находилась в режиме подконтрольной эксплуатации на группе самолетов Результаты статистического обследования системы представлены в табл. 2.5, где ы = К1000
Таблица 25
К» изделия К,ООО K..W «у № изделия
Исходный вариант Наилучший вариант
размещения изделий размещения изделий
системе в системе
1 0.234 105 24,57 1 0,234 120 23,08
2 0,358 100 35,8 2 0,358 105 37,59
3 0,265 120 31,8 3 0,265 ПО 29,15
4 0,078 НО 8,58 4 0,078 135 11,53
5 0,452 135 61,02 5 0,452 100 45,2
6 0,0624 140 8.74 6 0,0624 140 8,74
Средние 0,242 118,3 28,4 Средние 0,242 118,3 26,71
42
означает число отказов изделий, приходящееся на 1000 ч работы, а С—/у—время устранения отказа (замены изделия). Требуется дать оценку эксплуатационной технологичности системы путем определения коэффициента корреляции между К1С(Ш и /у.
Из (2 I) находим выборочный коэффициент корреляции.
Пу Ajooo —
28,4 —0,242-118,3
=------- - — —0,094.
I/O.02-227,6
Уравнение регрессии соответственно будет иметь вид (рис. 2.9)
Кюоо =-0,252—0.0000875/у-
Как видно, коэффициент корреляции в данном случае отрицателен, но его абсолютное значение мало. Л это означает, что при существующем уровне безотказности изделий размещение их по ячейкам произведено не наилучшвм образом
Пример 2. В условиях приведенного выше примера требуется указать лучший вариант размещений изделий системы.
Для решения этой задачи воспользуемся правилом конструирования, согласно которому менее надежные изделия следует размещать в ячейках, требующих наименьших затрат на обслуживание или замену изделий. Используя данное правило, приходим к следующей схеме размещений изделий (см. табл 2.5). При этом затраты по всем ячейкам сохраняются неизменными
Повторяя схему расчетов, используемую в примере 1, находим средние дисперсии величин К1СОО и /у.
Для коэффициента корреляции в данном случае
26,71-0,242-118,3 1/0.02-227,6
а уравнение регрессии будет иметь следующий вид (см. рис. 2.9):
К юоо=3.40—0,00.083/,.
Таким образом, средние затраты на устранение отказов изделий 8Г1000 становятся меньше (26,7| против 28,4 в предыдущем примере), а абсолютное значение коэффициента корреляции получается почти на порядок выше прежнего.
В приведенном примере мы не учитываем наличие возможных функциональных или иных связей между изделиями и условно принимаем, что любое изделие системы может быть помещено в любую ячейку системы из числа имеющихся. Между тем, в отдельных случаях такие связи следует учитывать. В работе 1491, в частности, используется сходное определение сложной системы и предлагается алгоритм ее оптимизации для случая, когда изделия связаны между собой по какому-либо закону и известен граф, учитывающий такую связь.
43
2.5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ
САМОЛЕТОВ ЗАРУБЕЖНЫМИ ФИРМАМИ
Потребность в техническом обслуживании и ремонте авиационной техники существенно сокращается благодаря упрощению конструкции, повышению ее надежности и эксплуатационной технологичности. При решении этих задач на стадии проектирования специалисты авиационных фирм учитывают материальные расходы, трудоемкость технического обслуживания и ремонта, продолжительность подготовки самолета к полету, характеристики надежности, продолжительность и периодичность замены изделий, продолжительность выявления отказов и неисправностей и другие факторы.
Большое внимание на этапе разработки конструкции планера уделяется возможности уменьшения стоимости и трудоемкости его технического обслуживания. К материалу, типу конструкции и уровням напряжений предъявляется следующее требование — в случае серьезного повреждения конструкции скорость его распространения должна быть такова, чтобы обеспечивалась безопасность эксплуатации в течение периода, соответствующего установленному интервалу между плановыми осмотрами. Теоретические расчеты подтверждаются усталостными испытаниями.
Программа испытаний самолетов А-300, например, охватывала 100 тыс. имитированных полетов с типичными нагрузками. Элементы планера подвергались углубленной проверке с последующей разработкой. По результатам испытаний был установлен ресурс до первой проверки в эксплуатации 20 тыс. ч налета. Была поставлена задача обеспечить максимальную доступность элементов конструкции дпя контроля их состояния. Неразрушающие методы контроля проводятся в том случае, когда визуальный осмотр затруднен. На самолете А-300 все многократно снимаемые панели крыла имеют легкосъемные зажимы. Номера зажимов каждой панели раскрашены в целях экономии времени для снятия.
На самолете Б-747 установлено более 700 люков и панелей, из них почти 500 предназначено специально для технического обслуживания и контроля всех частей самолета. Все оборудование систем сконцентрировано в технических отсеках для удобства обслуживающего персонала, специализированного по видам оборудования. Все технические отсеки, съемные панели и люки этих отсеков имеют удобное цифро-буквенное обозначение. Три цифры обозначают номер отсека, буквы — расположение в пределах отсека. Этим обеспечивается быстрое определение месторасположения узлов и деталей по соответствующим спецификациям руководств по техническому обслуживанию. Подобные технические отсеки предусмотрены в конструкциях и других типов самолетов. Некоторые фирмы-изготовители построили полноразмерные тренажеры (макеты) своих новых самолетов, которые позволяют определять наиболее удобные варианты расположения трубопроводов, кабелей, проводки, агрегатов друг относительно друга с оценкой их доступности и легкосъемиости.
44
На самолете Б-747 имеются четыре автономные гидравлические-системы. Питание их осущесталяется от четырех гидронасосов с приводом от двигателей или от четырех резервных гидронасосов с воздушным приводом. Все восемь гидронасосов взаимозаменяемы независимо от вида их приводов. При наземном обслуживании может быть применена ВСУ для проверки работоспособности гидросистем. В полете мощности одного гидронасоса даже при работе двигателя в режиме авторотации достаточно для питания всех четырех гидросистем. Модульная конструкция позволяет производить замену агрегатов без рассоединения трубопроводов гидросистемы.
Большинство агрегатов гидросистемы установлено в пилонах соответствующих двигателей. Все гидроаккумуляторы имеют датчики для контроля давления. Незначительная негерметичность гидросистемы может быть определена простым устройством с датчиком расхода, установленным на самолете. Для контроля герметичности достаточно провести кратковременный замер. При проектировании гидросистемы самолета Л-1011 фирма предусмотрела установку более 900 сменных отрезков трубопроводов, причем около 98 % из них могут быть заменены при техническом обслуживании за время, не превышающее 30 мин.
Все электрические разъемы самолета Б-747 выполнены с помощью надежных штепсельных разъемов, и только силовая проводка генераторов имеет клеммные разъемы. Наконечники проводников трехфазиого тока окрашены в специальные цвета. Блоки выпрямительных устройств рассчитаны для работы без принудительного охлаждения при наземных проверках. Периодичность обслуживания самолетных аккумуляторов увеличена за счет повышения объема электролита, контроль за уровнем которого осуществляется по индикатору без снятия крышек аккумулятора. Техническое обслуживание генераторов облегчается выдвижными разъемами на блоках управления генераторами. Отказы генераторов сигнализируются на приборной доске бортинженера в начальной стадии разрушения их подшипников.
Приводы управления элеронами, интерцепторами, рулями высоты и направления — гидравлические. Уборка и выпуск закрылков осуществляются гидромоторами через трансмиссии и винтовые подъемники. Все приводы управления рассчитаны на работу в течение всего ресурса самолета без замены уплотнений. Большинство агрегатов и деталей системы управления может быть заменено без дополнительных регулировок. Блоки концевых выключателей, как правило, регулируются на стендах в лабораторных условиях и после их установки на самолет требуют только контрольной проверки.
Отличительные особенности конструкции системы управления Б-747 состоят в следующем: вкладыши гермовыводов тросовой проводки могут быть заменены без нарушения регулировки системы; программное устройство элеронов может быть заменено в условиях транзитного аэропорта без разборки узла; гидравлические трубопроводы, навитые спиралью, заменяют гибкие шланги, чем повышается надежность системы.
Обычное техническое обслуживание шасси производится без вывешивания самолета. Конструкций основного шасси самолета позволяет
45
применять специальные ямы для заменыдеталей и агрегатовили стойки целиком.
Все колеса шасси имеют датчики давления, что упрошает контроль и зарядку пневматиков На колесах установлены датчики температуры, сигнализирующие бортинженеру о перегреве тормозов. Быстрая замена тормозов возможна благодаря тому, что тормоз колеса крепится только одним болтом к тормозной тяге. Тормоза рассчитаны на 1000 посадок, колеса имеют гарантию на 25 тыс миль пробега. Вылет самолета разрешается при двух отказавших тормозах. Противогазовые датчики тормозов установлены в торцах осей тележек, и их замена возможна без съема тормозов. Рабочая жидкость амортизаторов шасси и уплотнения между цилиндром и штоком амортизатора могут быть заменены без съема стойки с самолета. Все тележки основного шасси, конструктивные элементы шасси, оси колесных тележек взаимозаменяемы.
Топливные системы современных самолетов проектируются с учетом требований обеспечения хорошего доступа ко всем агрегатам п их замены при необходимости без слива топлива из баков (топливные насосы и электрооборудование топливной системы).
На последних моделях зарубежных самолетов все большее внимание уделяется встроенным системам контроля (ВСК) состояния работоспособности изделия, которыми может пользоваться как летный, так п инженерно-технический состав. Это исключает необходимость большой обработки информации летным составом при отказах в полете, не влияющих на безопасность полетов
На самолете Б-747, например, ВСК имеют следующие системы: радиолокатор, приборная сигнализация, источники электроэнергии, радиовысотомеры, система навигации ВОР'ИЛС, радиопеленгатор, дальномерная аппаратура, маркерный радиомаяк, система расхода топлива, система кондиционирования, автопилот, демпфер рыскания, автомат управления тягой, противогазовая автоматика, управление шасси и др. Пульты управления и исполнительные блоки ВСК устанавливаются в специальных отсеках фюзеляжа. На приборные доски экипажа выводится минимально необходимая сигнализация. Например, для системы противогазовой автоматики на приборной доске экипажа установлена индикаторная лампочка, сигнализирующая о наличии неисправности в этой системе. Поиск отказавшего изделия из числа 46 контролируемых элементов противогазовой автоматики осуществляется на пульте управления бортинженера или в приборном отсеке фюзеляжа.
Преимущество наличия ВСК противогазовой автоматики на Б-747 может быть подтверждено сравнением времени, затрачиваемого на отыскание неисправност ей и замену агрегата в этой системе на самолетах Б-707 и Б-747 (табл. 2.6).
Аналогичные преимущества имеют ВСК и других самолетных систем, особенно электросистем, определение неисправностей которых обычно затруднено. На Б-747 ВСК позволяют бортинженеру или наземному инженерно-техническому персоналу быстро определить неисправность любого из 26 блоков системы силового электропитания самолета. Пульты ВСК могут выдавать информацию о неисправностях по 46
Таблица 26
Вид работ Время отыскания неисправностей и замена агрегатов на самолетах.
затрат времени «а Б 747 По
Б 707 Б 7<7
с Б-707
Выявление неисправности 30 3 В 10 раз
Замена тормозного клапана 60 15 В 4 ряза
Замена коробки управления 30 5 В 6 раз
Проверка системы 20 i В 20 »
запросу в случае необходимости и при наличии сигнала о неисправностях в электросистеме в целом.
Особое внимание в последние годы уделяется вопросам обеспечения эксплуатационной технологичности двигателей. Решаются такие задачи, как обеспечение модульных конструкций, их контролепригодности, возможности внутреннего контроля основных частей двигателя и устранения ряда неисправностей непосредственно «на крыле», легкосъемности при замене отдельных модулей и двигателя в целом.
Для облегчения технического обслуживания и ремонта двигатель CF-6 самолета Б-747 имеет возможность модульной разборки основных частей. Без съема двигателя с самолета могут быть сняты и заменены следующие модули: ротор вентилятора в сборе, передний ротор компрессора, корпус турбины, жаровые трубы камер сгорания, турбины высокого и низкого давления, узлы подшипников № 1, 3 и 4 лопатки направляющего аппарата, лопатки вентилятора. Однако в настоящее время многие авиакомпании предпочитают заменять отдельные модули на снятом двигателе в мастерских Опробование двигателя в случае замены одного из модулей выполняют на крыле с таким же успехом, как если бы он был на испытательном стенде. Для этих целей фирма «Пратт-Уити и», например, расширяет функциональное назначение приборной панели бортинженера.
Внутренний контроль камер сгорания, турбин и частей компрессора осуществляется с помощью бороскопов через 20 отверстий в корпусе двигателя.
_Двигатель ALF-502R-3 самолета БАе-146 состоит из четырех модулей. Модульная конструкция позволяет обслуживать двигатель «на крыле», причем замену модулей могут выполнить два человека за 4 ч. Непосредственно «па крыле» могут быть заменены лопатки и статор вентилятора, привод редуктора и вентилятора, лопатки и статор компрессора низкого давления, жаровые трубы камер сгорания и термопары с проводкой и другие узлы. Небольшие размеры модулей позволяют транспортировать их в переднем грузовом отсеке самолета БАе-146.
Первым отечественным двигателем, создававшимся с учетом возможности замены модулей в эксплуатации, является Д-36. Двигатель состоит из 12 модулей (рис. 2.10), каждый из которых может быть заменен «на крыле» или в условиях АТБ после съема с самолета [39]. Важное требование для снижения простоя самолета — сокращение времени.
it nw s в
Рис. 2 10. Схема модулей двигателя:
необходимого на съем двигателя. Для модульного двигателя снижение простоя самолета может быть обеспечено как легкосъемностью двигателя целиком, так и его отдельных модулей. Применительно к двигателю Д-36 пока еще нельзя
кия; 4 — корпус споры турбины; 5 — ротор турбины низкого давления. € — турбяна вентилятора; 7 — узел задней опоры; 8 — коробка приводов; Р - компрессор низко*
дать окончательных рекомендаций. По данным разработчика, для замены колеса вентилятора требуется 3 ч, спрямляющего аппарата вентилятора 21, вала вентилятора 9, компрессора низкого давления 45, коробки приводов 12, корпуса задней опоры 9, турбины вентилятора 17,5, ротора турбины низкого давления 22,5, корпуса опоры турбины 14, ротора турбины высокого давления 36, камеры сгорания 45 ч.
При конкретной замене модулей решающее значение могут иметь такие факторы, как наличие резервного двигателя и модуля, возмож
ность выполнения операции замены модуля по наличию оборудования и соответствующих условий в том месте, где потребуются замена и наличие квалифицированного технического состава.
Анализ имеющихся материалов показывает, что эксплуатационная
технологичность и, в частности, модульность конструкций фирмами-изготовителями отрабатывается и для двигателей, устанавливаемых на военных самолетах. Двигатель F-100, например, расположенный на самолетах F-15 и F-16, по своим основным данным и характеристикам относится к числу лучших образцов зарубежных ГТД военной авиации. •Он состоит из пяти модулей, значительно облегчающих ремонт и замену узлов двигателя в эксплуатационных условиях. Обеспечение эксплуатационной технологичности двигателя осуществлялось по специальной программе в соответствии с требованиями военных стандартов MIL — STD -= 470 А и MIL Е— 5007D. В контракте на разработку и поставку двигателей содержатся требования но уровню трудозатрат на обслуживание и ремонт, приходящихся на 1 ч налета. Для самолета F-16 эти трудозатраты составляют 2 чел.-ч на 1 ч налета, «а время замены двигателя составляет 20...30 мин.
Каждый из пяти модулей двигателя может быть снят, заменен и транспортирован отдельно. Модули остаются в эксплуатации (не обязательно на одном и том же двигателе) до тех пор, пока их наработка
не достигнет установленного для них ресурса или не возникнут какие-либо условия, требующие съема модуля с двигателя.
Сами двигатели устанавливаются на съемных направляющих рельсах, которые совмещаются с рельсами на тележке, предназначенной для их съема. На двигателе используются быстродействующие механические и электрические разъемы. Топливопроводы в гондолах двигателя самоуплотняющиеся. После установки двигателя дополнительная регулировка не требуется. Свободный доступ к десяти точкам соедине-
48’
ния проводок систем и крепления обеспечивает возможность замены двигателя за 20 мин
Ввод бороскопов через все предусмотренные для этой цели отверстия возможен без съема двигателя с самолета. Модульная конструкция двигателя, его повышенная контролепригодность создают возможность для проведения технического обслуживания и ремонта по состоянию.
Глава 3
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЯОФДГИЕ С КОНТРОЛЕМ
УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ
3.1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Стратегия технического обслуживания изделий авиационной техники по состоянию с контролем уровня надежности — одна из наиболее распространенных. Она соответствует стратегии эксплуатации (использования) изделий до отказа. Практическое применение данной стратегии технического обслуживания позволяет существенно сократить затраты на техническую эксплуатацию, что привело к широкому ее внедрению в гражданской авиации за рубежом. Доля изделий функциональных систем самолетов, эксплуатируемых без установленных межремонтных ресурсов, непрерывно увеличивается, причем не только на новых типах самолетов, но и на эксплуатирующихся длительное время [9, 38, 42I.
К характерным особенностям стратегии обслуживания с контролем уровня надежности можно отнести следующие. Каждое из изделий эксплуатируется до отказа. Межремонтных ресурсов для них не устанавливается. Техническое обслуживание каждого конкретного изделия заключается в выполнении необходимого объема работ по регулировке, калибровке, обнаружению возникших отказов и неисправностей и их устранению. Для конструктивно сложных изделий может оказаться целесообразным выполнять замену некоторых из их составных частей по наработке, если такая замена возможна без необходимости разборки изделия в стационарных условиях. Применительно ко всему парку од нотипных изделий осуществляется контроль уровня надежности В случаях, когда фактический уровень надежности того или иного типа изделий ниже нормативного, проводится тщательный анализ причин отклонения и осуществляются мероприятия по его повышению.
Внедрение технического обслуживания изделий с контролем уровня надежности предполагает решение ряда организационных и технических задач, в том числе: организацию оперативного сбора и обработки информации о надежности, позволяющую определять фактические уровни надежности эксплуатируемых типов изделий; разработку метода установления нормативных значений уровней надежности для каждого типа изделий; организацию оперативного сравнения фактического уров-, ня надежности с нормативным и выполнение анализа возможных
49
последствий; создание комиссии для принятия решений о возможности продолжения эксплуатации изделий того или иного типа до отказа и разработки мероприятий по поддержанию уровня их надежности. Такими мероприятиями могут явиться: назначение дополнительных работ но обслуживанию и ремонту; изменение периодичности контроля надежности; изменение условий или режимов эксплуатации; выполнение конструкторских доработок; переход на стратегию обслуживания и ремонта но наработке.
Важной особенностью стратегии обслуживания с контролем уровня надежности является ее исследовательская направленность, ориентирующая авиакомпании на регулярное оценивание пригодности самолета к безопасной и экономичной эксплуатации. На основании полученных оценок осуществляется единственный для этой стратегии способ управления надежностью путем реализации мероприятий, оказывающих воздействие на весь парк эксплуатируемых изделий данного типа. Применение стратегии обслуживания с контролем уровня надежности изделий должно производиться с учетом их эксплуатационных свойств, характеристик надежности, а также реальных возможностей для выполнения изложенных выше задач.
Область применения данной стратегии обслуживания целесообразно ограничить изделиями: отказы которых не алияют на безопасность полета, что устанавливается анализом надежности функциональных систем при выборе и назначении стратегий технического обслуживания; для которых имеет место экспоненциальное распределение вероятности безотказной работы; надежность которых позволяет обеспечить выполнение требований по регулярности полетов п экономической эффективности процесса технической эксплуатации самолета; обладающими высокой эксплуатационной технологичностью, в том числе лег-косъемностыо, доступностью, взаимозаменяемостью; затраты на эксплуатацию которых до отказа (при обслуживании с контролем уровня надежности) не превышают затрат на планово-профилактическое техническое обслуживание; имеющими индикацию отказов бортовыми или наземными средствами контроля с минимальными трудовыми затратами в заданное время 138, 42).
Стратегия технического обслуживания по состоянию с контролем уровня надежности в настоящее время получила наиболее широкое применение для изделий функциональных систем самолетов, в частности для систем кондиционирования воздуха и регулирования давления, противообледенительной, гидравлической и топливной систем, агрегатов силовой установки. Вместе с тем на практике применение данной стратегии технического обслуживания в ряде случаев еще ограничено возможностью решения организационно-технических задач с учетом особенностей эксплуатационных предприятий (пвличие ЭВМ и обученного персонала, возможность ор1аннзации оперативного сбора информации по надежности для совокупности однотипных изделий и др.). При условии снятия этих ограничений целесообразность применения стратегии технического обслуживания с контролем уровня надежности для изделий систем должна определяться с учетом возможности получения экономического эффекта при эксплуатации парка самолетов. БО
3.1. КОНТРОЛЬ УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ ОДНОТИПНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Контроль уровня надежности совокупности однотипных изделий осуществляется статистическими методами Данным видом контроля охватывается, как правило, большинство агрегатов и узлов независимо от применяемой к ним стратегии технического обслуживания и ремонта. Однако только для стратегии технического обслуживания с контролем уровня надежности этот вид контроля является основным.
При данной стратегии обслуживания критерием технического состоянии совокупности однотипных изделий систем самолетов является уровень надежности, выражаемый соответствующим показателем. Такой показатель должен нести максимум информации о техническом состоянии изделий, быть удобным для проведения оперативного сравнительного анализа, а также быть критичным к изменениям процесса технической эксплуатации парка самолетов (изменению условий эксплуатации, уровню восстановления функциональных систем). Наиболее полно таким требованиям в условиях эксплуатации авиационной техники отвечают следующие показатели параметр потока отказов со и число отказов изделий, приходящихся на 1000 ч налета К ||НМ, |14|.
Требования к информации по надежности предусматривают разработку номенклатуры исходной информации, форм ее представления, организационных форм сбора с указанием места получения и ответственных лиц. Существующая в настоящее время система сбора и учета информации о надежности авиационной техники является еще недостаточно оперативной и не обеспечивает необходимую полноту и достоверность информации для решения поставленных задач при стратегии обслуживания с контролем уровня надежности. Изучение зарубежных материалов и отечественной практики контроля уровня надежности изделий авиационной техники 114, 56] позволяет определить номенклатуру исходной информации, которая должна содержать следующие сведения: число изделий в системе; вид отказа; место проявления, причину проявления, последствия, число отказов, выявленных за контрольный период времени; налет наблюдаемой совокупности изделий за контрольный период времени; данные о задержках вылета за контрольный период времени; стоимость замены изделия, а также профилактического обслуживания и ремонта.
Для обработки исходной информации используются известные методы математической статистики: оценка параметров распределения но выборке (методы максимального правдоподобия, моментов, разделяющих разбиений), проверка статистических гипотез о законе распределения наработки до отказа п др При этом учитывается переменность парка (измеряющийся объем выборки). В ряде случаев дополнительно к информации о надежности всей совокупности изделий используется информация о техническом состоянии их отдельных Образцове наибольшей наработкой. Образцы изделий, имеющие наибольшую наработку, периодически снимаются с самолетов, полностью разбираются и подвергаются всесторонним исследованиям технического состояния. Цель
51
этих мер — заблаговременно выявить слабые места конструкции изделия и предупредить приближение предотказного состояния.
Особое место при применении стратегии технического обслуживания с контролем уровня надежности занимают выбор и назначение нормативного (допустимого) уровня надежности /?доп. который устанавливается для каждого типа изделия с учетом стоимостных затрат на техническое обслуживание и ремонт и зависит от парка контролируемых самолетов (объема выборки). Задача определения /?Д()|1 решается с учетом обеспечения эффективности использования авиационной техники по критерию минимальных затрат с = f (/?доп).
Для начального периода внедрения стратегии технического обслуживания изделий с контролем уровня надежности установление допустимого уровня надежности /?доп осуществляется на основании опыта эксплуатации изделий или их аналогов за предыдущие 2—3 года эксплуатации. При этом учитывается информация о надежности изделий, которой располагают предприятия-разработчики по результатам проведения стендовых, ресурсных и заводских испытаний. Для отслеживания фактических уровней надежности изделий и своевременного обнаружения сдвигов значений показателей рекомендуется применять следующую периодичность учета: ежемесячный контроль; поквартальный контроль, годовой учет данных.
Фактический уровень надежности изделий /?ф определяется в соответствии с выбранным показателем надежности. При использовании таких показателей, как параметр потока отказов ы и количество отказов, приходящихся на 1000 ч налета Кхаоо, рекомендуется следующий способ контроля уровня надежности (14, 361.
В качестве исходной информации служат: наблюдаемое число отказов изделий систем самолетов при эксплуатации лф; налет парка самолетов, находящихся под наблюдением /; число однотипных изделий на самолете, уровень надежности которых контролируется а.
Уровень надежности совокупности однотипных изделий контролируют путем сравнения наблюдаемого числа отказов пф с верхней границей регулирования (ВГР), представляющей собой допустимый уровень надежности. Наблюдаемое число отказов в определенные интервалы времени имеет случайный характер от нуля до ВГР. Значение верхней границы регулирования определяется с использованием распределения Пуассона. ВГР определяет с принятой вероятностью раад верхний предел отказов п — ВГР, который не будет превышен с заданной вероятностью раад при наличии одних лишь случайных причин:
п = ВГР V (“ст Г a)
2 ——е
(3.1)
п= 0
где <ост — запланированный параметр потока отказов, представляющий собой допустимый уровень надежности /?доп.
Для определения ВГР требуется знать значение раад вероятности того, что случайное число отказов не превысит верхней границы. Оно обычно устанавливается исходя из экономических соображений. Нали-
чие на современных самолетах различных видов резервирования отдельных изделий и функциональных систем не исключает необходимости своевременного устранения отказов. В зарубежной практике, например, для определения ВГР принимают ряая = 0,975. Этоозна-чает, что случайный выброс за верхнюю границу может произойти с вероятностью 0,025, что считается маловероятным, и поэтому в случае
превышения наблюдаемым числом
отказов верхней границы регулирования предполагается наличие неслучайных причин. Для их устранения требуется разработать и осуществить конкретные мероприятия. Таким образом, если число отказов (замен) изделий за контрольный период превышает верхнюю
границу, то это служит сигналом о снижении их надежности.
Кроме того, определяется тенденция изменения показателя надежности, вычисленного для контрольного периода заданной длительности, включающего текущий месяц. Контрольный период (месяц, квартал, год) является скользящим и ежемесячно смещается. Для анализа полученной последовательности используется регрессионный анализ.
Результаты контроля уровня надежности во многих зарубежных авиакомпаниях оформляются в виде ежемесячного отчета. В отчете авиакомпании «Пан Америкэн», например, для каждого типа изделия содержится следующая информация: число отказов за отчетный месяц; верхняя граница допустимого числа отказов за месяц; параметр потока отказов за отчетный месяц; параметр потока отказов за такой же месяц прошлого года; параметр потока отказов за год, оканчивающийся в начале отчетного месяца; параметр потока отказов за год, оканчивающийся в конце отчетного месяца; верхний и нижний доверительные пределы для параметра потока отказов за год, завершающийся в конце отчетного месяца; данные регрессионного анализа значений параметра потока отказов за последние 6 мес.
На практике иногда используют относительную величину ВГР/лож, которая представляется в виде функции ВГР'лож ----- F (now). Она имеет ступенчатый характер (рис. 3.1) ввиду дискретности решения уравнения (3.1) для различных значений ыст. Построение указанной функции является предварительной информацией и при реализации стратегии технического обслуживания с контролем уровня надежности позволит выбирать ВГР по пож с учетом объема выборки изделий, находящихся под наблюдением.
В данном случае контроль за уровнем надежности осуществляется сравнением величин пф и ВГР. Выполнение неравенства пф < ВГР служит сигналом для продолжения эксплуатации изделий с применением стратегии технического обслуживания с контролем уровня надежности. При «ф ВГР (превышение верхней границы) изделие заносится в списки с низким уровнем надежности и применительно к нему разрабатываются мероприятия по повышению надежности. Затем
53
Рис. 3.2. Схема последовательности вычислений при стратегии технического обслуживания и ремонта с контролем уровня надежности
проверяется экономическая целесообразность их внедрения. При отрицательном выводе рассматриваются недостатки объекта (конструктивные, технологические). Если в результате проведения мероприятий надежность не повышается, то изделие заносится в перечень наиболее часто отказываемых. Для этого типа изделия временно назначается другая стратегия технического обслуживания и ремонта (по наработке) и определяются режимы технического обслуживания и ремонта.
Использование стратегии технического обслуживания и ремонта с контролем уровня надежности, базирующейся на обработке статистической информации на протяжении всего периода эксплуатации, предполагает широкое использование ЭВМ (рис. 3.2).
В ряде случаев ЭВМ используется не только как средство оперативной обработки информации, но и как активное звено, управляющее качеством технической эксплуатации изделий функциональных систем самолета. Под управлением качеством в данном случае понимают обеспечение и поддержание необходимого уровня надежности при эксплуатации совокупности однотипных изделий путем систематического выборочного контроля при наименьших затратах.
Блок-схема управления процессом технической эксплуатации совокупности однотипных изделий при применении стратегии технического обслуживания по состоянию с контролем уровня надежности приведена на рис. 3.3.
В данном случае объектом управления (ОУ) является сам объект эксплуатации (ОЭ), представленный совокупностью однотипных изделий функциональных систем самолетов, и процесс их технической эксплуатации (ПТЭ). Информация о надежности изделий г поступает в блок обработки информации (БИ), где происходят вычисление статистических характеристик надежности, определение фактического уровня надежности /?ф, накопление качественной и количественной информации по отказам Z, информации о наработке объектов Т и технико-экономической информации С.
Обработанная информация поступает в блок анализа (БА). Там происходит сравнение количествен-
54
Рис. 3.3. Блок-схема управления процессом технической эксплуатации совокупности однотипных агрегатов при применении стратегии обслуживания с контролем уровня иадежиости
них характеристик надежности R,t, с допустимыми значениями уровня а также анализ качественной информации по отказам (вид отказа, место проявления, последствия) с накопленной информацией за предшествующие периоды эксплуатации Z', поступающей из блока памяти (БП). Блок анализа направляет результаты анализа в оперативный блок (БО), где они преобразуются в команды управления, воздействующие непосредственно на процесс технической эксплуатации, а через него на объект эксплуатации (совокупность однотипных изделий).
Результатом анализа информации является заключение о том, находится ли фактический уровень надежности в ноле допуска. Если
< RaOU, то оператор вырабатывает команду на продолжение эксплуатации с контролем уровня надежности б/? < 0. Если же R^~> ~> Raou, то в блоке анализа происходит анализ качественной информации Z и оператор вырабатывает команду на изменение процесса эксплуатации (б/?;> 0), а также мероприятия по дальнейшей эксплуатации 6Z (назначение дополнительных работ по техническому обслуживанию; изменение периодичности контроля надежности и условий эксплуатации; выполнение конструкторских доработок; временный переход на стратегию обслуживания и ремонта по наработке). Программный блок (БП) служит для формирования допустимого уровня надежности Rnoa в зависимости от характеристик наработки Т и экономических факторов С и, в свою очередь, формирует для блока обработки информации необходимые требования для статистического контроля Ск по объему выборки и периодичности контроля.
Программный блок, блок обработки информации, блок анализа, оперативный блок должны представлять единую автоматизированную систему обработки информации по управлению технической эксплуатацией совокупности однотипных изделий.
При внедрении стратегии обслуживания с контролем уровня надежности представляется возможным ограничиться отдельным набором программ ЭВМ с привлечением инженерного анализа для качественной оценки технического состояния изделий. При этом принятие решения и выдача команд должны осуществляться ответственными должностными лицами.
5f
Рассмотрим методику контроля уровня надежности на примере изделий системы кондиционирования воздуха и регулирования давления самолета Ту-154. Исходная информация содержит следующие даиныегтип самолета — Ту-154; наименование функциональной системы; перечень изделий (распределитель 513, клапан обратный фиксируемый 5102, турбохолодильиик 16217", кран наддува 4602); число однотипных изделий в функциональной системе — а; стандартное (плановое) значение показателя надежности — TCiooo- установленного предварительно на контрольный период для каждого типа изделия, исходя из требований обеспечения эффективности процесса технической эксплуатации самолета Ту-154 для авиапредприятия; контрольные периоды (апрель, май, июнь, июль 1983); статистические данные за контрольные периоды, включающие налет наблюдаемого парка самолетов — 7"; число отказов, выявленных в полете и при всех видах технического обслуживания, повлекших преждевременное снятие изделий с самолета — п (табл. 3.1— 3.4).
Контроль уровня надежности осуществляется статистическими методами с использованием для расчета верхней границы регулирования (ВГР) закона Пуассона:
иго / Кпл а Г Кпл Та
ВГР 1*1000" 1000 I *1000 1000
Р = > ------------------ е
п'-
п~ 0
(3.2)
где Р — заданная вероятность того, что фактическое число отказов не превысит верхней границы (Р = 0.975); К"о00 — цлаиовое значение показателя надежности (характеризует запланированный темп повышения эффективности ПТЭ); п — текущее значение числа отказов; Т — налет парка самолетов на контрольный период; а — число однотипных изделий на самолете.
Статистическое регулирование при контроле уровня надежности выполняется для однотипных изделий на основании данных, приведенных в табл. 3.5—3.8 при сравнении фактического числа отказов п за контрольный период с ВГР, рассчитанной по уравнению (3.2) с использованием информации текущего контрольного периода (Kjooo’ Т, а)- Невыполнение условия п <Z ВГР отмечалось знаком «*» (табл. 3.6—3.8). На основе представленных статистических данных для агрегатов, отмеченных знаком «*», проводился анализ причин понижения надежности за май и июль месяц 1983 г. и выдвигалась гипотеза о действующем факторе. В табл. 3.9 рассмотрены случаи наличия сигнала (+) о превышении ВГР при анализе надежности изделий 513 и 4602.
Таблица 3.1
Наименование изделия Тип изделия Число на самолете к пл 4 1 0 0 0 Статистические- данные за контрольный период
Предшествующий месяц 03. 1983г. Текущий месяц Квартал 02.—04. 1983 г. 05. 06. Год 1982 — 1893 гг.
04. 1983 г.
п т И Т п т п т
Распределитель 513 5 0,047 1 3389 2 3783 4 10168 14 42 830
Клапан обратный 5102 4 0,065 1 3389 1 3783 3 10 168 13 42 830
фиксируемый Турбохолодильиик 16217" 2 0,012 0 3389 0 3783 0 10 168 1 42 830
Кран наддува 4602 3 0,117 3 3389 2 3783 6 10168 17 42 830
56
Таблица 3.2
Наименование изделия Тип изделия ty ч о X СЧ « о 5 К з- О С5 Чо Сн Статистические данные за контрольный период
Предшествующий месяц 04.1983 г. Текущий месяц 05.1983 г. Квартал 03.—05. 1983 г. Год 04.1982— 05.1983 гг.
п т п т п т п т
Распределитель 513 5 0,047 2 3783 4 3990 7 11 159 17 42 432
Клапан обратный .5102 4 0,065 1 3783 0 3990 2 11 159 II 42 432
фиксируемый Турбохолодильник 1621Т 2 0,012 0 3783 0 3990 0 11 159 1 42 432
Край наддува 4602 3 0,117 2 3783 3 3990 8 И 159 20 42 432
Таблица 3.3
Наименование изделия Тип изделии Число на самолете 1 О г; о Е-и Статистические данные за контрольный период
Предшествующий месяц 05.1983 г. Текущий месяц 06.1983 г. Квартал 04.-0.6 1983 г. Год 07 J 982-Ое. 1983 гг.
л т п т п т п Т
Распределитель 513 5 0,047 4 3990 2 4551 8 12 324 18 39 131
Клапан обратный фиксируемый 5102 4 0,065 0 3990 0 4551 1 12 324 8 39 131
Турбохолодильиик 16217- 2 0,012 0 3990 0 4551 0 12 324 1 39 131
Кран наддува 4602 3 0,117 3 3990 0 4551 5 12 324 18 39 131
Таблица 3.4
Наименование изделия Тип изделия Число на самолете О о о Е к. Статистические данные за контрольный период
Предшествующий месяц 06.1983 г. Текущий месяц 07.1983 г. Квартал 05. -07. 1983 г. Год 08.1982— 07.1983 гг.
п т л т л т л т
Распределитель 513 5 0,047 2 4551 1 4791 7 19 42 930
Клапан обратный фиксируемый 5102 4 0,065 0 4551 2 4791 2 13 332 10 42 930
Турбохолодильник 16217- 2 0,012 0 4551 1 4791 1 2 42 930
Край наддува 4502 3 0,117 0 4551 6 4791 9 24 42 930
57
Таблица 3.5
Наименование агрегата Тип агрегата Число на самолете О Ч о Ем * Безотказность за контрольный период
Предшествующий месяц 03.1983 г. Текущий месяц 04.1983 г. Квартал 02.04. 1983 г. Год 05.1982-04.1983 гг.
п ВГР п ВГР п ВГР п ВГР
Распределитель 513 5 0,047 1 3,5 2 3,5 4 5,5 14 17,5
Клапан обратный 5102 4 0,065 1 3,5 1 4,5 3 6,5 13 17,5
фиксированный
Турбохо.юдильник 1621Т 2 0,012 0 1,5 0 1 ,5 0 1,5 1 4,5
Кран наддува 4602 3 0,117 3 4,5 2 4,5 6 7,5 17 24,5
Таблица 3.6
Наименование агрегата Тип агрегата Число на самолете кпл 1000 Безотказность за контрольный период
Предшествующий месяц 04.1983 г. Текущий месяц 05.1983 г. Квартал 05. 07. 1983 г. Год 06.1982— 05.1983 гг.
л ВГР п ВГР п ВГР п ВГР
Распределитель 513 5 0,047 2 3,5 4* 3,5 7* 6,5 17 17,5
Клапан обратный 5102 4 (*,065 1 4,5 0 4,5 2 7,5 11 17,5
фиксированный Турбохолодильник 16217" 2 0,012 0 1.5 0 1,5 0 1,5 1 4,5
Кран наддува 4602 3 0,117 2 4,5 3 4,5 8* 4,5 20 24,5
Таблица 3.7
Наименование агрегата Тип агрегата Число иа самолете Безотказность за контрольный период
Предшествующий месяц 05.1983 г. Текущий месяц 06.1983 г. Квартал 04.—06. 1983 г. Год 07.1982— 06.1983 гг.
л ВГР л ВГР л ВГР Л ВГР
Распределитель 513 5 0,047 4* 3,5 2 4,5 8* 7,5 18* 15,5
Клапан обратный 5102 4 0,065 0 4,5 0 4,5 1 7,5 8 17,5
фиксированный Турбохолодильник 16217" 2 0,012 0 1,5 0 1,5 0 2,8 1 4,1
Кран наддува 4602 3 0,117 3 4,5 0 4,5 5 8,5 18 21,5
58
Т а б л и ц а 3.8
1 1а и ненова ние агрегата 1 ; Тип агрегата Число на самолете О о П о Е — >£ Безотказность за контрольный период
Предшествующий месяц 06.1983 г. Текущий месяц 07.1983 г. Квартал 05.- 07. 1983 г. Год 08.1982— 07.1983 гг.
п ВГР п ВГР п ВГР п ВГР
Распределитель 513 5 0,047 2 4,5 1 4,5 7 7,5 19* 17,5
Клапан обратный 5102 4 0,065 0 4.5 2 4.5 2 7,5 10 17,5
фиксированный Турбохолодильник 16217’ 2 0,012 0 1 .5 1 1 ,5 1 2,5 2 4,5
Кран наддува 4602 3 0,117 0 4,5 6* 4,5 9 9,5 24 24,5
Качественный анализ отказов агрегата 513, выполненный с использованием информации, содержащейся в карточке учета неисправностей, позволил определить характер, внешнее проявление и причины отказов (табл. 3.9—3.10). Все отказы были связаны с конструктивно-производственными недостатками.
Типовой перечень мероприятий по повышению надежности предусматривает: разработку предложений к промышленности по доработке изделий; введение дополнительного контроля и профилактических мероприятий при техническом обслуживании; установление назначенного ресурса и переход на стратегию технического обслуживания по наработке; корректировку заказов на запасные части.
Таблица 3.9
га <D Наличие сигнала о превышении ВГР Гипотеза о понижении
Контрольные периоды
га Е Предшествующий месяц Текущий месяц Квартал Год уровня надежности
► 04.1983 г. 05.1983 г. 03,—05. 1983 г. 06.1982 г 05.1983 г
513 — + + — Влияние сезонности, анализировать причину отказа
4602 05.1983 г. 06.1983 г. + 04. 06. 1983 г. 07.1982 г. 06.1983 г. Организационный фактор, анализировать причину отказа
513 + — + + Конструктивно-производственный или организационный фактор, анализировать причину отказа
59
Таблица 3.10
Дата Бортовой № самолета Наработка с начала эксплуатации Описание отказа
Внешнее проявление Характер
15.05. 1983 г. 047 1270 Не регулируется температура в правой магистрали Отказ электромеханизма
27.05. 1983 г. 056 2100 Не регулируется температура в левой магистрали То же
29.05. 1983 г. 063 2720 То же Заклинивание заслонки
30.05. 1983 г. 049 1800 » То же
30.03. 1983 г. 053 1980
10.04. 1983 г. 072 2780 » »
10.04. 1983 г. 064 2340 Не регулируется температура при снижении Заклинивание в открытом положении
22.04. 1983 г. 059 1540 Возрастает температура в гермокабине Заклинивание заслонки
3.3. МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ
В последние годы уделяется большое внимание стандартизации методов и планов статистического контроля показателей надежности изделий (ГОСТ 27.410—83,СТ СЭВ 1192—78).В стандартах рассматриваются одноступенчатые и последовательные планы контроля показателей надежности по альтернативному признаку. План контроля содержит число испытуемых изделий (объем выборки) А, стратегию проведения испытаний (с восстановлением или заменой отказавших изделий, без восстановления или замены отказавших изделий), правило прекращения испытаний (ожидаемая суммарная наработка t%, ожидаемое число отказов г до принятия решения), число независимых наблюдений п и отказов г, позволяющих принять решение о соответствии или несоответствии изделий заданным требованиям к уровню надежности, а также правила принятия решения.
Альтернативный признак исходит из классификации контролируемых изделий партии на годные и негодные относительно заданных требований. Планы контроля построены применительно к следующим показателям надежности: вероятности безотказной работы Р (t), средней наработки на отказ (ГОСТ 27.410—83, СТ СЭВ 1192—78), числу отказавших изделий в партии (ГОСТ 27.411—81, СТ СЭВ 1193— 78).
При одноступенчатом контроле организуется п независимых наблюдений. Продолжительность их равна наработке, для которой задана вероятность безотказной работы и в каждом наблюдении фиксируется результат (отрицательный или положительный исход). После п-го
60
наблюдения результаты испытаний считаются положительными, если суммарное число отрицательных исходов не больше приемочного числа Са, и отрицательными - в противном случае.
Исходными данными для выбора плана контроля являются риск поставщика а, риск потребителя р, приемочное значение контролируемого показателя Ра (/) или Та, или браковочное значение контролируемого показателя Pf, (t), Тр. При этом вероятность приемки изделий с приемочным уровнем надежности Ра (t) или Та равна 1 — а, а с браковочным уровнем надежности Рр (() или 7р равна р. Интервалы [Рр (/), Ра (01 или [Рр, 7'<J должны быть выбраны таким образом, чтобы значения Рр (0 или Рр соответствовали значению показателя, заданному в стандартах и технических условиях на изделие.
При последовательном контроле строят на графике г (п) линии соответствия и несоответствия. При контроле из партии изделий извлекают выборку объемом и ставят на испытание последовательно каждое изделие или группу изделий. Для сокращения продолжительности контроля рекомендуется начинать с п По окончании наблюдения за объектами подсчитывают число законченных наблюдений п и отказов г, а на график последовательных испытаний наносят точки с координатами п, г, по которым строится ступенчатая кривая. Испытания прекращают в момент пересечения ступенчатой линией одной из линий соответствия или несоответствия.
Результаты испытаний будут отрицательны, если ступенчатая кривая пересекает одну из линий несоответствия, и положительны, если ступенчатая линия пересекает одну из линий соответствия. Решение по результатам контроля выносится после достижения предусмотренного планом контроля суммарного числа наблюдений для соответствующего числа отказов.
При контроле показателей Р (/) знание закона распределения наработки до отказа (между отказами) не обязательно, а для показателя То знание закона распределения необходимо. В стандартах (ГОСТ 27.410—83, ГОСТ 27.411—81, СТ СЭВ 1192—78) предусматривается контроль надежности при следующих законах распределения наработки до отказа (между отказами): экспоненциального, Вейбулла, усеченного нормального, логарифмически нормального. Непосредственное использование рассмотренных методов для контроля уровня надежности ( в процессе эксплуатации изделий авиационной техники не представ- / ляется возможным, так как они не учитывают особенности «реального \ плана» эксплуатационных наблюдений. Эксплуатационная информация I в полной мере не соответствует ни одному из стандартных планов на- блюдений, установленных стандартом ГОСТ 27.502—83 (СТ СЭВ 3944—82). «Реальный план» наблюдений характеризуется следующим, переменным числом испытываемых объектов, наблюдаемых в разные интервалы наработки в фиксированные моменты календарного времени (переменность парка); ограничением наработки объекта техническим ресурсом (до ремонта, межремонтным, до списания), приводящим к усе-ченности выборки; неодновременным началом и окончанием испытаний отдельных экземпляров объектов.
61
Отметим взаимное соответствие между параметрами плана контроля (3.2) и задачи контроля уровня надежности (3.1) (приемочным числом с и верхней границей регулирования (ВГР), вероятностями принятия партии L (р) и непревышения границы регулирования Ряяя, величиной пр и числом отказов ыстТ<г).
Высокая эффективность стратегии технического обслуживания по -состоянию с контролем уровня надежности изделий авиационной тех-
Рис. 3.4. Вероятность принятия партии L в зависимости от лр при различных значениях с [47]
64
ники требует дальнейших усилий специалистов по расширению области применения модифицированных методов статистического контроля качества и надежности.
3.4. ОПЕРАТИВНАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ДО БЕЗОПАСНОГО ОТКАЗА
В условиях применения стратегии технического обслуживания по состоянию с контролем уровня надежности, при которой изделия заменяются после возникновения безопасного отказа, особую актуальность приобретает задача оперативной оценки надежности серийных изделий в эксплуатации. Потребность в решении этой задачи возникает вследствие необходимости управления качеством изготовления и ремонта изделий, определения эффективности проведенных мероприятий по повышению надежности изделий, а также уточнения режимов профилактических работ в эксплуатации. В отличие от известных методов оценки надежности [131 данная задача должна решаться в условиях переменности парка изделий.
Принятие предположения о том, что в случае отказа или достижения предотказового состояния изделие подлежит замене на новое или отремонтированное, позволяет использовать формальные модели теории надежности для так называемых перемонтируемых изделий.
Наиболее простыми показателями надежности являются средняя наработка до первого отказа 4р. о и средняя наработка до первой замены 4р.з- Однако в общем случае определение этих показателей на ранней стадии эксплуатации оказывается невозможным. В связи с этим возникает необходимость в применении других показателей надежности, таких, как вероятность безотказной работы р (/), интенсивность отказов К (/), вероятность замены р3 (/), интенсивность замен р3 (/) и гамма-процентный ресурс Ту. Эти показатели могут быть заданы дискретно в функции от наработки или номеров проверок с фиксированной периодичностью.
Задача оперативной оценки надежности серийных партий изделий, заменяемых по техническому состоянию, может быть сформулирована следующим образом. Пусть новые (ремонтные) изделия выпускаются заводом-изготовителем (ремонтным заводом) серийными партиями. Под серийной партией изделий будем понимать группу изделий в числе Л/п штук, выпускаемых заводом за определенный календарный интервал времени твп (тв11 = 1, 3, 6, 12 мес). По мере изготовления изделия отгружаются на склады потребителей, где каждое i-е изделие хранится случайное время тж,- до момента установки на объект, где они эксплуатируются с разной интенсивностью наработки в единицу календарного времени. Эксплуатация изделия продолжается в течение случайного интервала календарного времени тЭ1- до случайной наработки t3i (замены вследствие отказа или профилактической замены).
Пусть известны число изделий в /-Й партии Nnj, даты начала и конца периода изготовления этой партии 6Нип и 60иП, число изделий этой партии noj (6,), отказавших до момента календарного времени 6Г, на-з Зак. 1975 65
работка Toij каждого отказавшего i-ro изделия /-й партии, число изделий этой партии mnj (0Г), снятых вследствие профилактической замены к моменту времени 0г, и наработка Tnhj каждого k-ro профилактически замененного изделия.
Требуется определить показатели надежности /-й партии в любой произвольный момент времени 0,., достаточно удаленный от периода ее изготовления. Достаточным удалением будем считать интервал времени, за который часть изделий партии успеет получить максимально возможную наработку. В случае, когда 0Г взят в конце периода эксплуатации всей партии изделий, задача решается известными методами, применяемыми при классическом эксперименте, базирующемся на постоянном исходном числе наблюдаемых изделий (13]. Однако такой момент наступает обычно через нескольких лет после выпуска партии и поэтому результаты такого расчета обесцениваются. В остальных случаях в момент оценки 0Г, когда часть изделий заменена, а остальные продолжают эксплуатироваться либо хранятся на складе, возникает задача оценки надежности переменного парка серийных изделий, т. е. числа изделий Л\,. (/,), имеющих в момент календарного времени тг наработку t^ti.
Формулы для определения показателей надежности переменного парка серийных изделий имеют вид:
пг (М-,)
((i)— У пт —(АО) r г
Т«=р(О)100
где тх (hti) — число изделий, профилактическая замена которых произведена в интервале наработки от до /г; пг (Л/4) — число изделий, отказавших в интервале наработки от до к моменту календарного времени тг.
66
Рис. 3.5. Схемы модели оценки надежности серийных изделий в эксплуатации: а — реализации процесса эксплуатации агрегатов; б — двумерный случайный процесс наработки агрегатов в эксплуатации
Обозначим через pXr (Т tt) вероятность того, что к моменту тг изделие, принадлежащее партии Nni, будет иметь наработку Т tp, тогда Ntr (7j) — Nnprr (Т tt)- В этом случае задача сводится к определению вероятности pXr (Т /,), так как все остальные величины, необходимые для оценки показателей надежности партии серийных изделий, известны.
Для определения вероятности рХг (Т t,) необходимо описать случайный процесс tx изменения наработки изделий t при изменении календарного времени т.
Исходными статистическими данными служат: дата выпуска 0в/, дата установки изделия на объект 6уг, дата снятия изделия с объекта вследствие отказа 6с/ = 60; или при профилактической замене 0С1- — = 0,.,- и наработка изделия Т с момента установки до момента снятия. Случайная функция t (т) является результатом сложения трех независимых случайных величин 6П, тх (xxi = 6уг — 0Bi) и W (Wt =
Т А
®ci—®yi /
Для упрощения рассмотрим вместо случайных величин 6„ и 6Х случайную величину тнэ (тН;и — 6У, — 0Иип)- Тогда плотность распределения f (тнэ) будет определять начальные условия случайного процесса t (т).
Если отдельные реализации процесса наработки /(т) можно аппроксимировать линейными зависимостями (рис. 3.5, а), то вторая случайная величина Wt tga,-. Таким образом, две случайные величины т11Э и W полностью определяют случайный процесс t (т) (рис. 3.5).
Наиболее простой характеристикой случайной функции t (т) является одномерная плотность распределения <ртг (/), которая характеризует распределение случайной функции t (т) в любой момент кален-3* 67
дарного. времени. Распределение времени т до первого пересечения уровня тг будет задано плотностью ft( (т).Если 6 — случайный момент календарного времени пересечения процессом уровня tit то при тк тнэ
Р {0 > Tr) = Р (U? (Тк Тнэ) < t;) .
Тогда вероятность
рх {Т>/4) = 1-Р (1Г(тк-тнэ)</г-}.
Г
Справедливо и обратное, что
Р {6<ТГ)=Р {U7 (Тк Тнэ) ^i} •
Вместе с тем
тг
Р (е<т,.}=| h.(T)dT; о 1
Р [U7 (Тк—тнэ) / j} = (/) dt.
со
Поэтому Рх Л (T)dT= f <pT (t)dt.
'• о /г r
Для того чтобы реализовать полученное решение при изменении т во всем диапазоне т"> т„эи /г 0, не прибегая при этом к усеченным распределениям, может быть применен следующий формальный прием. Он заключается в сведении задачи к известным задачам по описанию линейного износа. Для этого условно считаем, что процесс начинается не при t = 0 и т = тнэ, а при т-0 и / — 0.
При этом точки тнэ как бы являются результатом пересечения процессом уровня т = 0, а на отрицательной полуоси t можно построить фиктивное распределение с плотностью <рт = 0 (/). Тогда начальные условия будет задавать фиктивное распределение с плотностью <рт = 0 (/), а случайный линейный процесс t (т) = lVT_p.
Рассмотрим пример решения задачи для случая, когда 0 и W распределены по нормальному закону.
При этом t (т) также будет иметь нормальное распределение с параметрами
М {/(т)} =М {со} т—М {₽};
D (/ (т)} — t2D {/ (т)} =/2 D (to) +D (₽).
Тогда
Tr-G-+M{0)
(D(co)T* + D (₽))/(М2 (to))
Полученное распределение времени т носит название дисперсионного. От нормального оно отличается тем, что D {0} зависит от т,.. Распределение содержит три параметра:
D (<о) , D {₽) /г-М(₽)
а=-------- ; Ь=------- н с—-------------•
М2 {со} М2 {со} М {со)
рХг [Т >/4) =Ф
68
При этом оно принимает вид
РТг(Т>/г}=Ф
тг — с
УаТ^+Ь
Применение изложенного методического подхода и проведение рекомендуемых организационно-технических мероприятий в эксплуатационных предприятиях будет способствовать внедрению эффективных стратегий технического обслуживания и ремонта авиационной техники по состоянию с контролем уровня надежности.
Глава 4
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ
С КОНТРОЛЕМ ПАРАМЕТРОВ
4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Усложнение конструкций систем и изделий самолетов Привело к увеличению разнообразия входящих в них узлов (блоков) по характеру используемых физико-химических процессов, характеру и степени нагрузок и, как следствие, к различным уровням их надежности. Поэтому оптимальных сроков выполнения технического обслуживания и ремонта для сложного объекта в целом практически не существует. Выполнение заранее назначенного объема профилактических работ в установленные сроки для большинства съемных изделий не уменьшает вероятности возникновения отказов, а для некоторого оборудования, например радиоэлектронного, увеличивает поток послеремонт-ных отказов.
Интенсивность расходования фактического ресурса (интенсивность старения, изнашивание) объектов носит случайный характер и меняется в широких пределах в зависимости от условий эксплуатации: климатических условий, режимов работы, продолжительности рейсов, организации и качества технического обслуживания и ремонта, условий хранения и транспортирования. Современный уровень и перспективы развития средств технического диагностирования, дефектоскопии и автоматизированного контроля открывают реальные возможности применения стратегии обслуживания и ремонта систем и изделий самолетов по состоянию с контролем параметров.
Стратегия обслуживания и ремонта с контролем параметров представляет собой совокупность правил по определению режимов и регламента диагностирования изделий и принятию решений о необходимости их обслуживания, замены или ремонта на основе информации о фактическом техническом состоянии. При данной стратегии обслуживания и ремонта изделия и системы самолета эксплуатируются (используются) до предотказового состояния.
Для выявления предотказового состояния изделий может использоваться принцип назначения упреждающих допусков на диагностические параметры. При этом под упреждающим допуском понимают
69
•совокупность значений параметров, заключенных между предельным и предотказовым уровнями параметра. Выход параметра за предельный уровень означает отказ, а достижение предотказового уровня — необходимость выполнения профилактических работ или замены изделия.
Режим диагностирования представляет собой совокупность, определяющую состав диагностических параметров, периодичность их проверки и упреждающие допуски на параметры. Режим диагностирования предусматривает установление количественных связей между значениями упреждающих допусков на диагностические параметры изделия и периодичностью контроля его технического состояния.
Регламент диагностирования — единый документ, директивно утверждающий режим технического диагностирования. Получение исходной информации о техническом состоянии изделия производится путем измерения его функциональных и диагностических параметров. Проводятся следующие измерения: с определенной периодичностью в полете и при выполнении различных форм технического обслуживания; на борту самолета и со снятием оборудования с самолета; по штатным приборам, средствами автоматизированного контроля, средствами технического диагностирования и неразрушающего контроля; с регистрацией в бортовых журналах или карточках и на ленты бортовых и наземных регистраторов. Существенное значение с точки зрения управления техническим состоянием имеет техническое диагностирование изделий на земле и, в частности, при оперативном контроле, проводимом при подготовке авиационной техники к полетам.
Оперативный контроль технического состояния должен обеспечивать: сигнализацию о наличии отказа; сигнализацию о работоспособном состоянии; сигнализацию о необходимости проведения предупредительных работ для обеспечения экстремума выбранного критерия качества; краткосрочное прогнозирование работоспособности на заданный интервал времени в случае сигнализации о необходимости проведения предупредительных работ; поиск съемного функционального элемента, подлежащего замене; оценку технического состояния изделий в интересах сбора информации об их поведении [4|.
Степень применения технического диагностирования определяет глубину и качество определения технического состояния изделий, а значит правильность и эффективность принимаемых решений и самой стратегии. Традиционный и наиболее распространенный подход к определению технического состояния состоит в том, что выбирается некоторая совокупность параметров, проводятся измерения, результаты которых сравниваются с заданными границами области работоспособности. При выполнении условий принадлежности каждого из параметров заданной для него области принимается решение о работоспособности изделия. Если хотя бы для одного из параметров это условие не соблюдается, то объект признается неработоспособным.
При внешней простоте такого подхода его реализация наталкивается на ряд существенных трудностей. Это относится прежде всего к выбору совокупности параметров и определению областей работоспособности для каждого из выбранных параметров. Значительные трудности 70
возникают и при аппаратурной реализации данной стратегии, обусловленные необходимостью применения большого числа разнородных первичных преобразователей и коммутаторов [41.
Характерная особенность рассматриваемой стратегии обслуживания и ремонта — отсутствие межремонтных ресурсов изделий. Решение о продолжении эксплуатации до следующей проверки или о необходимости замены (регулировки) изделия принимается по результатам непрерывного или периодического контроля параметров, определяющих техническое состояние.
Необходимые условия для применения стратегии технического обслуживания и ремонта по состоянию с контролем параметров вытекают из требований обеспечения безопасности полетов, регулярности отправлений и экономичности эксплуатации (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Необходимые условия для применения стратегии технического обслуживания и ремонта систем н изделий летательных аппаратов по состоянию
71
Безопасность полетов достигается в результате обеспечения: заданного уровня безотказности конструкций повышенной живучести, оценки и прогнозирования уровня работоспособности при эксплуатации; обнаружения отказов и неисправностей на ранних стадиях их развития за счет обеспечения потребного уровня контролепригодности, индикации отказов и предотказовых состояний, использования методов и средств технического диагностирования.
Регулярность отправлений достигается за счет: быстрого обнаружения возникших отказов и н -исправностей; обеспечения потребных уровней эксплуатационной технологичности (контролепригодности, доступности, легкосъемиости, взаимозаменяемости), позволяющих оперативно восстановить работоспособность системы или изделия.
Экономическая эффективность эксплуатации достигается выбором оптимальной стратегии технического обслуживания и ремонта, обеспечивающей экстремальные значения целевой функции (минимум удельной стоимости технического обслуживания и ремонта, максимум коэффициента использования самолета) при заданном уровне надежности функциональных систем и изделий.
Область применения стратегии обслуживания и ремонта с контролем параметров целесообразно ограничить системами и изделиями, которые по соображениям безопасности полетов не могут быть допущены к эксплуатации до отказа, а по экономическим соображениям — к эксплуатации до выработки установленного межремонтного ресурса. Прежде всего это дорогостоящие системы и изделия с высокой функциональной значимостью, имеющие недостаточную степень резервирования и вместе с тем обладающие высоким уровнем эксплуатационной технологичности и контролепригодности.
4.2. ПАРАМЕТРЫ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТОВ
И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ
Определение технического состояния авиационной техники — одна из наиболее сложных задач в области технической эксплуатации ЛА. Как правило, наиболее трудоемкая часть работы инженерно-технического состава авиапредприятий гражданской авиации заключается в выполнении работ по проверке исправности, работоспособности, правильности функционирования объектов, а также поиску возникающих в них неисправностей. Например, наибольшая часть времени простоя ЛА при устранении отказов приходится на выявление (поиск) Неисправного элемента в отказавшей системе. Это является следствием того, что до настоящего времени при проектировании авиационной техники не производится глубокой проработки вопросов организации эффективных процедур определения ее технического состояния, в связи с чем при эксплуатации ЛА часто приходится пользоваться интуитивными методами и ручными способами определения технического состояния.
Применение таких методов в условиях непрерывного усложнения конструкций ЛА и повышения интенсивности их использования не может гарантировать получение объективной информации о фактиче-72
ском техническом состоянии объектов. Успешное решение этой задачи может быть получено только на основе применения современных научных методов технической диагностики, представляющей собой отрасль знаний, которая исследует техническое состояние объектов диагностирования и проявления технических состояний, разрабатывает методы их определения, а также принципы построения и организации системы диагностирования.
Техническое состояние — совокупность подверженных изменению в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией на этот объект. Признаками технического состояния могут быть качественные и (или) количественные характеристики его свойств. Фактические значения этих характеристик определяют техническое состояние объекта.
Следует различать понятия «техническое состояние» и «вид технического состояния». Совокупность технических состояний, удовлетворяющих (не удовлетворяющих) требованиям, определяющим исправность, работоспособность или правильное функционирование объекта, образует соответствующие виды технических состояний объекта. Для определения их вида необходимо знать техническое состояние, определяемое путем диагностирования, и требования, определяющие исправность, работоспособность, правильность функционирования объекта, например, в форме задания в технической документации номенклатуры и допустимых значений количественных и качественных характеристик свойств объекта.
При одном и том же объективно существующем техническом состоянии объект может быть работоспособным для одних условий и неработоспособным для других. Так, авиационный двигатель после наступления неработоспособного состояния на самолете может оказаться работоспособным в качестве источника механической энергии в установках различного назначения на земле.
Техническое диагностирование — это процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью. Результатом диагностирования (технического диагноза) является заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины дефекта (дефектов).
Структура объекта и структурные параметры. Предметом исследования в технической диагностике являются реальные технические системы (объекты диагностирования). Исследование объектов диагностирования охватывает два аспекта: изучение свойств и характеристик реальных физических объектов; методы построения их математических моделей.
Первый аспект связан с решением задач: изучения нормального функционирования объекта; выделения элементов системы и связей между ними, т. е. структуры системы; выделения возможных состояний системы, т. е. возможных комбинаций отказов элементов; анализа технических возможностей контроля признаков, характеризующих состояние системы; сбора и обработки статистических данных, позволяющих определить распределение вероятностей возможных состояний
73
системы, закономерности проявления отказов ее отдельных элементов и затраты, связанные с диагностированием. Все эти задачи предполагают для своего решения эмпирическое исследование конкретных технических систем и процедур их диагностирования.
Второй аспект связан с построением математических моделей объектов. Теоретический анализ всегда предполагает определенную идеализацию, при которой выделяют некоторые существенные (для технического диагностирования) черты реальных объектов и отбрасывают второстепенные, т. е. реальная техническая система заменяется некоторой моделью. Эта модель должна быть достаточно абстрактной, чтобы ее можно было применять для анализа целого класса технических систем. В то же время она должна учитывать все существенные особенности конкретных систем и способов поиска в них отказавших элементов. Замена реальных систем соответствующими моделями позволяет широко использовать формальный аппарат современной математики (теория вероятностей, математическая логика, динамическое программирование и др.) для решения задач технической диагностики.
Объект технического диагностирования, будь то двигатель, гидравлическая система или система управления самолетом, обладает определенной структурой, т. е. упорядоченной совокупностью комплексов совместно работающих элементов (деталей), образующих строение (конструкцию) объекта, обеспечивающее выполнение им заданных функций.
Структура объекта характеризуется взаимным расположением, формой и размерами взаимодействующих деталей (макроструктура), характером сопряжений, чистотой поверхности (микроструктура) и другими характеристиками. Структура объекта, в частности двигателя, в целом предопределяет заложенную в него при проектировании и производстве совокупность определенных технико-эксплуатационных свойств (мощностных, скоростных, топливно-экономических и др.). Эта совокупность свойств, в свою очередь, определяет степень приспособленности объекта к выполнению заданных функций в определенных эксплуатационных условиях.
Структура объекта характеризуется количественными параметрами, которые называются структурными. Объект, поступая в эксплуатацию, обладает определенной структурой и совокупностью технико-эксплуатационных свойств, зависящих от структуры. Численные значения структурных параметров при этом соответствуют установленным по чертежам и техническим условиям. Такие значения параметров называются начальными или номинальными.
Макроструктура в процессе эксплуатации остается постоянной. Число и взаимное расположение деталей и узлов в конкретном объекте постоянны, но их взаимодействие в сопряжениях отдельных деталей (микроструктура) изменяется вследствие изнашивания и других процессов разрушения.
При изменениях микроструктуры объекта, происходящих в сопряжениях деталей, меняется характер их взаимодействия. В отдельных случаях возможны изменения и самих структурных элементов, напри
мер прогиб вала, а также механических свойств резинового уплотнения, пробои конденсатора.
Учитывая изменение структуры объекта, можно говорить о техническом состоянии объекта в каждый данный момент времени, характеризуемом определенной совокупностью конкретных значений структурных параметров деталей и узлов. Изменение структурных параметров объекта отражается на совокупности его технико-эксплуатационных свойств. Например, увеличение зазоров в золотниковых парах кранов гидросистемы приводит к увеличению внутренних утечек и снижению эффективности работы системы. Изменение структурных параметров имеет вполне определенные закономерности, которые не изучены в полном объеме. Эти изменения, постоянно накапливаясь, могут достигнуть такого количественного предела, при котором наступают скачкообразные изменения, например разрушение детали, которому, как правило, предшествует появление микротрещин в материале.
Формальное описание процесса изменения структурных параметров. Изменение структурных параметров является случайным процессом т] (/), протекающим под воздействием широкого спектра эксплуатационных факторов. Известно, что наиболее полным описанием случайной функции является n-мерный закон или ц-мерная плотность распределения / (т)], т)2,---, т]п, tlf tn) случайной функции т] (t). Зная эту плотность распределения, можно достаточно точно решать задачи надежности, диагностики и профилактики. Однако на практике строгое решение задач с использованием n-мерных характеристик (п~> 2) часто связано с практически непреодолимыми математическими трудностями.
Наиболее простой характеристикой случайной функции является одномерная плотность распределения f (rj, t), которая характеризует распределение случайной функции т) (/) в любой произвольный момент времени t. Это означает, что известны плотности распределения f ft, t) в любые фиксированные моменты времени, но одномерная плотность распределения не описывает зависимости между значениями случайной функции в различные моменты времени t. Однако для многих задач этой характеристики вполне достаточно. Будем полагать, что реализации случайного процесса изменяются во времени монотонно, т. е. после пересечения границы поля допуска значения параметра вновь в границы поля допуска не входят.
Для определения характеристик надежности необходимо знать плотность распределения <р (t) времени до первого пересечения границ поля допуска (предельного уровня). Для случая, когда закон распределения значений т) в вертикальных сечениях t с течением времени не изменяется, аппроксимируются некоторыми функциями не отдельные реализации у] (/), а параметры плотности распределения f (<г), t), т. е. начальные и центральные моменты. Например, математическое ожидание и дисперсия аппроксимируются некоторыми функциями тъ (/) = — Sm (t), (t) = (t), которые обычно называются моментными.
Рассмотрим один из способов определения <р (/) через одномерные характеристики плотности распределения / (т), I) случайной функции J] (0 и характеристики поля допуска при следующих ограничениях: закон распределения / (т], 0 в вертикальных сечениях во времени не
75
изменяется; реализации т]; (/) и моментные функции Е (/) случайного процесса <г] (/) во времени изменяются монотонно; в начальный момент времени /0 значения параметра находятся в границах поля допуска, т. е. Р {а < т]< b, t0} - 1.
Принятые предположения вполне согласуются с имеющимися представлениями о процессах накопления повреждений узлами и деталями механических систем, подверженными износу и старению, а точность полученных результатов будет зависеть от того, насколько эти предпосылки близки к реальным.
В работе [281 показано, что при указанных предположениях связь ip (t) с f (t], t) при двустороннем поле допуска (а,Ь) определяется следующим выражением:
Ч>(0 =
I (п> О
d0(ц, /) dt
d6(T], t) di]
(4.1)
где означает, что после дифференцирования необходимо написать разность |ц —- а
полученных результатов и в первом члене разности поставить вместо т] значения верхней границы поля допусков »] = b, а во втором — зиачеиня нижней границы ц ~ а, 6 (т), /) — функция, которая представляет собой последнюю общую ступень дифференцирования F (ц, /) по t] и t.
Для нормального закона распределения т) при двустороннем допуске (а, Ь):
где
1 I (0J2 | —(О)' — —— ехр(------------! <------! —
V2^ I 2а* (Z) И %«) I
( [а—^п(<)]2 | Го— “ехр|- 2о*(0 J ’
п—'% (01 de (д, о
%({) dt
а при одностороннем допуске с
1 I [с~тл(0[2 | Гс~тт)(О
Ф (/) =-----ехр <----------------} ---------
|/2л I 2<7*(/) j [ a^Z)
(4.2)
Приведенные формулы связывают плотность распределения времени до первого отказа <р (f) с одномерными характеристиками случайного процесса т] (t) и поля допуска (рис. 4.2).
Определение возможности индивидуального прогнозирований~изме-нения параметров. Формальное описание случайного процесса изменения параметра одномерными плотностями распределения f (ц, t) может быть использовано для определения режимов диагностирования. Для определения возможности индивидуального прогнозирования параметров необходимо установить, насколько быстро они изменяются и насколько сильно перемешиваются реализации случайного процесса. 76
Рис. 4.2. Связь одномерных плотностей распределений /(т),/) и tp(t, Т]**)
Изменение структурных параметров механических систем часто связано с износом деталей или усталостными разрушениями. Эти процессы, как правило, протекают монотонно. Если перемешивание реализаций сильное (рис. 4.3, а), то для каждого конкретного экземпляра объекта прогнозирование должно осуществляться по наихудшему из практически возможных вариантов. В этом случае допускается, что из любого состояния возможен почти мгновенный пере
ход реализации на верхнюю доверительную границу изменения параметра совокупности однотипных объектов. При этом для более удачного экземпляра объекта (т. А) дается такой же прогноз, как и для менее удачного (т. Б).
Если перемешивание реализаций относительно слабое (рис. 4.3, б), то для каждой отдельной реализации можно определить доверительные границы, отличные от доверительных границ всей совокупности. В этом случае является возможность более рационального использования информации о состоянии объекта, полученной при диагностировании.
Для количественной оценки степени перемешивания реализаций случайного процесса применяют числовую характеристику R (<i t), называемую нормированной корреляционной функцией, которая яв
Рис. 4.3. Случайный процесс изменения параметра с различной степенью перемешивания реализаций: а — сильное перемешивание; б — слабое перемешивание
77
ляется коэффициентом корреляции между значениями рассматриваемой функции в двух сечениях процесса
У (T)ii—П1)(пг —п)
/?(/,/) = —--------------- - (4.3)
ПО] о
где тцг — параметр каждого /-го экземпляра объекта при наработке t^, T)i — средний износ при наработке /,; Oj — среднее квадратическое отклонение. Остальные аналогичные символы относятся к текущей наработке.
Когда нормированная корреляционная функция близка единице, перемешивание реализаций слабое, когда же она близка нулю, перемешивание сильное. Значение нормированной корреляционной функции, например, для процессов изнашивания шлицевых соединений двигателя в реальных условиях эксплуатации остается достаточно высоким на протяжении большого периода работы узлов трения. Во всех видах исследования нормированная корреляционная функция была выше 0,6, что свидетельствует о слабом перемешивании реализаций н позволяет сделать вывод о принципиальной возможности индивидуального прогнозирования [25].
Для формального описания процесса изменения параметров могут использоваться линейные и экспоненциальные модели (рис. 4.4 4.5). При постоянной скорости изменения параметра для отдельных реализаций получим линейную модель:
ц**— р ц(О = а/+Р. a = tg<p; /отк =-----— •
Скорость изменения параметра v пропорциональна tj. Сильная линейная корреляционная связь между скоростью v изнашивания авиационных деталей и накопленным износом позволяет записать:
v=~-=c-i-kr]. (4.4)
Преобразуя уравнение (4.4), интегрируя левую и правую его части соответственно по времени и износу и считая, что при наработке /, средняя величина износа rjj, получим экспоненциальную модель:
(4.5)
c-|-Z!T]i \ * / "
В литературе [251 часто вместо натуральных логарифмов применяют 1 с
в этой формуле десятичные. Обозначив — — = А; = h и подставив
их в выражение (4.5), получим
_ А
= 10 —Л. (4.6)
Коэффициент А, измеренный в единицах наработки, определяет форму кривой износа и получил название коэффициента долговечности. Коэффициент т), называемый коэффициентом смещения, измеряется в единицах износа и определяет положение кривой.
78
Рис. 4.4. Линейная модель изменения параметра
Рис. 4.5. Экспоненциальная модель изменения параметра
Для верхней доверительной границы процесса изнашивания справедливо выражение
t—t.
• П' =(П1 + ^О|+Л)10 4 — й. (4.7)
где Т)' — текущий верхний доверительный предел износа; щ — среднее квадратическое отклонение износа при /р — табличный коэффициент, зависящий от принятой вероятности 0.
Нижняя доверительная граница процесса изнашивания определяется уравнением
t-t,
П"=(Ч1—/pOj+й) 10 Л —Л. (4.8)
Уравнения (4.7) и (4.8) должны ограничивать поле, в пределах которого заключено не менее р-100 "<> всех возможных случаев износа исследуемых деталей.
Коэффициенты А и h определяются выражениями:
А = • Л = — , lg-£s_ ’ (Ог/О,)— 1
где Ла и о2 — средний износ н его среднее квадратическое отклонение в момент <2.
Если бы перемешивание реализаций процесса изнашивания деталей полностью отсутствовало, то нормированная корреляционная функция равнялась бы единице, а любую отдельную реализацию процесса можно было бы описать уравнением, по структуре похожим на (4.6) и полученным из него путем замены среднего значения износа величиной износа конкретного экземпляра детали. В действительности же наблюдаются некоторые отклонения фактических зазоров от прогнозируемых.
Значение среднего отклонения близко нулю, а дисперсия отклонения фактического зазора конкретного экземпляра детали от вычисленного по уравнению (4.6) существенно меньше дисперсии зазора всей
79
совокупности деталей. Это дает основание записать для верхней доверительной границы конкретной детали
V/ =(Vii+fffiai+^)10 А —Л, (4.9)
где f — —— отношение среднего квадратического отклонения ошибки прогноза зазора конкретной детали к среднему квадратическому отклонению зазора совокупности деталей.
Коэффициент f получил название коэффициента перемешивания реализаций. Связь его с нормированной корреляционной функцией R (/, t) имеет вид [ — У 1 -- R- (Щ).
Прогнозирование износа конкретного экземпляра детали по уравнению (4.9) целесообразно при R (txt) >• 0,5.
4.3. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТОВ
Формализация методов построения алгоритмов диагностирования предполагает наличие формального описания объекта и его поведения в неисправном и исправном состояниях. Такое формальное описание (в аналитической, табличной, векторной, графической или другой форме) будем называть математической моделью объекта диагностирования. Исправный или неисправный объект может быть представлен как динамическая система, состояние которой в каждый момент времени определяется значениями входных, внутренних и выходных координат (параметров).
v Объекты диагностирования делятся на два класса. К первому относятся объекты непрерывного действия (непрерывные объекты), параметры которых рассматриваются как изменяющиеся во времени непрерывно, а ко второму — дискретные. Примерами непрерывных объектов служат авиационные двигатели, аналоговые системы автоматического регулирования, электродвигатели, гидравлические насосы и т. д. Характерными примерами дискретных объектов являются коммутационные устройства, в частности, релейно-контактные, пневмогидравлические и др. Часто входные и внутренние координаты объекта называют входными и соответственно внутренними переменными, а выходные координаты выходными функциями.
Обозначим символом X '/-мерный вектор, компонентами которого являются значения п входных переменных лп х2,..., хп. Аналогично У является m-мерным вектором значений т внутренних переменных у1г у2,...., а X /г-мерным вектором значений k выходных функций гг, z2,..., zh.
Запись
Z = i|>(X, Гнач,/) (4.10)
будем рассматривать как некоторую аналитическую, векторную, графическую, табличую или другую форму представления системы функций исправного объекта, отражающих зависимость реализуемых объек-80
том выходных функций Z от его входных переменных X, начального значения УНач внутренних переменных и от времени t. Система (4.10) является математической моделью исправного объекта (321. Выделим для рассмотрения конечное множество неисправностей объекта. Принято различать одиночные и кратные неисправности. Под одиночной понимается элементарная неисправность, которая может быть представлена (или не подлежит представлению) совокупностью нескольких других неисправностей. Кратная неисправность совокупность двух или большего числа одиночных неисправностей. Символом S будем обозначать множество всех рассматриваемых (не обязательно всех возможных) неисправностей, а О — множество его одиночных неисправностей, О <S. Будем говорить, что при наличии в объекте неисправностей S; G S, i = 1, 2, .... |S| или О; G О, i = 1, 2,..., |0| он находится в i-неисправном состоянии или является /-неисправным.
Объем диагностирования, находящийся в i-неисправном состоянии, реализует систему передаточных функций
^ = Ф'(Х’ Гнач-').
представленных в той же форме, что и передаточные функции (4.10). Начальное значение У„ач внутренних переменных /-го неисправного объекта может не совпадать с их начальным значением Кнач в исправном объекте. Система (4.11) для фиксированного / является математической моделью /-неисправного объекта.
Система (4.10) и совокупность систем (4.12) для всех образуют явную модель объекта диагностирования, которую обозначим (Ф. {Ф'})-
Часто в явном виде задается только модель исправного объекта (4.10), а поведение объекта в / неисправных состояниях представляется косвенно через множество S возможных неисправностей. В этом случае неявную модель объекта диагностирования образуют: зависимость (4.10), множество S возможных неисправных состояний (представленных их математическими моделями) и, наконец, способ вычисления зависимости (4.11) по (4.10) для любой неисправности S,. Такую неявную модель объекта диагностирования обозначают (ф, S, ф* / -»-ф')-
Если математические модели неисправностей известны для всех £г £ S, то преобразованием ф8/ -►ф/ можно получить все зависимости (4.П) и тем самым перейти от модели (ф, S, ф8 / —>-ф‘) к явной (ф, {ф1}). Если же математические модели некоторых или даже всех неисправностей из множества S неизвестны, то зависимость (4.11) может быть получена в результате физического эксперимента непосредственно над объектом диагностирования при наличии в нем соответствующих неисправностей.
Физическая интерпретация приведенных рассуждений может быть рассмотрена на примере двигателя как объекта диагностирования. Он представляет собой комплекс разнородных элементов, соединенных в механические, газодинамические, пневматические и электрические системы. Работающий двигатель, функционируя и взаимодействуя с внешней средой, порождает множество физических и химических про
81
цессов, которые характеризуются выходными параметрами. Они разделяются на рабочие, определяющие собой рабочие функции объекта (потребление топлива, выработка энергии, выброс отработанных продуктов, теплообмен), и на сопутствующие (шумы, стуки, вибрации, излучения света и другие процессы).
Параметры выходных процессов характеризуют существенные их свойства. Например, развиваемая тяга (мощность) и расход топлива характеризуют рабочий процесс двигателя, частота и амплитуда вибраций — сопутствующие процессы любого агрегата трансмиссии. Выходные параметры зависят от характера взаимодействия структурных элементов, например подшипников, и от значений их структурных параметров. Таким образом, выходные параметры существенно зависят от состояния структуры объекта и меняются с изменением структурных параметров. Например, увеличение зазоров в шарнирных соединениях поршневых пар насосов увеличивают пульсацию давления рабочей жидкости в линии нагнетания.
Взаимосвязь структурных и выходных параметров объекта позволяет при определенных условиях принимать последние за косвенные признаки или симптомы неисправного состояния узла (агрегата) без его разборки, так как выходные процессы и соответствующие им выходные параметры объекта могут наблюдаться и замеряться извне.
Чтобы параметр выходного процесса мог стать диагностическим, т. е. применяться при диагностировании, он должен удовлетворять следующим требованиям: однозначности (соответствие каждому значению структурного параметра только одного значения параметра выходного процесса); широты поля изменения, т. е. возможно большее относительное изменение параметра выходного процесса при заданном абсолютном изменении структурного параметра; доступности и удобства измерения параметра.
Двигатель является объектом, описываемым практически бесконечным числом выходных параметров. Многорежимность его работы и постоянное изменение внешних условий приводят к бесконечному числу значений каждого параметра. Для такого сложного объекта, как двигатель, нельзя теоретически указать все возможные состояния. Поэтому при решении задачи диагностирования таких сложных объектов прежде всего необходимо выявить, какие неисправности и отклонения от нормальной работы двигателя возможны практически в эксплуатации и с какой вероятностью они повторяются, а также внешние признаки, сопровождающие появление отказов и неисправностей. Это позволит определить узлы и детали, техническое состояние которых подлежит контролю, и выбрать параметры диагностирования.
Источниками указанной информации об отказах и неисправностях объектов авиационной техники являются: карточка учета неисправностей; акты исследования досрочно снятых, в том числе рекламационных объектов; карты дефектации объектов, проходящих ремонт на заводах ГА после отработки ресурса; результаты входного контроля параметров объектов перед началом ремонта; результаты осмотров и измерения параметров объектов при техническом обслуживании; результаты специальных исследований объектов.
82
Выбор диагностических параметров. Он может быть выполнен на основе информационного критерия. Мерой априорной неопределенности физической системы (объекта диагностирования) в теории информации служит энтропия
5(х)= — 2 рг log2pi,
<= i
где т — число вероятных состояний объекта хг; р, — вероятность того, что объект х примет i-e техническое состояние.
В теории информации энтропию измеряют в двоичных единицах (битах) и пользуются логарифмами при основании два. Бит — это энтропия одного разряда двоичного числа, если он с одинаковой вероятностью может быть нулем или единицей. Техническая диагностика базируется на проверенном практикой положении, что определенные симптомы и их комбинации адекватно характеризуют определенное техническое состояние объекта диагностирования. Таким образом имеются две зависимые системы: технических состояний (неисправностей) объекта D (S) и симптомов этих состояний К.
В процессе диагностирования устанавливаются наблюдением симптомы К, т. е. определяется состояние системы/). Информация, которая при этом получается, уменьшает энтропию системы D. Обозначим информацию, полученную в результате наблюдения за системой D, символом / с индексом К, т. е.
f к—> D — Э (О)—Э (D/К),
где Э (D/К) — полная условная энтропия системы D относительно системы К.
Она характеризует степень неопределенности системы D, остающуюся после того, как система К полностью определилась. В общем случае признак Кj разряда т имеет т возможных альтернативных значений Kjn,. В инженерной практике обычно пользуются
обследованием по двухразрядным, трехразрядным и т. д. признакам, т. е. признакам, обладающим двумя-тремя возможными состояниями.
Обычно удобно признак разряда т представить в виде комплекса т простых альтернативных признаков, т. е. таких признаков, когда реализуется только один из них.
Если в результате обследования выявлено, что признак К имеет для данного объекта значение K,s, то это значение будем называть реализацией признака Kj.
В качестве диагностического веса реализации Kj для состояния Dt принимаем величину:
ZOi(M~=10& p(K/s) ’
где Р (Kj$IDi) — вероятность появления K/S реализации признака К для объектов, имеющих состояние О,; Р (КjS) — вероятность появления значения К/S для всей совокупности исследуемых объектов.
83
Величина ZD. (K,s ) названа И. А. Биргером диагностическим весом реализации признака Kjs для состояния (диагноза) Ее называют еще ценностью информации и информационной мерой признака. По приведенной формуле производят расчет диагностических весов-реализации выбранных двухразрядных параметров по двум возможным состояниям.
Будем считать диагностической ценностью обследования по признаку Kj для состояния Di величину информации, внесенную признаком Kj в установление состояния О,.
Для m-разрядного признака
т
ZD1 =lkJ^Di= %Р (KislDi) ZD. (K/s). 5 = I '
В частном случае диагностическая ценность обследования простого (двухразрядного) признака
ZD_(Kj) = P(Kj/Di)\o&2—{Ki'Di} +P(Kj/Di)logs-P-^^ - • (4.12) 1 F (Ду)
Диагностическая ценность обследования учитывает все возможные реализации признака и представляет собой математическое ожидание величины информации, вносимой отдельными реализациями. По формуле (4.12) определим диагностическую ценность обследования для выбранных состояний. Диагностическая ценность обследования признака Kj для какого-либо одного состояния не показывает истинной общей диагностической ценности признака Kj для всего обследования данного объекта. Это вытекает из того, что обследование, обладающее небольшой диагностической ценностью для одного состояния, может иметь значительную ценность для другого. Поэтому вводим понятие общей диагностической ценности обследования по признаку Кj для всей диагностической системы (состояний):
Zd(K/)=/m^D= 2 P(Di)ZDl(Kj). (4.13)
/= i
Величина ZD (Kj) представляет собой ожидаемое (среднее) значение информации, которое может быть внесено обследованием в различные, заранее неизвестные диагнозы. Она может быть использована не только для оценки эффективности обследования, но и для целесообразности выбора величины диагностических интервалов (число разрядов).
Общую диагностическую ценность обследования для всех исследуемых признаков Zd (Кj) можно найти по формуле (4.13). Для определения комбинаций признаков, с помощью которых выбранная их совокупность была бы отнесена к одному из возможных состояний объекта, составляется алгоритм на основе формулы Байеса
P(Di/K)=/-(Di)P(K/Pi)
2 P(Ds)P(K/Ds)
5=1
84
где Р (Dj/K) — вероятность состояния D, при наличии комплекса признаков К; Р (Di) — априорная вероятность состояния D;; Р (K/Dt) — вероятность появления комплекса признаков при состоянии [)(.
Методика технического диагностирования. Техническое диагностирование — процесс определения с определенной точностью технического состояния объекта. Результатом технического диагноза является заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины дефекта (дефектов), неисправностей.
В зависимости от вида технического состояния, которое требуется установить при диагностировании, производят:
проверку исправности (диагностирование при контроле исправности);
проверку работоспособности (диагностирование при контроле работоспособности);
проверку функционирования (диагностирование при контроле правильности функционирования). Состояние правильного функционирования — это вид технического состояния, в котором применяемое по назначению изделие в целом или его составная часть выполняет в текущий момент предписанные им алгоритмы функционирования со значениями параметров, соответствующих заданным требованиям;
поиск дефекта (диагностирование, целью которого являются определение места, а при необходимости причины и вида дефекта объекта).
Часто потребность в поиске дефекта (неисправности) появляется при проверке исправности, работоспособности или правильного функционирования. В качестве примера на рис. 4.6 приведена общая схема проверки работоспособности объекта диагностирования в сочетании с прогнозированием и поиском дефекта. Диагноз ставится путем выявления (всеми доступными оператору методами) симптомов неисправного состояния, определения без разборки фактических значений структурных параметров объекта и методического их сопоставления с допустимыми отклонениями от нормального уровня (номинала), соответствующего ТУ. Особенностями измерения параметров механических систем является необходимость преобразования неэлектрических величин в электрические.
Совокупность операций, выполняемых при техническом диагностировании, можно разделить на этапы: преобразование физических явлений, сопровождающих работу исследуемого объекта в диагностический сигнал (электрическую величину); измерение определенных параметров диагностического сигнала; сравнение значений измеренных параметров диагностического сигнала со значениями, установленными технической документацией (оценка технического состояния).
Особенности каждого из этапов рассмотрим на примере диагностирования качающегося узла аксиально-поршневого насоса.
1. Преобразование физического явления (пульсации давления рабочей жидкости в линии нагнетания) в динамический сигнал (последовательность электрических импульсов) производится пьезокерамическим датчиком. Последовательность электрических импульсов состоит из пачек по девять импульсов в каждой (по числу поршневых пар насоса).
85
2. Прибор должен регистрировать относительную величину
Г) — (^Лпах—— ^mln—)/Рщах— •
где t^max— и (7Ш1п— — соответственно максимальное и минимальное напряжения импульсов пачки (для импульсов отрицательной полярности).
3. Для оценки технического состояния достаточно сравнить измеренный параметр т], со значением т)ДОп» соответствующим нормам технических условий. Если т) < т]дОп, то объект работоспособен и подле-лежит дальнейшей эксплуатации. Если же т] > т]дОП, то он находится в неисправном состоянии и эксплуатация должна быть прекращена. Таким образом, задача постановки диагноза сводится к определению параметра т) и сравнению его со значением т]доп.
Рассмотрение возможных случаев назначения т)доп с учетом периодичности контроля технического состояния позволяет определить разновидности стратегий технического обслуживания по состоянию с контролем параметров (рис. 4.7).
Наибольшее развитие в настоящее время получают системы, предусматривающие использование бортовых диагностических подсистем, работающих в тесной связи с наземными диагностическими, которые позволяют провести оценку исправности, работоспособности, функ-
Рис. 4.6. Схема технического диагностирования объекта 86
Рис. 4.7. Взаимосвязь стратегии технического обслуживания и допусков на диагностические параметры
ционирования и поиск неисправностей до съемного узла. Для выполнения этих задач в настоящее время разработано множество методов и средств диагностирования. Эффективное их использование идет как по пути совершенствования средств и создания специализированных систем, так и приспособления самолета и двигателя к возможности проведения диагностирования с минимальными затратами времени и средств. Оптимальная эффективность в применении методов и средств диагностирования может быть достигнута только в результате разработки и объединения этих методов и средств в определенную единую интегральную систему диагностирования, которая должна решать задачи по обнаружению неисправности до узла и оценку тенденции изменения состояния функциональной системы.
Благодаря объединению в одно целое ряда средств диагностирования достигается наибольший эффект по сравнению с применением методов и средств диагностирования, рекомендованных для использования в эксплуатации и не объединенных в единую диагностическую систему. Интегральная система диагностирования двигателя, например, должна включать несколько диагностических блоков, позволяющих проводить анализ вибрации, термодинамических характеристик, термической и малоцикловой усталости, состояния масла, а также радиографические и визуально-оптические проверки. Создание интегральной диагностической системы требует детального изучения каждого метода диагностирования, его возможностей, недостатков и ограничений в применении к условиям эксплуатации.
87
Эффективность разработанных систем диагностирования определяется: высокой разрешающей способностью методов и средств диагностирования по обнаружению неисправностей на ранней стадии их возникновения при технической эксплуатации; достаточностью методов и средств диагностирования для распознавания состояний функциональных систем и изделий в условиях эксплуатации; приспособленностью ЛА и двигателя к диагностированию в объеме, обеспечивающем выявление любой неисправности из класса возможных в эксплуатации; возможностью проведения диагностирования при технической эксплуатации; высоким профессиональным уровнем специалистов по проведению диагностирования состояния функциональных систем; постоянным совершенствованием средств и методов инструментального контроля.
Это достигается благодаря предварительной проработке вопросов обеспечения простоты обслуживания и ремонта, удобства подходов к объектам диагностирования, легкосъемности и взаимозаменяемости агрегатов и деталей, приспособленности к автоматизированным проверкам и механизированным работам, возможности параллельного выполнения ряда трудоемких работ, наличию стандартных, простых, унифицированных бортовых выводов, разъемных соединений и крепежных деталей, преемственности самолетного и наземного оборудования, его унификации. Применяемые в настоящее время в эксплуатации методы и средства технического диагностирования не всегда удовлетворяют этим требованиям, из-за чего эффективность их использования снижается, особенно на самолетах и двигателях, спроектированных без учета возможности использования системы диагностирования.
Разработка этих систем начинается с момента проектирования самолета, двигателя и их изделий. Современные системы диагностирования позволяют объединить в одно целое: измерение, регистрацию, обработку, анализ информации о техническом состоянии; выявление неисправностей и выдачу рекомендаций по дальнейшей эксплуатации объектов.
4.4. РЕАЛИЗАЦИЯ СТРАТЕГИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
С КОНТРОЛЕМ ПАРАМЕТРОВ
Свое практическое применение стратегия обслуживания и ремонта авиационной техники с контролем параметров находит уже давно. Основные объекты контроля — двигатели, функциональные системы самолета и отдельные изделия.
Современные авиационные двигатели, являющиеся весьма напряженными по нагрузкам, требуют повышенного внимания к обеспечению надежности. Поэтому как в полете, так и после каждого полета должен осуществляться анализ их работы и прогнозироваться их техническое состояние. Это становится возможным при внедрении в эксплуатацию развитых систем диагностирования.
Применительно к двигателям действующие системы диагностирования могут распознавать такие неисправности, как: расширение пре-88
делов времени запуска, падение частоты вращения, отсутствие подачи топлива, отказ зажигания, перегрев деталей, высокий темп запуска, зависание запуска, некачественная постановка термопар, низкий расход масла, высокий расход масла, занижение или завышение оборотов малого газа при регулировке, повышенное давление топлива, повышение вибрации, повреждение посторонним предметом, понижение или повышение давления масла в системе смазки, повышение температуры масла, загрязнение масла, появление металлической стружки в масле, недостаточный темп нарастания давления топлива, недостаточный контроль за течью и травлением в местах соединений, давление охлаждающего воздуха за пределами допуска, параметры приемистости за пределами допуска 10, 17, 26.
На самолете Б-757 установлена система индикации параметров двигателей RB. 211-535С с предупреждающей сигнализацией для экипажа (EICAS). Система получает информацию от 500 контрольных точек, и при возникновении каких-либо неисправностей необходимая информация индицируется соответствующим цветом в зависимости от степени их опасности. Индикатор выдает информацию о параметрах работы двигателя и его систем как для экипажа, так и для наземного персонала, выполняющего проверки и техобслуживание. Переход на резервные блоки при отказе основных осуществляется автоматически. Электронные индикаторы резервируются традиционными приборами.
Французская фирма СНЕКМА определила два пути снижения расходов на техническое обслуживание и ремонт двигателей. Один из них — обеспечение доступности двигателей на крыле для проведения осмотров и текущего ремонта без снятия двигателя, а также возможности его легкой замены при необходимости. Другой путь — использование системы диагностирования для проведения технического обслуживания по состоянию. Необходимо стремиться к тому, чтобы еще на стадии разработки двигателя были определены методы и средства контроля его технического состояния при эксплуатации. Система контроля технического состояния двигателей, рекомендуемая фирмой, обеспечивает прогнозирование остаточного ресурса, анализ тенденций изменения параметров, обнаружение неисправностей, анализ причин их возникновения и принятие мер по устранению.
Определенный интерес представляет система диагностирования двигателей F = 100, разработанная фирмой КОНРАК- Система выполняет следующие функции: диагностирование двигателей в полете; вывод характеристик двигателя на дисплей в реальном масштабе времени для принятия немедленных корректирующих действий; регистрация и накопление данных, характеризующих тенденции изменения параметров двигателя и его отдельных модулей.
В систему вводятся данные примерно от 38 датчиков, установленных на двигателе. Они преобразуются в дискретную форму и передаются на бортовой процессор, в котором они сравниваются со сведениями, хранящимися в запоминающем устройстве, и в блок регистрации параметров, превышающих нормативные значения. В запоминающем устройстве накапливаются также данные о времени наработки и числе циклов двигателя и его модулей. На дисплей выдаются указания
89
экипажу и наземному персоналу по выполнению соответствующих корректирующих действий.
Внутренний осмотр узлов двигателя осуществляется с помощью бороскопов, для которых предусмотрено в каждом двигателе 12 отверстий. Руководство по технической эксплуатации двигателя содержит подробные описания технологических операций по обслуживанию, контролю, разборке и сборке двигателя и его модулей, по выявлению и устранению отказов и неисправностей. Обращает на себя внимание наличие в руководстве многочисленных тщательно отработанных логических схем — диагностических процедур поиска и устранения причин отказов двигателя, его систем и агрегатов.
В работе 1611 излагается интересный опыт технического обслуживания двигателей с контролем параметров в японской авиакомпании. В качестве источника информации используются комплексные бортовые системы записи параметров типа ECMS (Engine Condition Monitoring System). Основными элементами этой системы являются миникомпьютеры. К настоящему времени разработаны и внедрены методики технического обслуживания с контролем параметров двигателей типа CF-6 (самолет Б-747), RB. 211 (самолет Л-1011), JT-8D (самолеты Б-727 и Б-737). На магнитную ленту бортовой системы ECMS записываются данные параметров полета, основные технические параметры работы двигателей, контролируемые с помощью сети соответствующих датчиков.
При проведении технического обслуживания данные, записанные в цифровом виде в кассетах с магнитными лентами, преобразуются в аналоговые управляющие сигналы в многоканальном дешифраторе с использованием стационарной ЭВМ и отображаются на бумажной ленте с помощью многодорожечного самописца.
В памяти ЭВМ заложены данные о номинальных значениях контролируемых параметров, благодаря чему автоматически вычисляются и отображаются на ленте самописца также данные об отклонениях параметров от нормы. В результате при проведении технического обслуживания основное внимание обращается на выполнение тех операций, которые направлены на приведение в норму соответствующих параметров двигателя. Эффективность обслуживания с использованием бортовой системы контроля заметно повышается.
Опыт развития отечественных двигателей семейства НК-8 показал, что исследования по повышению контролепригодности двигателей и разработка систем диагностирования должны проводиться на этапах проектирования, серийного производства и эксплуатации. Система диагностирования указанных двигателей позволяет обнаружить возникающие при эксплуатации неисправности на ранней стадии их развития, своевременно оценивать техническое состояние двигателей и прогнозировать его изменение на межпроверочный период.
Система параметрического контроля газодинамических параметров двигателя включает автоматическую и визуальную регистрацию и периодический контроль параметров (рис. 4.8). Автоматическая регистра ция параметров на МСРП-64 с последующей экспресс-обработкой обеспечивает оперативный контроль и диагностирование технического сос-90
Pl’c. 4.8. Параметрический контроль газодинамических параметров двигателя
тояния двигателя после каждого полета и своевременное выявление неисправности, возникающей в полете. Визуальная регистрация параметров в крейсерском полете позволяет по большому числу регистрируемых параметров в результате обработки на ЭВМ производить оценку характеристик двигателя и его систем: топливорегулирующей, масляной, вибросостояния двигателя, а также оценивать с помощью метода математической статистики временные тренды параметров.
Периодический контроль параметров при наземном опробовании обеспечивает контроль параметров на режимах запуска, взлетном и реверсирования тяги, а также позволяет провести оценку предельных значений параметров. Комплексный анализ всех видов информации, проводимый в лабораториях диагностики базового аэропорта, позволяет классифицировать двигатели на «исправные» или «подозрительные на неисправность» и обоснованно принять решение о техническом состоянии двигателя и о необходимых подрегулировках.
Для оценки и прогнозирования работоспособности двигателя строятся зависимости изменения параметров от наработки и определяются тенденции выхода за предельные уровни. Для осмотра и оценки технического состояния узлов и деталей газовоздушного тракта без снятия двигателя НК-8 с самолета разработаны и внедрены оптические и волоконно-оптические эндоскопы со световодами и токовихревые приборы с применением специальных манипуляторов (табл. 4.1).
Применение указанных и других средств диагностирования позволяет выявить и определить размеры дефектов деталей (забоины, вмятины, погнутости, коробление, прогар, трещины). Важное место в системе технического диагностирования двигателя занимает контроль по «критическим параметрам». При этом на земле осуществляется контроль наличия стружки в масле путем осмотра магнитных пробок и маслофильтра, экспресс-анализа масла, а также контроля засоренности топливных фильтров. В полете осуществляется измерение уровня вибрации и индикация предельных состояний на световом табло.
91
Таблица 4.1
Узел газовоздушного тракта Контролируемая деталь Средства диагностирования
Компрессор низкого давления Рабочие лопатки второй ступени Эндоскоп ОД-4
Компрессор высокого давления Рабочие лопатки четвертой ступени Лопаткн компрессора Эндоскоп ОД-8 Фотоэндоскоп Н-300
Камера сгорания Жаровая труба, форсунки Кольца Эндоскоп ОД-5 Эндоскоп ОД-5
Турбина Рабочие лопатки второй ступени Кольцо соплового аппарата первой ступени Лопатки соплового аппарата первой ступени Обод и елочный замок диска второй ступени Лопатки турбины Эндоскоп РВП-491 Эндоскоп ОД-3 Эндоскоп ОД-4 и ОД-5 Эндоскоп ОД-1, дефектоскоп ДИД 1/11 Фотоэндоскоп Н-300
Реверс Оси реверса Эндоскоп Н-290
Коробка моторных агрегатов Фланец крепления коробкн к средней опоре Дефектоскоп ДИД 1/3
Для повышения достоверности контроля разработана система изме рения вибраций на основе метода спектрального анализа [171. Она включает в себя подсистемы магнитной регистрации вибросигналов, последовательного спектрального анализа вибрации и следящего спектрального анализа.
Подсистема магнитной регистрации предусматривает возможность записи сигналов от вибропреобразователей, установленных на корпусе двигателя, и от штатных датчиков частоты вращения (датчиков и тахометров), что обеспечивает повышение точности анализа. В зависимости от алгоритмов диагностирования подсистема позволяет использовать штатные индукционные вибропреобразователи, обеспечивающие контроль вибрации в диапазоне роторных частот, и дополнительные пьезоакселерометры, устанавливаемые на корпусе или отдельных узлах двигателя. С помощью дополнительных датчиков осуществляется оценка состояния различных элементов двигателя в области высокочастотного спектра вибрации.
Система предусматривает максимальное использование стандартных блоков и приборов. Некоторые элементы могут быть изготовлены в АТБ. Система прошла экспериментальную проверку в процессе подконтрольной эксплуатации партии двигателей на самолетах Ту-134, а также использовалась для диагностирования технического состояния двигателей на самолетах Як-40. При появлении признаков изменения уровня вибрации рекомендуется усилить контроль за техническим состоянием двигателя путем анализа изменения других газодинамических параметров, продуктов изнашивания в масле и результатов осмотров узлов проточной части.
Для определения содержания металлов в масле используется ряд методов, в том числе: спектрометрический, химический, калориметри-92
ческий, полярографический и др. При этом применяются приборы МФС-3, МФС-5, ПОЖ-М. Одним из наиболее перспективных методов, как считают специалисты, является спектрометрический анализ проб масла с использованием установок МФС-3 и МФС-5. Данный метод хорошо известен специалистам и подробно описан в специальной литературе 126].
В последние годы в Московском транспортном управлении успешно применяется система «Анализ-86», которая предназначена для автоматизации процесса анализа полетной информации и выработки рекомендаций по дальнейшей эксплуатации самолета Ил-86 11]. Технические характеристики системы «Анализ-86» обеспечивают хранение и использование информации о каждом двигателе за длительный период наработки, удобное к ней обращение и документирование, необходимые для выполнения последующего анализа.
Система «Анализ-86» позволяет решать следующие задачи повышения эксплуатационной надежности двигателей: раннее обнаружение неисправностей, сокращение числа вторичных повреждений и снижение риска вторичных отказов; предотвращение случаев выключения двигателей в полете; уменьшение вероятности ошибочного снятия двигателей; объективность принятия решений о необходимых объемах технического обслуживания.
Методика, заложенная в систему «Анализ-86», позволяет оценивать: состояние газовоздушного тракта, системы регулирования, запуска, масляной системы; вибрационное состояние двигателя; индивидуальную эквивалентно-циклическую наработку двигателя. Применение методов математической статистики при анализе позволяет обнаружить и оценить ухудшение состояния узлов и систем как краткосрочное, происшедшее в последнем полете, так и носящее долговременный характер.
В перспективе по мере развития вычислительной техники часть задач, решаемых наземной системой диагностирования, может быть вынесена для самостоятельного решения на борту самолета с использованием микропроцессоров и бортовой ЭВМ. К числу таких задач относятся: формирование выборок для решения перспективных задач наземной системой диагностирования; фильтрация данных; контроль системы регистрации и измерения; оперативный анализ в реальном времени и информирование экипажа.
Не менее важная проблема — практическое применение систем диагностирования для контроля технического состояния функциональных систем и отдельных изделий самолетов. Наиболее заметные результаты в данной области получены применительно к гидравлическим системам. Выбор параметров контроля технического состояния и поиска неисправностей каждого участка гидросистемы и ее агрегатов производится, как правило, на основе: изучения их функций, устройства и условий работы; составления и анализа уравнений их функционирования; составления логических схем причинно-следственных связей параметров и факторов, влияющих на работоспособность объекта; анализа контролепригодности и функциональной значимости
93
участков системы и агрегатов; анализа возможности применения системы диагностирования.
К числу функциональных параметров, которые используются для контроля технического состояния гидросистемы, относятся: давление и перепад давления, температура рабочей жидкости, уровень рабочей жидкости, положение подвижного элемента, расход рабочей жидкости, утечки, наличие воздуха и др.
В ряде случаев, когда совокупности функциональных параметров оказывается недостаточно для решения задач прогнозирования работоспособности, поиска места и причины возникновения неисправностей агрегатов, используются специальные методы и средства технического диагностирования такие, как, приборы контроля внутренней негерметичности участков и агрегатов системы; контроля технического состояния гидронасосов и др. Все эти приборы прошли эксплуатационную проверку в АТБ и на заводах ГА. Применение приборов позволяет в несколько раз уменьшить время поиска негерметичных участков и агрегатов гидросистемы.
Особый интерес представляет вопрос применения для контроля технического состояния гидросистемы в полете и на земле встроенных бортовых систем обнаружения и распознавания отказов. В работе [571 освещены составные части и особенности применения бортовой системы IMACS, которая решает следующие задачи: обеспечения раннего предупреждения о неправильной работе агрегата или его отказе; контроля за критическими и жизненно важными параметрами агрегатов системы; вывода данных контроля на центральную панель без необходимости дополнительной обработки; выдачи сигнала наземному персоналу о необходимости проведения технического обслуживания.
Контролируемые параметры и применяемые типы датчиков для контроля различных агрегатов гидросистемы приведены в табл 4.2. По данным работы [571, применение встроенной бортовой системы обнаружения и распознавания отказов гидравлической системы самолета дает ощутимый экономический эффект.
В последние годы определенные практические шаги делаются и в отношении контроля технического состояния планера самолета при его эксплуатации. Существующие методы и средства неразрушающего контроля позволяют обнаруживать в элементах конструкции усталостные, температурные, шлифовальные, коррозионные трещины, а также различные дефекты сртуктуры и включения. В области применения неразрушающих методов контроля накоплен богатый опыт в зарубежной и отечественной практике технического обслуживания и ремонта самолетов. Однако несмотря на это, отдельные дефекты при подготовке самолетов к полетам в ряде случаев остаются невыявленными и становятся предпосылками к авиационным происшествиям.
Есть ряд причин, которые диктуют необходимость изыскания новых более эффективных методов и средств неразрушающего контроля. В их числе следующие:
высокая стоимость современных самолетов, длительная их эксплуатация, переход на обслуживание и ремонт по состоянию требуют более надежных способов контроля состояния всех элементов конструкции;
94
Таблица 4.2
Агрегат Контролируемый параметр Тип датчика
Бак Дублирующие емкости Фильтр Предохранительный клапан Аккумулятор Пневматический аккумулятор Насос Цилиндр руля направления Бачок-отстойннк Амортстойки Уровень Воздух Температура Давление Температура Давление Температура Давление Температура Положение поршня Давление Жидкость Давление Температура Расход утечек в корпусе Расход утечек в системе Положение штока Расход жидкости Влага Давление Уровень жидкости Электромеханический » Аналоговый сигнал-генератор Электромеханический Механический » » Электромеханический Аналоговый сигнал-генератор Электромеханический Механический Оптический сравниватель Механический » » » Электромеханический Механический Оптический сравниватель Электромеханический Оптический сравниватель
на самолетах имеют место неисправности, не выявленные существующими методами неразрушающего контроля;
применяемые средства контроля не обеспечивают проверки ряда элементов из новых композиционных материалов, а также конструкций, имеющих металлизацию;
назрела необходимость применения средств контроля состояния планера не только на земле, но и на борту самолета в полете.
Одним из новых разрабатываемых методов является метод акустической эмиссии, состоящий в фиксации звуковых волн, излучаемых трещинами во время их развития. Акустическое оборудование можно помещать на борт самолета и наблюдать за развитием дефекта во время полета.
Некоторые из разрабатываемых методов неразрушающего контроля основываются на когерентности лазерного луча. Один из наиболее важных — голографическая интерферометрия, когда проверяемый объект сравнивается с голографически записанным изображением его самого или сходного с ним объекта. Разница между двумя изображениями указывает на наличие дефекта. Например, в Дании щитки самолета А-300 проверяют с помощью лазерной голографии.
Многие лаборатории работают над расширением диагностической способности рентгенографии путем замены черно-белой пленки цветной, чтобы устранить тени от крупных зерен. Фирма «Crumman Aerospace Corp» разработала систему, в которой используются последова-
95
тельные рентгенограммы, проецирующиеся на экран и просматриваемые, как в кино. Имеются также разработки новых портативных установок на изотопах, имеющих короткое время монтажа и экспозиции со сниженными требованиями к экранировке.
Канадским авиационным научно-исследовательским институтом разрабатываются методы электронного фрактографического анализа самолетных конструкций для определения причин разрушения деталей и скорости роста трещин. Показано, что при разрушении деталей в ряде случаев возможна корреляция характеристик поверхности усталостного разрушения с некоторыми повторяющимися эксплуатационными нагрузками. Построена кривая скорости роста трещины в элементах конструкции из алюминиевого сплава и выведено соотношение между числом полетов и длиной трещины. Применительно к элементам конструкции из алюминиевого сплава для прироста трещины на 1 мм требуется около 188 полетов.
На заводе № 407 гражданской авиации разработана «Автоматизированная система прогнозирования развития усталостных разрушений силовых элементов планера самолета». Данная система в качестве исходных данных имеет наработку самолетов, поступающих в ремонт, материалы дефектации о наличии усталостных трещин и их длинах. Накопление данных и их обработка проводятся в автоматическом режиме. В результате устанавливаются: этапы полета, на которых появляются трещины; вероятности появления трещин при различных наработках; закономерность роста трещины (замедленный, ускоренный или линейный рост); параметры скорости роста трещины; наибольшие возможные длины трещин в парке самолетов при различных наработках. На основе указанных результатов в автоматическом режиме даются рекомендации о необходимости замены элемента на новый или об усилении его накладкой; о наработке, при которой следует провести замену или усиление; о периодичности осмотров, гарантирующей безопасность полетов. Использование данной системы позволило заводу внедрить ремонт по состоянию ряда силовых узлов конструкции самолетов Як-40 и Ту-134. (
В практической деятельности авиапредприятий, использующих стратегию обслуживания и ремонта с контролем параметров, находят применение различные системы контроля и технического диагностирования. Все большее развитие получают встроенные бортовые автоматизированные системы. При техническом обслуживании данные бортовых систем обрабатываются, как правило, с использованием стационарной ЭВМ. В зависимости от зафиксированных значений отклонений контролируемых параметров от нормы автоматически формируется перечень операций, подлежащих выполнению на самолете при той или иной форме технического обслуживания или ремонта. В свою очередь, при ремонте изделий функциональных систем по состоянию с контролем параметров находит применение большое разнообразие различных наземных автоматизированных систем технического диагностирования. Применительно к узлам планера все в больших масштабах при обслуживании и ремонте применяются средства и методы неразрушающего контроля.
96
Глава 5
РЕЖИМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ
Режим технического обслуживания и ремонта представляет собой условие выполнения технического обслуживания и ремонта, включающее перечень и периодичность выполнения операций и при необходимости значения эксплуатационных характеристик применяемых средств. Совокупность операций технического обслуживания и ремонта и трудоемкость их выполнения получили наименование объема технического обслуживания и ремонта (ГОСТ 24212—80). Периодичность технического обслуживания и ремонта определяется интервалом времени или наработки (в летных часах, посадках) между последовательно проводимыми техническими обслуживаниями (ремонтами) одного вида (ГОСТ 18322—78). В данном случае вид технического обслуживания (ремонта) выделяется по признаку объема работ.
В основу классификации режимов технического обслуживания и ремонта могут быть положены признаки, характеризующие сами работы, объем и периодичность их выполнения.
Работы по техническому обслуживанию и ремонту предназначены для поддержания (восстановления) исправности и (или только) работоспособности объектов. Они могут носить профилактический характер, предупреждая появление отказов, или выполняться после наступления отказа для устранения его последствий. Разделение по этому признаку не является абсолютным, а зависит от того, какому уровню схемного решения принадлежит рассматриваемый объект. На рис. 5.1 показано, что с учетом избыточности (резервирования) современных конструкций ЛА работа, не предупреждающая появление отказа на уровне элемента (узел, изделие), может предупредить отказ на уровне системы (подсистемы). В зависимости от распространения конкретной работы на различных типах ЛА ее можно отнести к числу типовых или нетиповых.
По назначению они подразделяются на следующие виды работ [32]: по дефектации (диагностированию);заправочно-смазочные; по очистке и промывке; восстановительные, вспомогательные.
Они могут выполняться с учетом апостериорной информации о техническом состоянии объекта или без учета. По данному признаку можно выделить номенклатуру работ, которые могут назначаться по результатам диагностирования. К ним относятся восстановительные работы: регулировочные, крепежные, ремонтные, профилактическая замена агрегатов. Реализация этих возможностей зависит от наличия методов и средств диагностирования, а также от применяемых методов технического обслуживания и ремонта объектов. Так, например, при использовании традиционного метода ремонта объектов для определения их технического состояния производится полная разборка. Наличие безразборных методов контроля технического состояния существенно снижает объем монтажно-демонтажных работ.
4 Зак. 1975 97
Объект эксплуата ции Летатель нь /й аппарат (ЛА)
Характеристика радот по предупреждению отказов
Система
Подсистема
Изделие
Узел
Примечание, (-недопустимо, 2-допустимо в исключительных случаях для отдельных систем
Рис. 5.1. Влияние избыточности (резервирования) на характер работ по техническому обслуживанию и ремонту объекта
Работы по техническому обслуживанию и ремонту производятся с демонтажем или без демонтажа. Это зависит от уровня эксплуатационной технологичности объектов и характера работ по техническому обслуживанию и ремонту. Работы принято подразделять также на плановые и неплановые. К плановым относятся работы, предусмотренные регламентом технического обслуживания. При применении метода технического обслуживания и ремонта по состоянию с контролем параметров в регламенте увеличивается удельный вес работ по техническому диагностированию. По объему работ можно выделить постоян ную и переменную составляющие. При применении стратегий технического обслуживания по состоянию доля переменной составляющей в общем объеме работ возрастает. По периодичности выполнения различаются режимы технического обслуживания с детерминированными или случайными интервалами, измеряемыми в единицах календарного времени или наработки (летные часы, посадки). Документ, директивно утверждающий режимы технического обслуживания, получил наименование регламента технического обслуживания объекта.
Условия проведения технического диагностирования, включающие диагностические параметры, их предельно допустимые и наименьшие или наибольшие предотказовые значения, периодичность контроля и эксплуатационные характеристики применяемых средств называют режимом технического диагностирования (ГОСТ 24212—80). При достижении предельно допустимого значения параметра объект переходит в предельное состояние, при котором его дальнейшее примене-нение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправности или работоспособности невозможно или нецелесообразно (ГОСТ 27.002—83). Предотказовым является значение 98
диагностического параметра, находящееся в иоле упреждающего допуска. При этом под упреждающим допуском понимается диапазон изменения диагностического параметра, в котором в соответствии с эксплуатационной или ремонтной документацией нарушается исправность изделия при сохранении его работоспособности. Наименьшее (наибольшее) предотказовое значение параметра определяется из условия обеспечения заданного уровня безотказности с учетом специфики эксплуатации объекта, т. е. упреждающий допуск является совокупностью значений диагностического параметра, заключенных между предельно допустимым и наименьшим (наибольшим) предотказовым значением.
Классификацию режимов диагностирования следует рассматривать по признакам, характеризующим диагностические параметры, упреждающие допуски и периодичность проверок. Предельно допустимое значение параметра является критерием отказа и может являться детерминированной или случайной величиной. Предельно допустимое значение может быть одно верхнее или нижнее (односторонний допуск) или оба (двусторонний допуск). В случае целесообразности вместо одного предотказового значения параметра (наименьшего или наибольшего) могут устанавливаться несколько уровней работоспособности.
Периодичность проверок может быть постоянная и переменная, ио наработке или календарному времени. Связь периодичности проверок с упреждающими допусками на диагностические параметры может быть функциональной или стохастической, а режимы диагностирования - групповыми, установленными для совокупности однотипных объектов, или индивидуальными, определенными для каждого объекта отдельно.
5.2. МОДЕЛИ РЕЖИМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ЗАМЕНЫ КОМПЛЕКТУЮЩИХ ИЗДЕЛИИ
Любой объект авиационной техники состоит из множества комплектующих изделий, поэтому его техническое состояние определяется техническим состоянием изделий. Для обеспечения главного условия существования оптимальной стратегии технической эксплуатации ЛА, заключающегося в обеспечении некоторого соответствия назначаемых состояний процесса технической эксплуатации техническому состоянию объекта, необходимо сначала разработать математическую модель режима диагностирования и замены изделия. Затем следует построить математические модели процесса технической эксплуатации изделий при разных стратегиях замены, в которых управление переходами в состояние технической диагностики и из него осуществляется в соответствии с найденным на первом этапе режимом диагностирования. Посте этого нужно определить оптимальные стратегии замены и режимы диагностирования изделий в соответствии с принятым критерием оптимальности. В дальнейшем будет выполнена группировка операций технического обслуживания отдельных изделий в оптимальные формы регламента для ЛА в целом.
4* 99
Рис. 5.2. Связь периодичности проверок (т=7"2—Тt) с упреждающим допуском Дц = ц**—1)* на диагностический параметр (модель экранов)
ния контролируемых параметров
В большинстве работ по надежности рассматриваются модели изделий с работоспособным и неработоспособным состояниями. Такой подход упрощает решение задач по выбору периодичности проверок и сводит их решение в основном к определению назначенного ресурса 113, 241. Возможности модели значительно расширяются при введении промежуточных состояний работоспособности, в частности профилактических замен, определяемых величиной упреждающего допуска на контролируемый параметр. В некоторых работах рассматриваются модели с тремя и более состояниями 13, 51. Однако процесс перехода изделий из одного состояния в другое в этих работах предполагается дискретным. Реальные процессы износа деталей и измене-изделий протекают непрерывно во
времени, и переход изделия из одного состояния в другое происходит в моменты пересечения процессом уровней, разделяющих эти состояния. Для формального описания этих процессов необходима разработка такой математической модели изменения контролируемых параметров изделия, которая позволила бы учесть закономерности процесса при определении того или иного режима профилактики изделия.
Задачу получения оптимальных стратегий замены и режима диагностирования можно сформулировать следующим образом. Пусть техническое состояние изделия, представляющего собой неделимую
ио признаку замены на самолете часть системы, определяется численными значениями специально выбранных контролируемых параметров. Пусть далее q (t)~монотонная случайная функция времени t, соответствующая контролируемому параметру изделия, q**—предельно допустимое значение параметра, пересечение которого реализациями случайного процесса приводит к отказам изделия, а q* — наименьшее предотказовое значение параметра, такое, что интервал Ат] -- »]** — q* определяет упреждающий допуск (рис. 5.2). Область 0, q* изменения случайной функции будем называть исправным состоянием изделия (состояние /), область q*, q** изменения q (/) будем называть состоянием профилактических замен (состояние 2), а область q**, оо — неработоспособным (состояние 3).
Примем следующие допущения относительно случайной функции 1] (/). Прежде всего пусть Р {0 < q (0) < q*} = 1, т. е. изделие, имеющее наработку t = 0, находится в исправном состоянии с вероятностью «единица». В момент t - Т случайный процесс q (t) соответствует исправному состоянию с вероятностью = Р {0 < q (Т) < q*}, сос-
100
тоянию профилактических замен с вероятностью Р., Р {q< q [Т)< < 1]**} и неработоспособному состоянию с вероятностью Ря — Р {q** < q (Т) < сю}. Таким образом, распределение процесса по состояниям изделия подчиняется условию нормирования, Рх + 4
-= 1. Предполагается также, что при замене устанавливается новое изделие или отремонтированное, причем последнее по своему техническому состоянию эквивалентно новому.
Рассмотрим вертикальное сечение процесса q (/) в точке t -= Т. В этот момент выполняется проверка технического состояния изделия. Если в это время изделие находится в состоянии 1, то выдается разрешение на его дальнейшую эксплуатацию, если изделие находится в состоянии 2, то выполняется его профилактическая замена (ремонт), и если изделие находится в состоянии 3, то выполняется его аварийная замена или ремонт (см. рис. 5.2).
Предположим, что в результате статистического исследования получено формальное описание случайного процесса q (t) и известен из технической документации предельный уровень определяющего параметра q**. Тогда задача заключается в том, чтобы определить связь периодичности проверок т Т2 — 7\ и упреждающего допуска Дт] = т]** — —т|* на контролируемый параметр q** — q* = f (т) при обеспечении заданного уровня безотказности, оптимальный режим диагностирования (т, q** — q*) opt при принятом критерии оптимальности min С; и зависимость целевой функции от режима диагностирования С, = f (т).
Определим связь периодичности проверок и упреждающего допуска на контролируемый параметр. Проверка технического состояния изделия осуществляет роль своеобразного экрана — прозрачного при т)(Т)<т|* и поглощающего при q (Т)> q* (см. рис. 5.2). Момент проверки должен быть выбран таким образом, чтобы q* < q (Т) < q**.
Рассмотрим теперь горизонтальное сечение процесса в точках q* и q**. Уровни q* и q** пересекаются случайным процессом q (/) в случайные моменты времени Т* и Т**. При этом очевидно, что состоянию профилактических замен должно соответствовать условие Т* < т <z т * *
Пусть Tt и Т,— соответственно моменты времени проведения первой и второй проверок, ах — случайный момент пересечения процесса уровня q* или q**, т. е. Т*, Т** £ х. Очевидно 112], что при фиксированном уровне q** имеем х С 7\ тогда и только тогда, когда q> q*. Для q** получаем по аналогии, что х < Т.г тогда и только тогда, когда q~> q**. Отсюда для пересечения событий {х < 7\} Г] {х < Т.,} — - {х < 7\} на уровне q* тогда и только тогда, когда {q>q*}D Г) {q"> q**} - {q> q**} для момента Т2.
Таким образом,
Р I* < Г1!при v =р >г1**!при г£ • Отсюда Т, оо
J f(x, 1}*) dx ~ I <Р (q , т2) Jq, (5.J)
О Т)**
где f (х, q*) и ([> (q, 7"2) — соответственно плотности распределения случайной величины х на уровне q* и случайной величины q £ q (/) в момент Тг.
101
Точно также по типу (5.1) можно вывести уравнение для одного только уровня г]* и момента Т2:
f /(х. q*)dx = J <р(т]. T^dq. (5.2)
о ч‘
Сравнивая уравнение (5.1) с (5.2), окончательно имеем
т, п"
j /(z,q*)z?/ = J <р 0]. Т.г) dr], (5.3)
Т, Ч*
Таким образом доказана теорема следующего содержания: для монотонного случайного процесса т) (/) с заданными 1\ и q** очередной срок диагностирования Т.2 и наименьшее предотказовое значение параметра 1]* удовлетворяют уравнению (5.3).
Эта теорема справедлива для общих условий технической эксплуатации изделий. Некоторые ограничения, накладываемые на уравнение (5.3) условием использования в качестве исходных данных известного Т\, являются кажущимися, так как в одном случае можно положить 7\ = 0, а в другом определить его значение из условия заданного уровня вероятности безотказной работы Р,ял или допустимой вероятности отказа:
9лоп =1 — ,г>за jv (5 • 4)
Р 1»]** < °0: М = .! < <7лоп-
Из доказанной теоремы следует, что
г, т,
j f (t, q**) dt - = i‘ f (t. i)*) dt. T, 0
Поясним физический смысл этой теоремы с использованием наглядных представлений о горизонтальных q* и вертикальных Тх, Т.,,..., Т„ экранах. Будем называть отрезок q**—»]* Дт], означающий упреждающий допуск, вертикальным поглощающим экраном, а ДТ =--
Т, + 1 — 7\ — горизонтальным экраном, который может быть как поглощающим, так и прозрачным.
Горизонтальный экран (рис. 5.2, о, б) будет поглощающим при наличии непрерывного контроля или индикации достижения наименьшего предотказового значения параметра. При отсутствии индикации вводятся периодические проверки. В этом случае горизонтальный экран становится прозрачным и траектории случайного процесса достигают вертикального поглощающего экрана (Ьс). Выполнение условия теоремы (5.3) обеспечивает такое расположение экранов, при котором все траектории процесса, прошедшие через горизонтальный экран (ab), попадают на вертикальный (Ьс). Математическую модель, определяемую уравнением (5.3), будем называть моделью экранов. Из рассмотрения модели следует ряд стратегий замены изделий (рис. 5.3).
При -q* = 0 имеем метод замены изделий после отработки ресурса, при т)* — т]** — метод замены после отказа (рис. 5.3, а, б). Последние 102
Рис. 5.3. Схема моделей замены элементов / и процесса их технической эксплуатации // прн разных стратегиях замены:
а — но наработке; б — при отказе; в - по состоянию с непрерывным контролем параметров; г — по состоянию с дискретным контролем параметров
две модели (е, г) означают метод замены изделий по состоянию соответственно при непрерывном и дискретном контроле. В случае непрерывного контроля для определения упреждающего допуска также может быть использовано уравнение (5.3). Однако здесь оно приобретает другой смысл и означает интервал времени с момента перехода в состояние профилактических замен (пересечение уровня "»]*) до момента замены изделия, например, в базовом аэропорту. В этом случае определение упреждающего допуска по уравнению (5.3) обеспечивает предупреждение отказа.
В тех случаях, когда некоторые изделия имеют худшее качество или эксплуатируются в более тяжелых условиях, реализации их контролируемых параметров могут отличаться от описанного случайного процесса. Тогда не все траектории случайного процесса п, прошедшие горизонтальный экран т)*, попадут
на вертикальный поглощающий экран, так как часть реализаций т раньше достигнет предельно допустимого значения параметра «]**. Тогда на вертикальный поглощающий экран попадает всего лишь п — т траекторий процесса. Если через р обозначить вероятность превышения предельного допустимого значения параметра в межпроверочный период, то вероятность попадания траектории изделия на вертикальный поглощающий экран будет 1 — р. Тогда согласно предельной теореме о редеющих потоках можно записать, что интенсивность разряженного потока за предельный уровень
Хр = рЛ, где! — интенсивность потока через горизонтальный экран т)*.
Тогда интенсивность потока через вертикальный поглощающий экран Х3 - (1 — р) X.
Уравнение (5.3) в общем случае примет следующий вид:
т, I Т 1 ’С’ ( п I
J (1— р)Х(/)ехр 1 — [ (1 — р) X (х) = J р (ц) exp < — jp («) Л],
71 IO Jr]* I О J
Где р (т]) — интенсивность потока в вертикальном сечении.
103
Вероятность р может быть оценена статистически по результатам испытания или эксплуатации. Таким бразом, первая часть задачи по определению связи упреждающего допуска At] т]** — т]* и периодичности проверок т ti + l — ti решена (5.3) и (5.4).
В качестве примера использования уравнения (5.3) определим для нормального закона распределения <р (т), /) монотонного случайного процесса т) (t) зависимость упреждающего допуска Лт) = т]** — т)* от периодичности проверок т. Для решения этой задачи воспользуемся зависимостями плотностей распределения времени до первого пересечения границы поля допуска / (/, г],) через одномерные характеристики плотности распределения <р (»], t) случайной функции q (f) и характеристики поля допуска.
Пусть для нормального закона моментные функции параметра (математическое ожидание (t) и среднее квадратическое отклонение о,) (/)) аппроксимированы линейными зависимостями:
(0^mo4-mb /; ) ап (/)=ао+аь/. |
В этом случае плотность распределения
1 ч> (»1. Gh-——---ехР
I 2 л (о„ +<ть t)
(5-5)
(т) — та — ть /2)а
2 (оа +аь О2
(5.6)
В соответствии с (4.2) формула для плотности распределения времени достижения наименьшего (наибольшего) предотказового значения параметра
1
f (t. n*) ~ ехР
|/ 2л
(п*—О2 1
2(оа + щД)2 1
d dt
Т|* ~та ~,пЪ t ' аа + щ> t
(5.7)
Подставив выражения (5.6) и (5.7) в уравнение (5.2), произведя интегрирование и необходимые преобразования, получим зависимости т]* - f (т) и (т]** — т)*) — f (т) для нормального закона распределения параметра:
Т]**(0а+аь Т4,)—(«ь оа—то аь) т m
л * : (о. о)
Оа4-°Ь T’j-J-Gf, Т
[(т]**—ота) аь+ть оа] т ао+аь Л+аь т
(5-9)
Момент первой проверки 7\ определяется из выражения (5.4) путем подстановки <р (т), Ti) для нормального распределения:
Ч**~ та—
f _ ¥ДОП
mb~ui оь
4 ДОП
(5.10)
где и — квантиль нормального распределения, отвечающий вероятности 1-чдоп
Т’зад = 1 — 4доп-
104
Итак, получены уравнения, которые при нормальном распределении <р (т), t) и линейной аппроксимации моментных функций устанавливают зависимость упреждающего допуска Дт) = ц**—т]* от периодичности проверки т (5.9) и определяют момент первой проверки Л (5.10).
Рассмотрим решение задачи определения связи упреждающего допуска т]’* — rji, i — 1, 2,..., п или наименьшего (наибольшего) значения контролируемого параметра тр (t) с периодичностью проверки т на примере аксиально-поршневого насоса НП-43М гидравлической системы самолета Ту-134. Для фиксированных значений наработки тг насосов, равных 0 ч, 500 и 1000 ч, для каждой случайной величины T)t- (tr) определяются эмпирическая плотность распределения (т]г, tr), математическое ожидание т, и среднее квадратическое отклонение аг.
Гистограммы распределений параметров <р (т)г, tr) в вертикальных сечениях при наработке 0 ч, 500 и 1000 ч, совмещенные с графиками изменения математического ожидания т, и среднего квадратического отклонения ог, приведены на рис. 5.4, 5.5. Как из них следует, для всех параметров характерно наличие участка приработки 0—500 ч, на котором скорость изменения параметра уменьшается. Далее следует участок нормальной работы, на котором средняя скорость изменения параметра стабилизируется. На последнем участке моментные функции параметра р (/), математическое ожидание znn (t) и среднее квадратическое отклонение о,, (/) аппроксимированы линейными зависимостями (5.3). Постоянные коэффициенты:
'/+1 тп (<<+,)
'% (G+i)—(tj)
Коэффициенты оа и вычисляются по аналогичным формулам. Проверка гипотезы о нормальном распределении <р ('И/, tr) по критериям Пирсона х2 и Колмогорова показала ее совместимость с опытными данными. Подставив значения этих коэффициентов в (5.5), получим для наработки t~> 500 ч моментные функции параметров насоса:
для объемного к. п. д. уц (t)
tnv (/) = 0,915 —0,000062/; а., (/)= 0,02+0,000012/;
для максимального давления т),, (/) в Паскалях
m (/)= (214,9 —0,0033/) 105; с (/) = (3,53 +0,00059/) 10+ 'р ф
для суммарного осевого люфта т]а (?) в микронах
m (0-51.73 +0,0397/; а (/) = 18,5+0,0012/.
105
Рис. 5.4. Гистограммы распределений <p(r), tr) и моментные функции (I), О (О ПРИ /^500 ч определяющих параметров насоса: а — максимального давления Рщах* & объемного к. в. д. VV
106
Задавшись по техническим условиям на насос НП-43М после серийных испытаний предельно допустимыми значениями параметров (Пт* 0.75; ПГ = 200,9 -106 Па; т]о — 0,150 мм), определим по формуле (5.10) моменты первой проверки — 1071 ч для параметра /1 661 Ч ДЛЯ Лпах и 1]-- 988 ч
для параметра 6. Момент первой проверки для насоса в целом определяем из условия = min (1071, 661, 988) < 661 ч.
Рис. 5.5. Гистограмма распределения ф(т), tT) и моментные функции т1} (/), 6^ (/) суммарных осевых люфтов в поршневых парках прн (^500 ч
На основе исходных данных, сведенных в табл. 5.1, по формуле (5.8) определим зависимость наи
меньшего (наибольшего) предотказового значения параметра т],' от периодичности проверок для рассматриваемых параметров насоса:
. (795,6-|0,1409т) 105 . 0,0240+ 0,00001222т
р 3,96+0,0006т Я’ 0,0272 + 0,000012т
» 2883 —0,6724т
19,22+0,012т МКМ'
На рис. 5.6 показаны зависимости упреждающего допуска т)** — —П* от периодичности проверок т, рассчитанные по формуле (5.9). Полученные зависимости могут быть использованы для оптимизации
Рис. 5.6. Зависимость наименьшего (наибольшего) предотказового значения параметра ц* и упреждающего допуска г)**--ц* на определяющий параметр ц(/) от периодичности проверок т:
я —Пуо (т), т)*—П**=((т); б — 9р(т), Пр— П**=7(т); в~ T)j (т), Пб‘ -Дб = /(т)-
107
Таблица 5.1
Параметр насоса пГ mai тЫ °ai °ы
Те Рmax. Па 6, мкм 0,750 200,9-105 0,150 0,915 214.9105 51,73 —0,000062 -0,0033-106 0,0397 0,020 3,53-106 18,5 0,000012 0,00059-105 0,0012
режимов диагностирования, например, по критерию min Cj. На данном рисунке приведено также наименьшее (наибольшее) предотказовое значение т]* (т) контролируемого параметра.
5.3. МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИЗДЕЛИЙ
По аналогии с рассмотренными в гл. 1 математическими моделями процесса технической эксплуатации самолетов построим модели для комплектующих изделий. Примем следующие состояния (периоды) эксплуатации изделий: функционирования на объекте в исправном состоянии И; (i — 0, 1,..., г— 1); диагностических проверок П/ (/ — 1, 2,..., г); профилактических замен 3Q (q = 1, 2,..., /п); ожидания ремонта в неработоспособном состоянии Н,- (/ = 1, 2,..., т); ремонта В h (k = 1); хранения на складе Cs (s — 1).
Для формального описания процесса технической эксплуатации изделий х (?) используется приведенный выше математический аппарат полумарковских процессов. Графы состояний и переходов процесса технической эксплуатации при различных стратегиях их замены представлены на рис. 5.7. Управление переходами И 0—> Пх, ГЦ -> 39 и П1 -> Ио осуществляется с использованием модели экранов (5.3).
Рнс. 5.7. Схема замены изделий:
а — по наработке; б — при отказе; в — по результатам контроля параметров технического состояния
108
Вероятность замены i-ro изделия, элементы которого подвержены износу и старению, зависит от наработки tt и периодичности проверок т4. Для фиксированных значений периодичности тг и номера проверок г вероятность замены однотипных изделий будет постоянной. Это свойство наблюдаемого случайного процесса, вытекающее из модели экранов, можно использовать при построении модели эксплуатации с заменой изделий по состоянию с дискретным контролем параметров.
Для сохранения марковского свойства процесса введены дополнительные исправные состояния И; (i — 0, 1, 2,..., г — 1) и соответствующие им состояния проверок П( (/ = 1, 2,..., г), различаемые по номеру межпроверочного периода при фиксированной периодичности проверок т(. При принятых предположениях о полном вос
становлении работоспособности изделий при каждом ремонте, а также о замене на новые изделия в случае необходимости процесс будет регенерирующим; точками регенерации являются моменты возвращения процесса в состояние И().
Граф состояний и переходов процесса эксплуатации изделий со стареющими элементами представлен на рис. 5.8. Вероятности переходов П( -+ Зч и П( -► И; определяются по выражению (5.3). Условная вероятность замены i-ro элемента в момент r-й проверки tr при условии, что элемент не был заменен до момента tn-
ч** ‘г .«
J <r)dr] J П, )dT P/(CM,rr)==-^--------------= ------------. (5.11}
/ Ч>(Ш. МЛ) J /(t, n,“)c,T
0 ‘r~i
Наличие в рассматриваемой модели эргодических марковских цепей позволяет вычислить по формулам, приведенным в гл. 1, стационарные параметры процессов: вероятность лг и математическое ожидание времени р, пребывания в состоянии i, а также среднее время возвращения 1ц в состояние i. Использование указанных величин дает возможность определить важные параметры процесса эксплуатации: коэффициент использования Kf в состоянии i, коэффициент использования Кк в группе исправных состояний i (Е И и среднюю наработку
109
между двумя последовательными заменами t-,. Предложенные модели позволяют решить задачу определения оптимального режима диагностирования.
Идея оптимизации заключается в следующем. При заданном случайном процессе т] (t) предельно допустимом значении параметра т)** и допустимой вероятности отказа /?.„ согласно теореме (5.3), каждому фиксированному значению упреждающего допуска т]** — г)*, определяющего ширину вертикального поглощающего экрана, однозначно соответствует периодичность проверок, определяющая величину горизонтального экрана. Чем больше эти величины (упреждающий допуск и периодичность проверок), тем меньше затраты на контроль и больше затраты на замену и ремонт, и наоборот.
Целевые функции и критерии оптимальности процесса технической эксплуатации изделий принимаются в соответствии с рекомендуемыми в гл. 1 для ЛА в целом. Однако применительно к изделиям предпочтительнее принять в качестве целевой функции удельные денежные затраты, связанные с контролем, заменой и ремонтом.
Таким образом, определение оптимального режима технического диагностирования изделия по критерию min Cj при заданном уровне безотказности можно выполнить с использованием целевой функции:
Cj =-----277---- с« У + (Сз+Св) лл-4-С„ У, л, 4-Сф У лА щ ,
L i=‘ ,= ' k=l J
1=0 /еИ
(5.12)
где Cu. С3, Св — стоимости проверки, замены и ремонта изделия соответственно; Си — убытки, связанные с возникновением отказа изделия; Сф — удельная плата за фонды; W — среднегодовая наработка изделия.
С помощью уравнений (5.11) и (5.12) можно получить функции вида Cj ~ f (т), которые используются при решении задачи группировки операций технического обслуживания, в том числе и операций диагностирования, в оптимальные формы регламента.
S.4. ФОРМИРОВАНИЕ РЕГЛАМЕНТА ТЕХНИЧЕСКОГО
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЛА
После решения задачи определения режима диагностирования и замены каждого отдельного изделия, т. е. установления для них оптимальных периодичностей проверок с учетом упреждающих допусков на контролируемые параметры, возникает новая задача группировки многочисленных локальных периодичностей технического обслуживания изделий в оптимальные формы регламента.
Один из подходов к задаче группировки изделий в формы регламента изложен в работе 150]. В ней оптимальный вариант регламента определяется по критерию минимума средних годовых затрат на техническое обслуживание и ремонт ЛА с учетом убытков от простоев. Необходимо построить такую структуру регламента диагностирования, которая НО
обеспечивает уровень безотказности не ниже заданного и минимум потерь индивидуальных ресурсов изделий. Учитывая это, для решения поставленной задачи группировки операций в оптимальные формы регламента следует рассмотреть возможность применения других способов. Можно, в частности, показать, что данная задача относится к числу задач линейного программирования транспортного типа и, следовательно, для ее решения могут быть использованы стандартные методы, изложенные, например, в [331.
Пусть некоторый сложный объект эксплуатации состоит из т различных типов изделий. Имеется п базовых форм регламента технического обслуживания объекта, и у есть порядковый номер формы регламента с периодичностью выполнения cpj.
Обозначим через а,- число изделий i-ro типа, диагностирование которых планируется сгруппировать в одной из форм регламента, а через bj — число изделий различных типов, сгруппированных в у-й форме. В нашем случае все изделия объекта должны быть сгруппированы таким образом, чтобы они были распределены по всем формам регламента. Поэтому
2 = 2 hJ- ‘ (513)
/=1 /=1
Число изделий i-ro типа, планируемое для группировки в f-й форме регламента, обозначим через XТак как все а, изделий i-ro типа должны быть выбраны для размещения в группы, а последняя может быть составлена из изделий различного типа, то
п
2 Хи = щ, * = 1, 2....т (5.14)
/=1
И т
2Хо==ьУ- 1-1, 2.......п. (5.15)
/= I
Пусть, как и прежде, Z, означает оптимальную локальную периодичность технического диагностирования изделия, которая при заданном уровне надежности не превышает некоторого значения ifmax. Помещая изделие i-ro типа в у-ю форму регламента <р,- С iilnax, мы испытываем потери вида:
C,J-=-C/(T=<pJ)-Ci (т-Ч), (5-16)
где С; (т ti) — оптимальные удельные затраты на техническую эксплуатацию i-ro изделия; С/ (т -= <р7) — удельные затраты на техническую эксплуатацию t-ro изделия в случае обслуживания его при /-и форме.
Так как из а, изделий i-ro типа в у-ю форму регламента группируется Хи изделий, а потери от группировки при этом составляют Сц, то суммарные потери:
П-2 S (5-17)
»=i/=1
где Гу — число /-х форм регламента за время <рп
111
Матрицу ||ХО|| будем называть планом группировки. Задача группировки заключается в том, чтобы при условиях (5.13) — (5.17) найти неотрицательный план группировки ||Х/;||, минимизирующий линейную форму (5.17). Эта задача является стандартной.
Если затраты С;, неизвестны, то группировка изделий в оптимальные формы регламента может быть выполнена по критерию минимальных потерь от недоиспользования наработки изделий между обслужи-ваниями:
= (pj (tf cfj^O).
При этом исходя из принципа группировки < 0 считаются недопустимыми. Так как из аг изделий в /-ю форму регламента группируется Xjj изделий, то потери от такой группировки составят МцХи^.
т п
Общие потери при этом П = 2 2 Wj/X^r;.
i=i /=1
Таким образом и в этом случае приходим к задаче линейного программирования транспортного типа, решение которой будет означать план группировки, обеспечивающий минимум потерь от недоиспользования наработки отдельных изделий за цикл фп.
5.5. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В ЗАДАЧЕ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РЕГЛАМЕНТА
При эксплуатации систем по техническому состоянию возможен принципиально новый подход к задачам их обслуживания и ремонта 1461. Рассмотрим одну из таких задач в следующей формулировке. Известны оценка (реализация) технического состояния системы в некоторый момент времени и перечень регламентированных форм ее обслуживания и ремонта.
Требуется определить форму обслуживания или ремонта данной системы в данный момент времени. Если такая форма определена, то можно сказать, что обслуживание или ремонт системы выполнены по индивидуальному регламенту.
Уточним теперь исходные данные поставленной задачи. Пусть Хг = (Хг/)— таблица случайных чисел Xih ig (1, tn), jQ (1, л), a Xi = (хг1,..., xin) строка этой таблицы с элементами хц £ х,-. Будем определять Хг как таблицу возможных признаков хг £.Х t технического состояния системы при условии, что система фактически нуждается в i-й форме обслуживания или ремонта. Таким образом, X = (J^i есть множество всех возможных таблиц Хь т. е. множество всех возможных реализаций технического состояния системы, ее стохастический эквивалент.
Относительно этого эквивалента X, кроме того, предполагается следующее. ____
1. Элементы XfJ- для всех i С (1, т) и / С (1, п) взаимно независимы и принимают значения на ограниченном множестве положительных целых чисел (О, X), где N — верхняя граница этого множества.
2. Математические ожидания Х1Х,7- существуют и конечны.
112
3. Вероятности рц ~ р (Хи = xti) существуют и удовлетворяют условию
У, PH = 1. i £ (Ст). /
Пусть теперь Х° (J Х'?сХ — выборочное подмножество непустых таблиц множества X. Будем определять множество Х° как техническую память распознающей системы («дефектовщика»), Задача заключается в том, чтобы на основе данной технической памяти поставить наилучший диагноз технического состояния системы, т. е. назначить индивидуальный регламент с наименьшими возможными потерями. Затем уточняются понятие «диагноз» и постановка задачи.
Формально взаимодействие между распознающей и технической системами осуществляется следующим образом. Техническая система в момент диагностирования из таблицы X «извлекает» симптом (совокупность признаков) xczX своего технического состояния и «предлагает» его дефектовщику для распознавания. Решение дефектовщика х£ X” принимается на основе использования некоторых особенностей его технической памяти |J Х° и определяется как диагноз i-ro типа технического состояния системы. Иначе говоря, решением,- £ Xj есть диагноз, переводящий систему из i-ro типа технического состояния на j-ю форму обслуживания с вероятностью рп. При этом могут иметь место два случая.
Во-первых, если х£Х“, то диагноз х£Х, тривиален, так как он в принципе может быть получен простым перебором и сопоставлением вариантов xf)x“ (симптом — строка таблицы памяти). При х£Х° найдем такой элемент х, С X®, что xQx® = х®. В этом случае х = х® £ X", и диагноз будет поставлен точно.
Во-вторых, если xf]x® = 0 для всех ig (1, т), т. е. если симптом х^Х°, то диагноз х£Х,- будет сопряжен с некоторыми потерями L (х, Хг). Среднее значение этих потерь
£,= £ (х, Xf)= 2 PH L (*• Хц).
/ = i
Стремление дефектовщика поставить точный диагноз х£Х> на основе симптома х сводится к тому, чтобы уменьшить потери Lt. Если такой диагноз поставлен, то это обстоятельство мы будем обозначать символом dit т .е. полагать х£ г/гсХ;. Диагноз dt и определяет форму искомого обслуживания или ремонта.
Может ли дефектовщик, располагая памятью Х°, минимизировать упоминающиеся выше потери, т. е. поставить диагноз технического состояния с наименьшей ошибкой? Этот вопрос является отнюдь не риторическим, во-первых, потому, что при хе£Х° дефектовщик вынужден действовать в условиях неопределенности и, во-вторых, его желание уменьшить эту неопределенность не позволяет ему использовать вероятности pij, так как из таблицы Х° =/=Х эти вероятности определить нельзя.
ИЗ
Можно ли указать путь, следуя которому дефектовщик будет ставить диагноз в условиях Х° с наименьшей ошибкой? Этот вопрос формулируется постановкой следующей задачи.
Пусть X и х соответственно стохастический эквивалент технической системы и ее симптом технического состояния, подлежащий распознаванию, Х° — техническая память распознающей системы, — апостериорная оценка вероятности рц для всех i£(l, m), j£(l, и) и SPo = 1 /
Требуется указать диагноз x£d;czX, устанавливающий индивидуальную форму регламента системы с минимальными средними потерями L, на множестве Х°, т. е. с миминимальной средней ошибкой. Решение поставленной задачи дается следующим утверждением.
Теорема. Пусть L-, = L (х, dt) — (х— df)2; d,- = X", где X°t — набор средних значений выборочных чисел Х?д содержащихся в технической памяти дефектовщика. Пусть
Lt = 2 Pii L (х, du), (5.18)
i
тогда Li = min Li для данного i £ (1, tn) наилучшим диагнозом является тот, для которого
Li --- min (min £(), (i) £ (1, т),
где (min L,) — таблица чисел min L,; (Г) — k — номер формы обслуживания или ремонта системы, которую должен назначить дефектовщик.
Доказательство. Во-первых, при любом dt легко проверить, что
ML^-M (х—dj)2 - М (х —MXi)2 + (MXi— di)2. (5.19)
Это выражение минимизируется при df — MXit поэтому при d; ~ X? значение min Lt - S pi7- (x — x,“)2 для данного i £ (1, т) будет наилучшей оценкой минимальных средних потерь min MLi *= DXt, где DXj — дисперсия случайной величины X; в условиях Х° для того же '£ (1, т).
Доказательство второй половины этой теоремы заключается в распространении первой части доказательства на случай любого i£ (1, tri). Пусть fc£(l, tri) и dft — диагноз, обеспечивающий потери min Lh. Найдем минимум выражения М (min М Lt - min Lft)2. Воспользовавшись выражением типа (5.19), получим min ML; = min L,(, при котором этот минимум достигается для технической памяти X. Поэтому наилучшей оценкой потерь min MLi в условиях Х° будут потери min Li для k — i.
Доказанная теорема утверждает следующее. Если техническая система X предъявляет дефектовщику Х° симптом х и дефектовщик ставит диагноз х£ d.czX0, то он будет наилучшим, если в качестве dt выбирается среднее Х° для такого i £ (1, tri), для которого — min X 114
Таблица 5.2
№ формы i № параметра / Р(Х,/=0) P(Xi/ = l) хц
1 1 1/3 2/3 0,66
2 1/4 3/4 0.75
2 1 1/4 3/4 0,75
2 1/3 2/3 0,66
X (min L^, а в качестве вероятностей рц — их апостериорные (байесовские) оценки:
Р (Хц = хц) Р (хц= к!Хц=хц) Р (Xij = xij/Xtj — k) = — ,
У, Р (хц = 1) р
где р (Xij — x/j) — априорные оценки этих вероятностей.
Располагая таблицей априорных оценок вероятностей р(Хц = Хц), легко выполнить их пересчет на апостериорные оценки в ситуации, когда Хц = k.
Для иллюстрации возможностей доказанной теоремы рассмотрим численный пример. Пусть некоторая система представлена т — 2 параметрами и может обслуживаться по т = 2 формам регламента. Пусть каждый из параметров может принимать только два значения 0 или 1, т. е. N = 2. Предположим также, что память дефектовщика представлена табл. 5.2.
Теперь предположим,что в момент диагностирования система предъявляет дефектовщику для распознавания следующий симптом: 0 по первому параметру (признаку) и 1 — по второму, т. е. симптом (0; 1). Дефектовщик должен поставить диагноз технического состояния системы и указать форму ее обслуживания. Для этого он должен, следуя теореме, найти дисперсию симптома по каждой из форм регламента с использованием байесовских оценок апостериорных вероятностей. Тогда наилучшим будет диагноз с наименьшей дисперсией, а соответствующая ему форма регламента — индивидуальной для данной системы. Необходимые вычисления сводятся к следующему. Набор априорных вероятностей по первой форме имеет вид: 1/3, 3/4, а по второй 1/4, 2/3. Нормирование этих чисел к единице дает соответственно два набора апостериорных вероятностей признаков, а именно 4/13; 9/13 и 3/11, 8/11. Используя выражение (5.18), находим дисперсию симптома по первой форме регламента
Zr-=(0—0.66)2 4/ 13Д-(1 —0,75)2 9/13 = 0,823 и по второй Т2 =
= (0—0.75)2 3/11+(1 —0,66)2 8/11- 0,0979.
Теперь ясно, что первый диагноз лучше второго и поэтому для рассматриваемой системы обслуживание должно быть назначено по первой форме регламента. Диагностирование этой системы по методу наименьших квадратов не различает ошибки диагноза, что свидетельствует о преимуществе предлагаемого метода.
. 115
Глава 6
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОГРАММ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
6.1. ХАРАКТЕРИСТИКА И СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ
Тенденции развития системы технического обслуживания и ремонта авиационной техники связаны с расширением номенклатуры применяемых методов управления надежностью и техническим состоянием объектов, переходом от статических форм к саморегулирующимся динамичным формам. При этом определяющая роль принадлежит стратегиям технического обслуживания и ремонта авиационной техники по состоянию. Возрастает роль апостериорной информации, используемой в системах управления с обратной связью как при выработке управляющих воздействий на объект, так и для корректировки самой программы управления.
Учитывая непрерывный рост объемов перевозок, увеличение самолето-вертолетного парка и усложнение конструкции авиационной техники, эффективность управления авиационно-транспортной системой на всех ее уровнях может быть обеспечена только на основе программно-целевого подхода [34]. Главным в этом подходе является научно обоснованное определение цели системы и ее декомпозиции на подцели различных уровней. Необходимость программно-целевого подхода определяется также необходимостью объединения значительного числа организаций и предприятий гражданской авиации и промышленности для обеспечения, поддержания и восстановления надежности авиационной техники при проектировании, производстве и эксплуатации.
При применении программно-целевого подхода для решения задач технической эксплуатации авиационной техники могут быть использованы опыт практической работы и результаты исследований в области надежности и технической эксплуатации ЛА, а также некоторые научно-методические предпосылки, разработанные в нашей стране центральным экономико-математическим институтом АН СССР и рядом других организаций.
Структура программы эксплуатации авиационной техники (рис. 6.1) определяется в соответствии с иерархической структурой авиационной транспортной системы (см. рис. 1.1). Цели программы каждого из уровней определяются по принципу иерархии, отражающему внутренние взаимосвязи и соподчинения в виде ярусов целей. Высшему ярусу подчинены цели первого яруса, а первого яруса — цели второго и т. д.
Изменение генеральной цели, например увеличение потребностей народного хозяйства и населения страны в воздушных перевозках, требует повышения мощностей и эффективности авиационно-транспортной системы в целом и влечет за собой необходимость изменения ее подсистем. В связи с этим возникает потребность в разработке программ их развития, в том числе программы технической эксплуатации, 116
'которая включает программу технического обслуживания и ремонта авиационной техники. При формировании программы технического обслуживания и ремонта конкретного типа самолета необходимо учитывать как цели и имеющиеся ресурсы на вышестоящих уровнях, так и непосредственные целевые задачи технической эксплуатации, часть из которых реализуется системой технического обслуживания и ремонта авиационной техники.
Программа технического обслуживания и ремонта самолета должна быть направлена на обеспечение безопасности и регулярности полетов, эффективности использования авиационной техники. Результаты проведенных исследований показывают, что для повышения эффективности процесса технической эксплуатации новых типов самолетов требуется обоснование комплексных программ технического обслуживания и ремонта [20—22; 371. Программное планирование технического обслуживания и ремонта должно осуществляться по двум сопряженным видам деятельности инженерно-авиационной службы гражданской авиации: по выполнению технического обслуживания и ремонта самолетов и развитию производственной базы АТБ и ремонтных заводов.
Результат первого вида деятельности — обеспечение исправности парка самолетов. При этом программа технического обслуживания и ремонта в соответствии с ГОСТ 24212—80 устанавливает стратегии, количественные характеристики видов (режимы) технического обслуживания и ремонта, порядок их корректировки на протяжении всего срока службы самолета с начала эксплуатации до списания. Результат второго вида деятельности — готовность авиапредприятий к качественному и своевременному выполнению заданного объема работ по техническому обслуживанию и ремонту конкретного типа самолетов в полном соответствии с требованиями программы технического обслуживания и ремонта. Решение этих задач регламентируется программой инженерно-авиационного обеспечения, устанавливающей совокупность методов организации технической подготовки производства, профессиональной подготовки инженерно-технического состава, развития производственной и материально-технической базы, организации и управления процессами технического обслуживания и ремонта. Совокупность программы технического обслуживания и ремонта и про-
Рис 6.1. Структура программы эксплуатации авиационной техники
117
граммы инженерно-авиационного обеспечения представляет собой комплексную программу технического обслуживания и ремонта самолетов.
Совершенство программы обслуживания и ремонта определяется тем, насколько полно она обеспечивает соответствие процесса технической эксплуатации объективно существующему процессу изменения технического состояния объекта. Традиционная программа, основанная на выполнении фиксированных объемов профилактических работ через заранее запланированные интервалы времени или наработки на всем однотипном парке ЛА независимо от технического состояния их систем и изделий, как известно, обеспечивает слабое взаимодействие между состояниями объекта и процесса его эксплуатации. Доказано, что более тесную связь между состояниями объекта и процесса его эксплуатации обеспечивает программа технического обслуживания и ремонта по состоянию. Главная особенность такой программы заключается в том, что состояния процесса эксплуатации изделий н объемы работ по обслуживанию и ремонту здесь назначаются в соответствии с возникающими у них техническими состояниями.
Успешная разработка таких программ зависит от согласованных действий всех организаций и предприятий, создающих, эксплуатирующих и ремонтирующих авиационную технику на всех этапах ее жизненного цикла. Работу по обеспечению приспособленности конструкции каждого нового типа самолета к прогрессивным стратегиям и методам технического обслуживания и ремонта и разработку самих •стратегий и методов рекомендуется выполнять одновременно по единым требованиям, единому плану, в рамках соответствующих взаимосвязанных программ [29]. Ими должны стать программы обеспечения безопасности полетов, надежности (безотказности), эксплуатационной технологичности и комплексная программа технического обслуживания и ремонта самолета. В настоящее время на этапах создания самолетов находят применение лишь программы обеспечения безопасности полетов и надежности, предпринимаются попытки разработки программ обеспечения эксплуатационной технологичности и технического обслуживания и ремонта самолетов. Комплексная программа технического обслуживания и ремонта самолета на стадии создания самолетов еще не разрабатывается.
Программа технического обслуживания и ремонта ЛА может рас-сматриваться как совокупность программ более низкого уровня. В зависимости от применяемых стратегий технического обслуживания и ремонта будем различать следующие программы технического обслуживания и ремонта: по наработке, по состоянию с контролем параметров и по состоянию с контролем уровня надежности.
По признаку применяемых режимов технического обслуживания и ремонта (объем и периодичность выполнения работ) программы технического обслуживания и ремонта различаются по оперативным, периодическим и ремонтным формам. С учетом конструктивных особенностей составных частей самолета следует различать программы технического обслуживания и ремонта: планера, авиадвигателей, функциональных систем (гидравлическая, топливная, управления и др.).
118
Графическая интерпретация структуры программы технического обслуживания и ремонта приведена на рис. 6.2, а. По осям декартовой прямоугольной системы координат представлены переменные:
по оси абсцисс—объект — планер самолета (ПС), авиадвигатель (АД), функциональная система (ФС);
по оси ординат — режимы (формы) технического обслуживания и ремонта: оперативные (ОФ), периодические (ПФ), ремонтные (РФ);
по оси аппликат — методы технического обслуживания и ремонта по наработке (ТОНАР), по состоянию с контролем параметров (ТОСКП), по состоянию с
Рнс. 6.2. К понятию структуры программы технического обслуживания и ремонта летательного аппарата:
а — структура программы; б развитие программы во времени
контролем уровня надежности (ТОСКИ).
Рассмотрим несколько примеров программ различного уровня. Параллелепипед Рк представляет элементарную программу с координатами ак, Ьк, ск, означающими, что это программа выполнения ремонтной формы для элемента авиадвигателя по состоянию с контролем уровня надежности. Программа технического об
служивания и ремонта по состоянию с контролем уровня надежности имеет вид параллелепипеда, занимающего пространство выше плоскости с точками с, и Р2. Параллелепипед с вершиной Pt и координатами alt blt представляет собой программу оперативного технического обслуживания по наработке планера самолета.
На рис. 6.2, а изображена программа в момент времени t, соответствующий определенному этапу существования объекта. Программа технического обслуживания и ремонта авиационной техники должна фор-
мироваться при проектировании летательного аппарата в соответствии с техническими требованиями заказчика. По мере совершенствования и уточнения целесообразно рассматривать и оценивать программу на различных этапах проектирования, испытаний и эксплуатации (рис. 6.2, б): аванпроект Р (^), макетная комиссия Р (/2), заводские испытания Р (Гч), государственные испытания Р (/4) и др. На различных этапах могут меняться объемы применения различных стратегий и режимов технического обслуживания и ремонта авиационной техники.
119
6.2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММЕ
Формирование комплексной программы представляет собой многоуровневый процесс принятия решений, протекающий во времени и связанный с этапами жизненного цикла самолета [211. На стадии разработки технического задания на проектирование нового типа самолета формируются требования заказчика к надежности, эксплуатационной технологичности и комплексной программе технического обслуживания и ремонта. Эти требования обеспечиваются промышленностью на этапах конструирования и постройки самолетов, а требования к программе обеспечения — предприятиями ГА на этапах подготовки к эксплуатации и ремонту самолетов (рис. 6.3).
Предполагается, что разработка программы обслуживания и ремонта в соответствии с требованиями заказчика будет начинаться в конструкторских бюро на ранних этапах проектирования самолета одновременно с конструированием планера и функциональных систем. Работа над программой технического обслуживания и ремонта должна проводиться одновременно с разработкой программ обеспечения надежности и эксплуатационной технологичности самолетов. Взаимодей-
Рис. 6.3. Механизм формирования комплексной программы технического обслуживания и ремонта (ТОиР) самолетов
120
ствие указанных программ на стадии создания самолета обеспечивает получение заданного уровня эффективности процесса технической эксплуатации за счет рационального сочетания конструктивно-технологических решений, направленных на повышение надежности и эксплуатационной технологичности, с разработкой прогрессивных стратегий и режимов технического обслуживания и ремонта системы и изделий.
К настоящему времени специалистами организаций и предприятий гражданской авиации и промышленности разработаны общие требования к программе технического обслуживания и ремонта самолетов, определяющие назначение, структуру и содержание программ, а также порядок ее разработки, оценки и корректировки на различных этапах создания, испытаний и эксплуатации самолетов. В соответствии с общими требованиями программа разрабатывается для конкретного типа самолета и является исходным нормативным документом для формирования и совершенствования системы технического обслуживания и ремонта, разработки эксплуатационной и ремонтной документации 131].
Программа технического обслуживания и ремонта должна включить следующие разделы: общие положения; заданные условия эксплуатации и ограничения, принятые при разработке программы; характеристика самолета как объекта технического обслуживания и ремонта; план технического обслуживания и ремонта; организация технического обслуживания и ремонта и оснащенность АТБ и АРЗ, средства технического обслуживания и ремонта; показатели программы технического обслуживания и ремонта; приложения.
В Общих положениях программы должны содержаться: основание для разработки программы, цель и назначение программы, этапы и сроки разработки и корректировки.
Заданные условия эксплуатации и ограничения, принятые при разработке программ, включают: условия применения самолета с учетом сезонной потребности и соответствующие им значения продолжительности рейса, числа посадок, годового и суточного налета; условия внешней среды, характеризуемые предельными значениями климатических показателей при выполнении технического обслуживания и ремонта; допустимые значения показателей безотказности и регуляр-сти полетов, надежности авиационной техники, установленные в техническом задании и нормативных документах на этапах проектирования, испытаний и эксплуатации.
I Характеристика самолета как объекта технического обслуживания и ремонта должна содержать сведения о конструктивно-компано-вочных особенностях самолета (доступность, легкосъемность, взаимозаменяемость, контролепригодность), схемах размещения зарядно-заправочных устройств и основных эксплуатационных люков, эксплуатационных разъемах основных агрегатов планера; ресурсах и сроках службы самолета и приспособленности конструкции функциональных систем и изделий к прогрессивным стратегиям и методам технического обслуживания и ремонта.
Важное место в программе занимает План технического обслуживания и ремонта, устанавливающий основные принципы построения и
121
организации, стратегии и режимы технического обслуживания и ремонта. План технического обслуживания и ремонта служит основой для разработки соответствующей эксплуатационной и ремонтной документации самолета. Он составляется для объектов, подлежащих техническому обслуживанию и ремонту в процессе эксплуатации, и включает следующие материалы:
типовую структуру (номенклатуру и периодичность видов) технического обслуживания и ремонта в течение всего срока службы для характерных условий эксплуатации;
стратегии и количественные характеристики видов технического обслуживания и ремонта изделий;
назначенный ресурс, срок службы, среднюю периодичность неплановых замен, наименование, периодичность, трудоемкость и продолжительность выполнения работ, нормы расхода запасных частей и материалов (для всех изделий);
ресурс до первого ремонта и межремонтный ресурс (для изделий, техническое обслуживание и ремонт которых выполняется по наработке);
параметры, определяющие техническое состояние объекта и значения этих параметров, величины упреждающих допусков, перечень средств и методов контроля (для изделий, обслуживаемых по состоянию с контролем параметров);
сведения о работах, подлежащих выполнению при хранении и специальных видах технического обслуживания и ремонта (сезонное, после особых случаев полета и посадки, использование нерасчетных режимов полета и др.);
типовые технологические графики технического обслуживания самолетов;
рекомендации но применению новых методов восстановления деталей при техническом обслуживании и ремонте.
В разделе «Организация технического обслуживания и ремонта и оснащенность АТБ и АРЗ. Средства технического обслуживания и ре монта» изложены требования Разработчика к программе инженерноавиационного обеспечения. Они содержат: требования к оснащенности стоянок, лабораторий, цехов, в том числе перечни средств наземного обслуживания общего и специального применения, контрольно-поверочной аппаратуры, средства диагностирования и неразрушающего контроля; требования к инженерно-техническому составу (перечень специалистов, численность и квалификация исполнителей); рекомендации по использованию методов организации технического обслуживания и ремонта (разовый, поэтапный, блочный, агрегатно-узловой, стендовый и т. д.); требования к информационному обеспечению технического обслуживания и ремонта (состав и объем информации, частота и форма представления).
Программа должна содержать раздел «Показатели системы технического обслуживания и ремонта» (для разных этапов жизненного цикла самолета), в котором приводятся: удельные суммарные стоимость технического обслуживания и ремонта; трудоемкость технического обслуживания и ремонта; продолжительность технического обслужи-122
вания и ремонта; среднее время и вероятность восстановления, средние продолжительность и трудоемкость каждого вида технического обслуживания и ремонта; стоимость запасных частей и материалов на 100 ч налета.
В приложениях к программе технического обслуживания и ремонта приводятся материалы по обоснованию основных разделов программы, в том числе перечень доказательной документации; перечень нормативно-технических документов, используемых при разработке программы; минимальный перечень исправного оборудования и агрегатов, необходимых для отправки самолета в рейс; перечень повреждений, при которых самолет подлежит восстановлению в условиях АРЗ и не подлежит восстановлению; перечень мероприятий по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта; план исследования технического состояния самолета.
6.3. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОГРАММ ЗА РУБЕЖОМ
Основные этапы развития методов и принципов формирования программы технического обслуживания и ремонта рассмотрены на примере самолетов с ГТД. В конце 50-х годов при появлении самолетов с ГТД представители различных авиакомпаний, эксплуатирующих эти самолеты, разработали документ, который был назван MSG. Он содержал общие рекомендации по составлению эффективных программ технического обслуживания и ремонта самолетов и получил широкое распространение в авиакомпаниях и фирмах-изготовителях 1371. В 1968 г. одновременно с созданием первого поколения широкофюзеляжных самолетов типа Б-747 и в связи с необходимостью разработки для них еще более эффективных программ, учитывающих новые принципы обеспечения надежности функциональных систем, планера и двигателя, был разработан документ MSG-1. В нем впервые были рассмотрены логические схемы и процедуры принятия решений по выбору стратегий технического обслуживания и ремонта функциональных систем, планера, двигателя и отдельных элементов. Предполагалось, что формирование программы будет являться составной частью работы по разработке конструкции самолета.
В последующие годы при реализации программ технического обслуживания и ремонта, построенных в соответствии с MSG-1, было признано целесообразным провести усовершенствование документации путем введения ряда дополнений в методику принятия логических решений. Возникла потребность в создании единого документа, приемлемого не только для самолетов Б-747, но и для Дс-10, Л-1011 ,а также СПС «Concorde». В 1970 г. подкомитетом по надежности и эксплуатационной технологичности Ассоциации воздушного транспорта США (АТА) был создан такой документ, получивший название MSG-2 1371.
Содержащиеся в MSG-2 принципы и методы позволяют разработать программу технического обслуживания и ремонта, удовлетворяющую заказчиков, разработчиков и органы, ответственные за сертификацию.
123
При этом определено, что целью программы является поддержание заложенных при проектировании уровней надежности самолета и его элементов с минимальными затратами. На базе первичной программы заказчики имеют право разрабатывать свои варианты программ, учитывающие накопленный опыт и особенности эксплуатации.
Новые принципы обеспечения надежности основаны на широком использовании конструкций, обладающих свойством «безопасного разрушения». Так, конструкция основных функциональных систем предусматривает многократное резервирование элементов. Конструкция планера обладает повышенной живучестью, обеспечивающей такую скорость распространения трещин силовых элементов, при которой за период между смежными формами технического обслуживания и ремонта не происходит ослабления конструкции ниже установленных пределов.
Для подтверждения правильности выбора стратегий и режимов технического обслуживания и ремонта внутренних элементов конструкции планера применяется выборочный контроль. Перечень объектов, подвергаемых выборочному контролю, начальная наработка и периодичность проведения такого контроля определяются специальной программой. При выборочном контроле технического состояния элементов конструкции планера используются визуальный осмотр и неразрушающие методы контроля.
Для каждого из элементов самолета программа определяет страте гии и режимы технического обслуживания и ремонта. Объем внеплановых работ формируется как следствие устранения дефектов, выявленных при проведении плановых обслуживании; выполнение работ по донесениям экипажей об отказах и неисправностях; выполнение работ для элементов функциональных систем, обслуживание и ремонт которых производятся с контролем уровня надежности.
Реализация программы, разработанной с помощью MSG-2, позволила значительно повысить эффективность процесса технической эксплуатации самолетов [371. Например, один из основных показателей эффективности — удельная трудоемкость технического обслуживания и ремонта — составляет для самолетов Б-747, Дс-10, Л-ЮН 10— 12 чел-ч/ч налета.
В связи с созданием нового поколения пассажирских самолетов с ГТД типа Б-757, Б-767, А-310, ВАе-146 и других Ассоциация воздушного транспорта США (АТА) совместно с представителями Федерального авиационного агентства США, Управления гражданской авиации Великобритании и фирм—изготовителей самолетов США и Западной Европы разработали в 1980 г. Документ для планирования программы техобслуживания, именуемый MSG-3. В нем освещаются принципы и методика построения программы технического обслуживания и ремонта вновь создаваемых самолетов. MSG-3 является следствием развития принципов построения программ технического обслуживания и ремонта, изложенных в документах MSG, MSG-1, MSG-2. В то же время MSG-3 содержит много новых методических рекомендаций и критериев оценки применительно к построению программ технического обслуживания и ремонта планера.
124
Необходимость разработки MSG-3 продиктована постоянным изменением авиационной технологии и технологии материалов и рядом других факторов. К иим относятся: появление новых норм усталости конструкции планера (например, FAR-25-571): необходимость обязательного подтверждения контролепригодности планера при его сертификации в связи с введением понятия «допустимости повреждений» вместо «безопасности при отказе»; потребность увеличения назначенных ресурсов свыше 60 тыс. летных часов; рост эксплуатационных расходов на топливо 1371. Выявлена необходимость более четкого представления в MSG-3 схемы поэтапного анализа и принятия логических решений на основе разделения работ, направленных на обеспечение безопасности полетов и экономичности эксплуатации самолетов. Отдельно рассматривается дополнительная программа осмотра конструкции самолетов, имеющих большой налет с начала эксплуатации.
В тексте MSG-3 не встречаются известные термины «техническое обслуживание и ремонт по состоянию», «твердый ресурс», «контроль уровня надежности» не потому, что MSG-3 отменяет эти понятия, а лишь потому, что они уже широко внедрились в практику проектирования и эксплуатации и нет необходимости заострять на них внимание разработчиков и заказчиков программ технического обслуживания и ремонта самолетов.
В настоящее время в эффективной программе технического обслуживания и ремонта не ставится задача достижения, например, максимально возможного применения стратегии технического обслуживания и ремонта с контролем уровня надежности, а допускается любое соотношение стратегий по состоянию при обязательном условии обеспечения безопасности и экономичности в реальных условиях эксплуатации.
В рабочей части MSG-3 выделяются два независимых раздела: методика анализа функциональных систем и силовой установки и методика анализа элементов конструкции планера. В каждом из них содержатся свой пояснительный материал и логическая схема поэтапного анализа и принятия решений, которые позволяют выбрать вид технического обслуживания исходя из степени влияния конкретного отказа на безопасность и экономику 1511. В MSG-3 использована концепция последовательных отказов для оценки функциональных отказов самолетных систем и силовой установки, а концепция множественного отказа рассмотрена применительно к элементам конструкции планера.
Применительно к функциональным системам и двигателю анализ возможных отказов, влияющих на безопасность полетов, проводится по всей логической схеме в расчете на то, что будет выбран наиболее эффективный вид технического обслуживания и ремонта. Если этого сделать не удается, то рекомендуется доработать агрегат. В качестве примера рассмотрим типовую логическую схему анализа возможных функциональных отказов агрегатов и элементов функциональных систем и двигателя, оказывающих влияние на безопасность полетов (рис. 6.4). Анализ конструкции планера построен с таким расчетом, чтобы в программе учитывались последствия функционального отказа элемента конструкции, подверженность конструкции повреждению и степень сложности обнаружения такого повреждения. После учета 125
всех этих факторов начинается этап оценки эффективности нескольких уровней осмотра (контроля) и периодичности их выполнения с последующим сравнением полученных результатов. Анализ позволит выбрать наиболее эффективные виды работ, на которых и формируется программа технического обслуживания и ремонта.
Уровни осмотра (контроля) подразделяются на внешний беглый осмотр планера перед вылетом, визуальный внешний, внутренний определенных зон и участков, детальный и специальный детальный с применением методов и средств неразрушающего контроля. Целесообразность выбора одного из уровней осмотра (контроля) определяется важностью данного элемента конструкции, ее доступностью, максимально допустимым (практическим) размером повреждения, скоростью роста повреждения, числом парка самолетов и их налетом, начальным налетом, при котором обнаруживается повреждение, периодичностью проведения технического обслуживания и ремонта.
При анализе конструкции планера рассматривают три основные причины возникновения: усталость конструкции, воздействие окружающей среды и случайные повреждения посторонними предметами. Наибольшее внимание в MSG-3 уделяется оценке усталостных повреждений. В приложении к документу приведены система классификации допустимой повреждаемости элементов конструкции планера, а также метод расчета и оценки этих допустимых повреждений с точки
Вопросы: Действия:
Рис. 6.4. Типовая логическая схема анализа 126
зрения вероятности их обнаружения на уровнях отдельного элемента конструкции, самолета и всего парка.
В руководстве по формированию программы технического обслуживания и ремонта Readability Centered Maintenance (RCM), разработанной авиакомпанией «United AirHnes» по заказу Министерства эбороны США 1211, обобщен опыт применения документов типа MSG тля разработки программ технического обслуживания и ремонта само-четов, дана характеристика коструктивно-эксплуатационных свойств авиационной техники, определен порядок анализа последствий отказов, классифицированы работы по техническому обслуживанию и ремонту, сформированы цели построения программ. Они включают: поддержание способности авиационной техники к безопасной и надежной работе, восстановление этих способностей в случае возникновения повреждений; получение необходимой информации для конструктивных изменений элементов, имеющих низкий уровень надежности; обеспечение минимальных затрат на техническое обслуживание и ремонт с учетом экономических потерь, связанных с задержкой и отменой рейсов, снижением летно-технических характеристик самолета.
В RCM рассматриваются следующие виды работ по техническому обслуживанию и ремонту: контроль состояния изделий через определенные интервалы времени для обнаружения и устранения потенциальных отказов, исключение или снижение интенсивности функциональных отказов, восстановление (ремонт) изделий после выработки ресурса с целью снижения интенсивности отказов; замена изделий или их элементов после выработки ресурса; проверка изделий через определенные интервалы времени для выявления и устранения отказов, не замеченных экипажем. Первые два вида работ направлены на предупреждение отказов, а последний — на предотвращение их накопления.
RCM требует, чтобы включенные в программу работы были применимы и эффективны. Так, контроль состояния изделия проводится только тогда, когда свойства конструкции позволяют определить признаки потенцильного отказа или обнаружить снижение сопротивления конструкции по изменению параметров. Эффективной работа признается только в случае снижения интенсивности отказов до требуемого уровня.
В RCM определяется порядок разработки программы технического обслуживания и ремонта. Он включает: внедрение элементов, отказ которых может повлечь угрозу безопасности полетов или большие экономические потери; оценку последствий отказов каждого элемента и выявление неисправности, которые могут вызвать вторичные отказы; оценку применимости и эффективности работ; определение периодичности выполнения каждой эффективной работы.
Процесс принятия решений для определения применимости и эффективности работ технического обслуживания и ремонта отражается в виде логической схемы, аналогичной рассматриваемым в MSG. Результат анализа —- набор работ технического обслуживания и ремонта и периодичность их выполнения, которые образуют программу технического обслуживания и ремонта самолетов.
127
Таким образом, разработчики и заказчики авиационной техники крупных зарубежных авиакомпаний и фирм продолжают развивать и совершенствовать методы построения программы технического обслуживания и ремонта самолетов. Основное внимание при формировании программ по-прежнему уделяется вопросам обеспечения безопасности полетов и экономичности эксплуатации самолетов. Практика проектирования и эксплуатации самолетов последних поколений показывает, что в решении этих вопросов благодаря постоянному вниманию к ним группы технического обслуживания (MSG) за последние годы достигнуты заметные результаты.
6.4. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММ
При решении задач построения программ технического обслуживания и ремонта самолетов определенный интерес представляют материалы об опыте практической работы в этой области.
Попытку разработать программу технического обслуживания и ремонта одной из первых предприняла фирма «Боинг» применительно к самолету Б-747. В программе нашла отражение новая концепция технического обслуживания и ремонта по состоянию, базирующаяся на накопленном опыте осуществления многочисленных программ по обеспечению надежности и безопасности самолетов. Для анализа характеристик систем, узлов и агрегатов самолета Б-747 в программе даны схемы анализа и принятия решений. Проведение подобного анализа обусло-вилось необходимостью точно определить влияние каждого отказа на безопасность полетов.
В программе даны ограничения налета часов для начальной периодичности технического обслуживания: для формы А — 100 ч, формы С — 1000 ч, формы D — 16 000 ч. В нее включены минимальные требования к объему технического обслуживания по каждой из названных форм. При этом каждой из авиакомпаний дано право принимать самостоятельные решения об увеличении периодичности выполнения форм технического обслуживания на основе ранее накопленного опыта эксплуатации с последующим утверждением национальным авиационным регионом.
Конструкция планера условно разделена на две части: «статичес-скую» и «механическую». Для «статической» (неподвижных элементов) конструкции планера предусматривались обслуживание и ремонт по программе осмотра планера, для «механических» элементов (поверхности управления, двери, люки, остекление) — по программе технического обслуживания и ремонта по состоянию. В программе помещен минимальный перечень элементов конструкции планера, подлежащих техническому обслуживанию и ремонту. Для каждого из элементов указаны вид осмотра (внутренний, наружный), периодичность проведения осмотров и объем выборки (процент парка самолетов, на котором осуществляется выборочный осмотр элементов планера).
В программе технического обслуживания и ремонта планера даны определения наружного и внутреннего осмотров, а также помещен ин-128
Таблица 6.1
Самолеты Показатель Проверка Итого
элементов конструкции изделий систем
Б-747 Дс-10 Число объектов обслуживания Трудоемкость, чел-ч Число объектов обслуживания Трудоемкость, чел-ч 26 7,8 15 5,5 4 0,8 28 2,3 30 8,6 43 7,8
деке фотографий элементов конструкции планера. Наружный осмотр — это визуальный осмотр конструкции планера без снятия каких-либо элементов самолета, включая эксплуатационные лючки и панели, при котором допускается отклонение поверхности управления. Внутренний осмотр — это визуальный осмотр конструкции планера, предусматривающий снятие эксплуатационных панелей, открытие лючков, снятие панелей пола и применение методов неразрушающего контроля.
Индекс фотографии элементов конструкции планера обеспечивает быстрое отыскание и осмотр требуемого элемента конструкции. Каждая фотография имеет перекрестную индексацию. Кроме того, в программе помещены иллюстрации наиболее ответственных элементов конструкции планера, на которых выделены места возможного появления трещин, коррозии, местных разрушений и т. д., требующие повышенного внимания при техническом обслуживании и ремонте планера. В программе приведены наиболее важные агрегаты всех функциональных систем самолета, указаны для них виды обслуживания, зоны и номера эксплуатационных лючков, время и трудоемкость, затрачиваемые на снятие и замену агрегата. Минимальное число объектов технического обслуживания самолетов Б-747 и Дс-10 по форме А (через 100 ч налета) и необходимая трудоемкость их технического обслуживания в начальный период эксплуатации самолетов приведены в табл. 6.1.
В соответствии с программой основное обслуживание самолетов Б-747, Дс-10 и Л-1011 производится по форме С через 1000—2000 ч налета. В нее входят работы по проверке состояния всех систем самолета и восстановление их работоспособности. Минимальное число объектов технического обслуживания самолетов Б-747 и Дс-10 по форме С (через 1600 ч налета) и необходимая трудоемкость обслуживания приведены в табл. 6.2.
[ Кроме этого, программами технического обслуживания и ремонта самолетов предусмотрено применение выборочного контроля их конструкции. Количество объектов выборочного контроля конструкции самолетов Б-747 и Дс-10 и необходимая трудоемкость за 16 000 ч налета приведены в табл. 6.3.
Выполнение работ по форме С расчленено на этапы: для Б-747 — на четыре, Дс-10 — на три — шесть; Л-1011 — на четыре — десять. Работы по форме Д (ремонт) также выполняются поэтапно в течение всего ремонтного цикла.
.5 Зак. 19 75 129
Т а б л и ц а 6.2
Самолеты Показатель Проверка Зонный контроль конструкции Ито1 (
элементов конструкций изделий систем 1 00%-ный внешний 1 00%-ный внутренний
Б-747 Число объектов обслуживания 67 42 116 1 226
Трудоемкость, чел-ч 209 120 312 16 657
Дс-Ю Число объектов обслуживания 42 31 113 25 211
Трудоемкость, чел-ч 148 75 305 85 613
Программа технического обслуживания самолета Л-1011, разработанная фирмой «Локхид», включает семь различных вариантов. Два варианта программы, предложенных фирмой, приведены в табл.6.4. Выборочная проверка конструкции в соответствии с программой включает внешний и внутренний контроль. При этом широко используются средства неразрушающего контроля. Объем выборки составляет 4-16 "<> самолетного парка. При этом внутренние элементы проверяются не более чем на 10 самолетного парка. Контроль опасных зон конструкции с периодичностью 16 000 ч производится на всем парке самолетов. Первоначально на самолете сплошному контролю подлежала 81 зона конструкции. В последние годы число опасных зон, нуждающихся в контроле при эксплуатации, существенно уменьшено.
Фирма «Локхид» разрешает авиакомпаниям выполнять как традиционные обслуживания по формам А и С и ремонт ио форме Д (т. е. объемы работ выполняются в строго установленные сроки по наработке), так и комбинированное обслуживание и ремонте различными вариантами распределения ремонтных работ формы Д по годам эксплуатации или по этапам формы С.
Обобщенной характеристикой программы технического обслуживания и ремонта являются затраты труда в человеко-часах на 1 ч налета. Для рассматриваемых самолетов этот показатель в начальный период эксплуатации имел следующие значения: для Б-747— 12,54; Дс-10-10,0; Л-1011—10,0 чел-ч/'ч налета. Его значение планируется и обеспе-
Таблица 6.3
Самолеты Показатель Контроль конструкции Итого
Выборочно от 8 до 20% 100%
Б-747 Число объектов контроля 317 3 320
Трудоемкость чел-ч 1075 100 1175
Дс-Ю Количество объектов контроля 373 159 532
Трудоемкость, чел-ч 1200 429 1629
130
Таблица 6.4
Форма обслуживания Периодичность. ч налета Потребное рабочее время, ч Число рабочих Трудоемкость. чел-ч
Вариант /
Форма А 200 4 8 32
Форма С Выборочная проверка конструкции: 1 1000 8 120 960
9000—12 000 80 43 3440
11 12 000—14 000 80 43 3440
Ш 14 000—16 000 80 43 3440
Контроль опасных зон конструкции 16 000 80 43 3440
Вариант II
Форма А 200 4 8 32
Форма (С I, 11, Ill, IV этапы) Между эта-
пами
400 8 30 240
Выборочная проверка конструкции:
I 9000—12 000 40 49 1960
11 12 000—14 000 40 49 1960
III 14 000—16 000 40 49 1960
Контроль опасных зон конструкции 16 000 160 49 7840
чивается на этапе проектирования и при доводке самолета. Так, для
реализации решения о снижении удельной трудоемкости технического обслуживания самолета Дс-Ю с 12 до 10 чел-ч ч налета фирме потребовалось провести в течение 5 лет большой комплекс работ общей трудоемкостью около 350 тыс. чел-ч.
В настоящее время программы технического обслуживания и ремонта вновь создаваемых самолетов фирмы и авиакомпании разрабатывают в соответствии с требованиями документов MSG-2, MSG-3 121, 37, 52, 551. Практика реализации программ технического обслуживания и ремонта самолетов в различных авиакомпаниях характеризуется их высокой эффективностью.
5»
Глава 7
ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ПЛАНЕРА САМОЛЕТА
7.1. СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ЕЕ ФОРМИРОВАНИЯ
Цель программы технического обслуживания и ремонта планера — поддержание надежности и технического состояния планера и его элементов для обеспечения заданного уровня безопасности, регулярности полетов и интенсивности использования самолета при минимальных стоимостных и трудовых затратах.
Под планером понимается конструкция, состоящая из следующих функциональных групп (ФГ): фюзеляжа, крыла, оперения, гондолы, пилонов двигателей, створок шасси. Конструкция планера включает в себя остекление, люки, двери, резинотехнические изделия, механизацию крыла и оперения.
Постановка задачи выбора оптимального варианта программы формируется следующим образом. Необходимо найти программу планера, состоящего из R элементов rn r2,..., rR, в наибольшей степени удовлетворяющую множеству критериев:
Г=Ц|. у2.....V«'
где Xi — i-й критерий; Г — множество значений критериев; п — число критериев оптимизации.
Раскроем, что является возможным вариантом программы. На уровне элемента г; это означает, что необходимо определить последовательность ел проведения работ обслуживания и ремонта, т. е.
ег = < Ц , tr2....irs>,
где irs > .../£ > — периодичность проведения соответствующего контроля;
S — общее число проверок (контроля), зависящее от конкретной выбранной программы ег и ресурса Т изделия.
Полная программа для элемента планера является комбинацией всех S проверок. В общем случае для планера из R элементов:
Е—е1*) х е(2> х ... х eR, (7-1)
где Е — программа обслуживания и ремонта планера.
Оптимальные значения критериев I’* и соответствующая ему оптимальная программа связаны соотношением:
= 1 (Г*),
где Е* — выбранный оптимальный вариант программы; <р — вектор-функция, отображающая программу во множестве значений критериев Г; Г* — оптимальные значения критериев.
132
Для практического решения данной задачи целесообразно: ввести гипотезу о независимости эффективности каждой формы обслуживания и ремонта. Тогда задача разбивается на два этапа, которые включают: определение независимо оптимальной программы для каждого r-го элемента (ег); составление общей программы планера Е, комбинируя
для построения зависимости критериев от вариантов программ использовать экспертные процедуры, основанные на знании характеристик надежности элементов и трудоемкости их технического обслуживания и ремонта;
для выбора оптимального варианта программы использовать многокритериальный метод, не требующий введения «глобального» критерия оптимизации.
Укрупненная структура построения программы обслуживания и ремонта планера содержит три иерархических уровня (рис. 7.1): А — построение программы для элементов планера; Б — построение программы для планера одного самолета; В — построение программы для планера парка самолетов.
Для уровня А в качестве «входной» информации используются данные о прочностных характеристиках элементов, результаты анализа принципов проектирования и физической природы отказов. Для уровня Б «входной» информацией являются сведения, полученные на «выходе» уровня А, и, кроме того, данные о классификации зон по уровням эксплуатационного нагружения, ресурса и стратегиях обслуживания и ремонта. Для уровня В «входной» информацией служат данные, полученные на «выходе» уровня Б, и сведения о потребных уровнях безопасности и вероятности обнаружения повреждений, а также информация о числе самолетов в парке и текущем налете.
Итоги построения программы обслуживания и ремонта планера представляются по типовым формам в соответствии с общими требованиями к программе технического обслуживания и ремонта.
В типовых формах содержатся следующие данные:
перечень элементов планера с указанием назначенных им стратегий технического обслуживания и ремонта;
значения технических ресурсов (до первого ремонта, межремонтного, назначенного) элементов, для которых назначена стратегия по наработке;
перечень функциональных отказов и опасных зон конструкции;
перечень допустимых повреждений и номенклатура контролируемых параметров технического состояния с указанием средств контроля и вероятности обнаружения повреждений;
перечень форм обслуживания и ремонта планера, периодичность и средняя трудоемкость их проведения;
оценка допустимых повреждений парка самолетов; характеристики программы выборочного контроля;
срок действия программы обслуживания и ремонта планера (календарный и в единицах наработки);
ожидаемые значения показателей эффективности программы планера;
133
I б.наяиз требований к программе ТО и Р планера парка самолетов
1 I I "I---------
I
Выбор основных принципов построения программы
Определение потребных обьемов информационного обеспечения
Ресурс Живучесть Потенциально критические элементы Физическая природа отказов Принципы проекта -рования
Построение и оптимизация программы ТО и Р элементов
I
I
* Оценка живучести
Оценка доступности
Выбор средств контроля
t Выбор стратегий
Выбор режимов Оценка безопасности Формирование во риал -тов программы Расчет пока -зателей эффективности
Выбор оптимального варианта
классификация зон нагружения Ресурс Стратегии ТО Стратегии ремонта
Построение и оптимизация программы ТО и Р планера
। Определение перечня on а с -HbfX зон Выбор „глобаль- режимов Группировка режимов Формирование бори -антов программы Расчет показателей Зффектиб-ности Выбор оптимального варианта
— - — — X” — —
классификация зон нагружения Ресурс Стратегии ТО Стратегии ремонта
Построение и оптимизация программы ТО и Р планера
Определение перечня опасных зон Выбор „глобальных режимов Гоуппи -робка режимов Формирование вариантов программы Расчет показателей эффективности Выбор оптимального 8а-рчанта 1
обьем парно Потребный уровень безопасности Текущий налет Вероятность обнаружения повреждения
Построение программы ТО и Р планера порка самолетов
1 оценка допустимых
повреждений
Расчет характеристик выборочного контроля
Оценка эффективности
Рис. 7.1. Укрупненная структура построения программы технического обслужппа ним и ремонта (ТОиР) планера
средний годовой экономический эффект на один самолет от реализации программы планера.
Содержание программы обслуживания и ремонта планера реализуется в эксплуатационно-технической документации, в частности, в регламенте, технологических картах технического обслуживания, технологии ремонта и других документах.
7.2. ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ НА УРОВНЕ
ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАНЕРА
При построении вариантов программы обслуживания и ремонта на уровне элементов планера оценивается: физическая природа отказов; ресурс, параметры допустимых повреждений и живучести элементов; вероятность обнаружения повреждений неразрушающими методами контроля; влияние повреждений на безопасность и регулярность полетов; трудоемкость, стоимость и продолжительность обслуживания и ремонта, доступность проведения контроля; показатели эффективности программы для различных вариантов стратегий и режимов обслуживания и ремонта, а также методов контроля. Определение физической природы отказов проводится для элементов и зон конструкции. В отдельных случаях отказы могут иметь двойственную природу. Например, образование усталостной трещины в зоне коррозии. Анализ физической природы отказов проводится по следующей схеме (табл. 7.1).
Анализ эксплуатационного нагружения проводится отдельно для крыла, фюзеляжа, хвостового оперения, пилонов двигателей с целью определения спектра внешних нагрузок, типового графика нагружения и использования этих данных для выявления наиболее нагруженных зон конструкции. В сочетании с анализом концентратов напряжений (вырезов, отверстий) анализ эксплуатационного нагружения позволяет 4»рмировать предварительный перечень потенциально-кри-
Таблица 7.1
Характер отказа Причина Характер проявления Параметры повреждения
Усталость Воздействие эксплуатационных нагрузок Трещины Начальная длина, критическая длина, скорость развития
Износ Трение Изменение геометрических размеров Люфты, зазоры
Естественное старение Воздействие окружающей среды Расслоение, растрескивание Площадь, глубина
Коррозия Воздействие окружающей среды Очаги коррозии То же
Случайные по- Удары посторон- Вмятины, царапи- Площадь, длина,
вреждения ними предметами, град, удар молнии ны, забоины, пробоины глубина
135
тических элементов и зон. Значения амплитуд действующих напряжений используются для расчета ресурса и параметров повреждений.
Значения ресурсов (назначенного, межремонтного) планера в целом и отдельных элементов конструкции определяются разработчиком планера. Расчет ресурса (потребной величины) и его подтверждение (определение располагаемых значений) по результатам натурных и летных испытаний ведутся в соответствии с действующими документами.
При расчете ресурса регулярных зон (без концентратов напряжения) используется следующее выражение:
7 = -Л в- , (7.2)
Ч'
где N' — номинальная долговечность (налет, число циклов нагружения, число полетов до образования трещины размером /0); Кякн — эквивалент между программой испытаний и типовым полетом; Т)' — коэффициент надежности обнаружения повреждения (трещины /0).
При наличии эксплуатационных данных о повреждениях конструкции может быть определен у-процентный ресурс и получены законы распределения числа повреждений от наработки.
При определении параметров повреждений изучаются закономерности появления скорости развития и достижения предельных значений повреждений в зависимости от характера внешнего нагружения и условий эксплуатации. В зависимости от этапа построения программы в качестве исходной информации используются данные, полученные при испытаниях образцов, при натурных ресурсных испытаниях или анализе результатов эксплуатации.
Момент обнаружения /0 и минимальное значение обнаруживаемо го повреждения /0 зависят от разрешающей способности средств контроля. Максимально допустимое значение повреждения /кр определяется из условия обеспечения прочности при достижении 0,67 % эксплуатационной нагрузки (paKCnj,)- Период развития повреждения от 10 до /нр зависит от скорости развития повреждения, которая определяется различными аналитическими выражениями. Одним из наиболее известных является уравнение Пэриса
dl
— --=СЬКт. (7.3)
dN
где С. т — параметры модели.
Размах коэффициента интенсивности напряжений
ДК = 2oaVu2F0,
где оп — амплитуда действующих напряжений; FB — коэффициент, учитывающий ширину образца.
Вторым способом определения скорости роста повреждения является его «проращивание» при ресурсных испытаниях на натуральном стенде. Третий способ расчета может быть использован на этапе эксплуатации при наличии статистических данных. Прогноз в этом случае осуществляется по действующим вМГА методикам и инструкциям. Основой прогноза является математическая обработка статистических 136
данных о длине усталостных трещин, обнаруженных при осмотрах в эксплуатации и наработке, при которой эти трещины обнаружены.
Оценка живучести проводится с целью принятия решений о возможности использования стратегий обслуживания и ремонта по состоянию. Приемлемым условием является такая «малая» скорость роста повреждения, при которой можно с достаточной степенью точности утверждать, что повреждение достигнет своего критического значения 1кр не ранее, чем оно будет обнаружено при принятой системе обслуживания и ремонта. В соответствии с требованиями принимается ограничение
Zwp---to Тр,
(7.4)
где Тр — межремонтный ресурс.
Вероятность обнаружения повреждения определяется разрешающей способностью средств контроля и совершенством эксплуатационно-технической документации по выполнению операций, связанных с контролем. Для оценки вероятности обнаружения повреждения при визуальном методе контроля внешних зон конструкции предлагается использовать следующее выражение:
Qk . W=
0; I < /0;
1(/ 70)/(ZKp — /о)]т<; 1о<.1<.1кр
' • I ^кр;
(7.5)
где mt — параметр, зависящий от расположения элемента, подвергаемого контролю.
Выбор стратегий обслуживания и ремонта элементов планера осуществляется в следующем порядке:
определяются принципы конструирования данного элемента и составляется перечень элементов с ограниченным ресурсом;
определяется влияние на безопасность полетов каждого из элементов, не имеющих ограничений по ресурсу;
оценивается живучесть элемента. При отсутствии достаточной живучести для элементов, влияющих на безопасность полета, назначается стратегия по наработке или приводится их доработка с целью усиления для увеличения живучести и ресурса;
при наличии достаточной живучести определяется контролепригодность. В случае неудовлетворительной контролепригодности оценивается возможность ее увеличения путем доработок. При отсутствии или нецелесообразности таких доработок элемент переводится на стратегию по наработке. При удовлетворительной контролепригодности для элементов, обладающих живучестью, выбираются средства контроля и оценивается вероятность обнаружения повреждения в зависимости от его размера;
проводится повторная оценка безопасности полета. При неудовлетворительной оценке для элемента разрабатываются план и варианты замены по программе капитальных ремонтов.
После выбора стратегии обслуживания и ремонта производится выбор режимов, в частности определяются: начальная наработка (порог) проведения контроля элемента То и периодичность контроля ЛТ.
137
На этапах, предшествующих ресурсным испытаниям для определения То, используются расчетные методы. При этом начальная наработка проведения контроля
7'0=W,KB/i], (7.6)
где N — номинальная долговечность в полетах с учетом концентраторов напряжений; Какв — эквивалент между программой испытаний и типовым полетом.
Суммарный коэффициент надежности
г) = ’)1 ’12 ’13 ’14 .
где ’ll — коэффициент, учитывающий уровень соответствия программы испытаний на выносливость реальным нагрузкам в эксплуатации (1 1,5); г)2 —
коэффициент, учитывающий опасность разрушения (I Лз 1,2); Лз — ко-эффициент, учитывающий достоверность данных о повторяемости нагрузок, действующих иа самолет (1 Лз < 2); Л« — коэффициент, учитывающий разброс свойств выносливости конструкции (I л« 5).
Периодичность контроля
ДТ=ДЛ///Лу, (7.7)
где Лу — коэффициент надежности по длительности развития трещины.
Длительность развития трещины
AN = (/Kp-(<>)/V2, (7.8)
где /0 — минимальная длина обнаруживаемой трещины; /нр — критическая длина трещины; У2 — средняя скорость развития трещины от /0 до /кр.
7.3. ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ НА УРОВНЕ
ПЛАНЕРА САМОЛЕТА
При построении программы обслуживания и ремонта на уровне планера в целом предполагается, что проведена локальная оптимизация вариантов программы по каждому из элементов планера. Построение программы обслуживания и ремонта на уровне планера сводится к следующему:
определяется повторяемость конкретных значений начала контроля различных элементов. Значения, имеющие наибольшую повторяемость, избираются в качестве базовых;
производится группировка значений начала контроля путем их «передвижения» по оси времени влево до совпадения с базовыми величинами;
определяется частота выбора конкретных значений периодичности обслуживания и ремонта элементов;
выбираются базовые значения периодичности из числа наиболее часто встречающихся, но при этом они должны быть кратными между собой;
производится группировка значений периодичностей обслуживания и ремонта элементов путем их «передвижения» по оси времени влево до совпадения с базовыми величинами.
Алгоритм построения программы технического обслуживания и ремонта планера представляется в виде типового цикла, повторяюще-138
гося па каждом из этапов построения, испытаний, сертификации и эксплуатации самолета. Блок-схема типового цикла содержит четыре блока (рис. 7.2): формирования перечня функциональных отказов (подблоки 1.1—1.11); выбора стратегий обслуживания и ремонта (подблоки 2.1—2.8); выбора режимов обслуживания и ремонта (подблоки 31—3.2); оценки эффективности и выбора варианта программы обслуживания и ремонта планера (подблоки 4.1—4.2).
В блоке 1 типового цикла методология формирования перечня функциональных отказов планера базируется на информации о физической природе отказов отдельных элементов планера, определении параметров их эксплуатационного нагружения и параметров допустимых повреждений. Особое внимание должно быть уделено влиянию эксплуатационного нагружения на элементы и зоны, имеющие концентраторы напряжений в виде отверстий и галтельных переходов. Основной параметр допустимых повреждений — критическая (предельная) величина повреждения. Для усталостного повреждения это величина трещины, для коррозионного — площадь и глубина.
В блоке 2 типового цикла методология выбора стратегий обслуживания и ремонта базируется на информации о живучести элементов, об анализе контролепригодности конструкции, определении вероятности обнаружения повреждений элементов и оценке их влияния на безопасность полета. В тех случаях, когда не удовлетворительны требования по живучести или контролепригодности, следует определить возможность доработок конструкции. При невозможности или экономической нецелесообразности доработок для данного элемента или зоны конструкции используется стратегия обслуживания по ресурсу. При положительных оценках требований, представленных в блоке 2 типового цикла, для элементов конструкции назначается стратегия обслуживания по состоянию. В блоке 3 типового цикла определение режимов технического обслуживания базируется на методах выбора периодичности контроля с учетом требований безопасности полетов.
Выбор режимов ТОиР для планера в целом проводится следующим образом. Определяются предпочтительные значения периодичностей обслуживания и ремонта п формируется сетка предпочтительных режимов планера в целом, т. е. выбираются узловые значения.
Перегруппировка режимов ТОиР элементов производится в соответствии с сеткой режимов ТОиР планера с соблюдением следующих условий:
периодичность ТОиР элементов, влияющих на безопасность полета, уменьшается, т. е. «передвигается влево» до очередного узлового значения периодичности планера. Результаты группировки для элементов, влияющих на безопасность полета (потенциально критические элементы и зоны), представляются в форме табл. 7.2;
при любом «передвижении режима» оценивается изменение показателей эффективности программы технического обслуживания и ремонта.
Выбор эффективного варианта осуществляется в соответствии с. процедурой, изложенной в § 7.5.
139
Показотели эффективности ПТЗ
Самолет
Определение требований к программе ТО и Р
Планер ФС Двигатель
Крыло Оперение Фюзеляж
Определение параметров эксплуатационного нагружения
Метод формирования программы ФС
Программа выборочного контроля
Спектр внешни* нагрузок планера
Типовой цикл нагружения фюзеляжа, крыла, оперения
Анализ концентратов напряжения
г- 1.6
I
Определение физической природы отказов
Случайные повреждения посторонними предметами Воздействие акру -жающей среды Усталость
— 1.7 1 Определение типа злеменгпа.требующегоТОиР не
Силовой силовой
г 16----
Анализ
’ аналогов
19--------------------1--------------------------------
Определение параметров допустимы* повреждений
Выполнение процедур
3.1 -4.2
начальный размер
Скорость роста Критическая величина
'1.10 — — t-------------- . -
I Формирование перечня функциональны* отказав
L 7.77---- - t
Формирование перечня опасны* зон конструкции
I
Рис. 7.2. Блок-схема построения программы технического обслуживания и
Оценка живучести элемента Не удовле-
Удовлетворяет требованиям творяет
1- । Оценка контролепри годности конструкций Не удовле-
Удовлетворяет требованиям творяет
| Выбор средств и методов контроля
Блок 2 •
- 22 Определение возможности доработок [ онжопсод | Доработка и повторе-ние процедур 1.5 - /. //
Невозможно
Определение •
безопасного сроки службы
г-2 Б ---------------------------------------------------
Определение вероятности обнаружения повреждения
на самолете Элемент на стенде
Перечень элементов с ограниченным ресурсом
г-2.7 1 Оценка допустимых повреждений, планера парка самолетов Не удовлетворяет Повторение процедур 19-2.1
Удовлетворяет
t-2.8
Оценка Влияния элемента но безопасность Вез выполнения ТО
не удовлетворяет
Удовлетворяет -1
Блок 3
с-31
L
Определение режимов ТО
Парк самолетов Самолет Элемент
у 2 i
| Формирование вариантов плана ТОиР
БланУ
Р.1
II Формирование вариантов программы ТО и Р
, ------ _i .. ________________________________
1 Оценка эффективности вариантов программы То и Р
ремонта (ТОиР) планера
Вариант плана и программы ремонта
Таблица 7.2
Таблица 7.3
Варианты ТОнР
Зона
Шифр элемента
2 3
Р КП КУН 1 2
Стратегия ТОиР
Режимы ТОиР
Средства (методы) контроля
Показатели эффективности
В блоке 4 типового цикла оценка эффективности программы планера базируется на сформированных вариантах плана и программы обслуживания и ремонта, изложенной ниже.
Варианты программы на уровне планера формируются по форме, приведенной в табл. 7.3. Форма представления выбранного (оптимального) варианта приведена в табл. 7.4.
7.4. ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ НА УРОВНЕ
ПАРКА САМОЛЕТОВ
Оценка влияния допустимых повреждений на уровень безопасности полетов парка самолетов. Программа планера формируется не только под влиянием конструктивно-эксплуатационных свойств конструкции планера, но в значительной мере зависит от объема парка самолетов Очевидно, что при увеличении числа самолетов парка возрастает ве-142
роятность обнаружения повреждений при множественном контроле, повышается экономическая целесообразность внедрения прогрессивных средств неразрушающего контроля, в том числе индикаторов накопления усталостной повреждаемости. Отсюда вытекает необходимость оценки: допустимых повреждений планера парка самолетов с учетом требований безопасности полетов; разрешающей способности средств контроля, их разнотипности и одновременности использования; живучести конструкции, периодичности контроля и объема парка.
При оценке влияния допустимых повреждений на безопасность полетов парка самолетов используется классификация, принятая в работе (301. Однако нормируемые значения вероятностей попадания в особые ситуации меняются и зависят от числа самолетов парка. Для парка из 10, 100 и 1000 самолетов нормируемые значения уменьшаются соответственно в 10, 102 и 103 раз. Таким образом, если для одного самолета принять QKC = 10-8 ...10~9, то для парка в 100 самолетов QKC =
= ю-в ... ю-7.
При оценке допустимых повреждений парка самолетов необходимо иметь механизм и математический аппарат, позволяющий исследовать вероятность обнаружения повреждений и повышать ее для обеспечения заданного уровня безопасности полетов в условиях переменности парка. Управляющими воздействиями при этом могут являться стратегии, режимы и методы обслуживания и ремонта, а также свойства (параметры) живучести отдельных элементов.
Для оценки допустимых повреждений парка самолетов предлагается иерархическая структура показателей, позволяющая проводить оценку от уровня элемента планера до уровня парка самолетов.
Предлагаемые выражения имеют следующий вид:
Qa =<?i <?2<?з<?ъ (7.9)
<?в-•-(>-Qa)*; (71°)
<?с=»—(*—(7Н)
где Qt — вероятность обнаружения повреждения при контроле единичного (конкретного) элемента; Q2 — вероятность обнаружения элемента, имеющего повреждение; Qa — вероятность обнаружения зоны, имеющей повреждение; — вероятность обнаружения самолета, имеющего повреждение; QA — вероятность обнаружения повреждения при единичном контроле, единичного повреждения, в единичной зоне, единичным методом контроля; QB — вероятность обнаружения повреждения при многократном контроле единичного повреждения; Qc — вероятность обнаружения повреждения при многократном контроле единичного повреждения на множестве самолетов.
Коэффициенты живучести элементов и разброса времени образования повреждений:
Т
11’----;
Y AT
п
Т =2
1=1
(«->) т6
143
где Т — ресурс (период живучести элемента); АГ — периодичность контроля; Т6 — наработка между случаями появления повреждения в парке самолетов (разброс наработки от прогнозируемого значения); п — число самолетов в парке.
Тогда выделение переменных составляющих позволяет получить функцию зависимости вероятности обнаружения повреждений от характеристик живучести элементов, разброса времени образования повреждений и периодичности ТОиР f0 = f (Т, АТ, Тс) = фу.
Введение интегрального критерия q для парка самолетов позволяет использовать при оценке целые числа вместо дробных значений, которыми обычно характеризуется вероятность обнаружения повреждений,
login (1 —<?н) 'ogio (!—Сд) logjo 0,5 /og100,5
где Qu — нормированное (требуемое) значение вероятности обнаружения повреждения.
Введение переменной функции f (Т, АТ, Тс) позволяет исследовать влияние ресурса, живучести и режимов ТОиР на располагаемый уровень безопасности полетов и проводить его корректировку для обеспечения потребных значений. Для удобства пользования взаимосвязь и f (Т, АТ, Тй) может быть представлена в виде номограммы. При значительном числе элементов планера, допускающих повреждения, оценка производится на ЭВМ. Операция оценки допустимых повреждений на безопасность полета формализована на языке PL-1 на ЭВМ (прил. 1).
Расчет характеристик выборочного контроля парка самолетов. Выборочный контроль позволяет значительно снизить затраты на обслуживание и ремонт при соблюдении требований по безопасности полета [37]. Такому контролю подвергаются только внутренние элементы конструкции, диагностика которых связана со значительным объемом вспомогательных работ по обеспечению доступности. Стратегии, режимы и средства обслуживания и ремонта этих элементов определяются в соответствии с процедурой, изложенной в разделе 7.2.
Количественная оценка характеристик выборочного контроля заключается в определении числа и наработки самолетов, подлежащих выборочному контролю.
Оценка (расчет) характеристик выборочного контроля производится в следующем порядке.
1. Определяются показатели надежности для элементов, подвергаемых выборочному контролю. Известно ]51), что изменение надежности элементов при учете совокупности причин отказов с достаточной точностью характеризуется распределением Вейбулла
(-V
R (N i) =: ' ,
где N — расчетное общее число полетов (наработка) до предполагаемого момента образования трещины (назначенный ресурс элемента); /V; —текущее число полетов (наработка) элемента.
144
Таблица 7.5
Число самолетов, подвергаемых выборочному контролю Ni R(Ni) Qpacn
1
п Nn-jCNn R (NR (Мп) Qpacn < Qn
2. Определяется потребный уровень вероятности обнаружения повреждений при условии контроля всего парка
Спотр — 1 —
п
П R (h'i)
i=l
где п — общее число самолетов парка.
3. Определяется текущее значение вероятности обнаружения повреждения Qn'•
Qn=i-
п'
П R(Ki)
i — I
где п' — число выборки самолетов, подвергнутых контролю.
4. Определяется располагаемое значение вероятности обнаружения повреждения <?раС1| == Qn'/Qn-
Qpacii характеризует величину допустимого риска, на которую согласен заказчик при выборочном контроле.
При этом должно соблюдаться вполне очевидное условие
Qn Срасп-
5. Результаты расчетов сводятся в табл. 7.5, из которой определяется число самолетов п, подвергаемых выборочному контролю. Пользуясь данными табл. 7.5, можно построить номограммы, используемые для данного парка самолетов.
7.5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВАРИАНТОВ ПРОГРАММЫ
При обосновании методов оценки эффективности программы технического обслуживания и ремонта планера следует учитывать, что она является структурным элементом программы самолета. Эффективность программы планера оценивается по влиянию на эффективность программы самолета.
В результате оптимизации программа планера должна обеспечивать заданные уровни по безопасности и регулярности полетов, интенсивности использования и экономической эффективности. Для оценки эффективности и оптимизации программы планера используется совокупность показателей. В [38] для функциональных систем самолета показатели эффективности определяются с использованием статистической и аналитической модели ПТЭ. Исходными параметрами аналитической модели являются: число состояний модели {X}; характеристики состоя-
145
ний {Х2}; матрица относительных частот переходов из состояния в состояние ||Р,-7,||.
На начальных этапах построения программы планера парка самолетов, соответствующих этапам проектирования самолета, трудно определить характеристики состояний {Х2}, так как число состояний модели неизвестно, поскольку не определены режимы и формы технического обслуживания и ремонта как для элементов, так и планера в целом. Доминирующее влияние планера на выбор периодичности обслуживания и ремонта самолета требует проведения специальных исследований при определении оптимальных периодичностей обслуживания и ремонта как отдельных элементов планера, так и его конструкции в целом.
При использовании метода оценки эффективности программ обслуживания и ремонта функциональных систем выбор варианта программы производится по одному из критериев туд или Суд, а остальные критерии не оптимизируются и фигурируют в виде заданных ограничений по безопасности полетов, регулярности вылетов и использованию самолета. Таким образом, в соответствии с [38] выбирается не оптимальный, а лишь эффективный (локально оптимальный) вариант программы.
Можно использовать метод оптимизации программы обслуживания и ремонта на уровнях элементов и планера не по одному показателю, а по их совокупности. Оценку эффективности и выбор оптимального варианта программы целесообразно проводить на трех уровнях. При этом на уровнях элементов и планера следует использовать многокритериальный метод оптимизации, а на уровне парка самолетов проводить оценку эффективности в соответствии с действующими руководящими документами [27].
Для проведения такой оптимизации необходимо найти относительные оценки для каждого из вариантов программы обслуживания и ремонта элементов планера по каждому из показателей. Особую сложность решение задачи выбора оптимальных периодичностей обслуживания и ремонта элементов планера приобретает на начальных этапах создания самолета и его программы обслуживания и ремонта в связи с отсутствием достаточной информации по влиянию большинства входных переменных на показатели эффективности.
Для того чтобы восполнить отсутствие достоверной статистической информации и необходимых аналитических выражений между показателями эффективности в некоторых случаях предлагается использовать метод балльных оценок в соответствии с подходами, указанными в работе [35]. Этот метод целесообразно использовать в несколько модифицированном виде, поскольку у экспертов, проводящих балльные оценки, даже на ранних стадиях построения программы обслуживания и ремонта имеются сведения по результатам расчетов и стендовых испытаний.
После опроса экспертов и определения балльных оценок сравнение различных вариантов программы можно представить в виде матрицы. Выбор оптимального варианта будет в этом случае относиться к классу задач многокритериального принятия решения [23]. Для решения указанной задачи предлагается использовать метод ELECTRE. В литера-146
туре отмечается, что данный метод наиболее показателен даже в тех случаях, когда оценки являются качественными, а не количественными.
Известные подходы [37] к выбору вариантов программы базируются на следующем положении. Заказчиком допускается некоторый риск эксплуатации, выражающийся, например, в количественной оценке вероятности усложнений условий полета QyyI„ для обеспечения экономической эффективности.
Особенность применения метода ELECTRE связана с необходимостью использования «веса важности» отдельных критериев оценки, которые можно определять в баллах.
До начала формирования вариантов программы планера должна быть произведена ранжировка показателей эффективности по степени их важности для заказчика, которая представляет собой определение «веса» каждого из показателей, и для ее осуществления целесообразно использовать метод экспертных балльных оценок [8]. Поэтому оценку эффективности программы обслуживания и ремонта на уровне элементов и на уровне планера предлагается проводить, используя для этого метод многокритериальной оптимизации ELECTRE. Преимущество данного метода применительно к оптимизации программы планера заключается в следующем:
1. Результаты расчетов показателей эффективности вариантов программы обслуживания и ремонта элементов и планера могут быть представлены в смешанном виде и содержать при этом численные значения, полученные аналитическим путем, и балльные оценки, полученные методом экспертного опроса. Например, вероятность попадания в катастрофическую ситуацию рассчитана, а удельная трудоемкость оценена по прототипу экспертным путем.
2. Учитываются «веса тяжести» каждого показателя эффективности в соответствии с требованиями к программе обслуживания и ремонта. Существует возможность изменения приоритета показателей относительно друг друга в соответствии с требованиями заказчиков.
3. В результате оптимизации выявляется не только самый эффективный вариант, но и осуществляется ранжировка всех остальных по степени их эффективности.
Для оценки эффективности программы на уровне парка самолетов и расчета экономического эффекта от реализации программы предлагается использовать многокритериальный метод, приведенный в работе [271. Пусть имеется множество вариантов Е = {е,,..., е„} и некоторая система критериев Г Y,,} их оценки. Критерии могут
иметь различный смысл (наличие или отсутствие некоторого признака, качественные и количественные оценки).
Через Kt обозначим множество оценок, которое можно получить, рассматривая Е с точки зрения критерия у(. При одновременном учете «й» критериев каждому варианту ставится в соответствие список из h оценок по у,- (е). Предполагается, что каждое из множеств У, является, по крайней мере, ранговой шкалой. Тогда любое отображение у, X х(е): E-^-Ki, /=!, h позволяет построить орграф У, - (Е, ЕД, где дуга (е, е') 6 У4 ~ у,- (е) > yf (е’).
147
Обозначим через Y = (Е, V) орграф, соответствующий отображениям соотношений между Е по всем оценкам. Тогда, рассматривая два произвольных варианта е, е' С Е, множество оценок можно разбить на два класса. К первому относятся оценки, для которых у, (е) У, (е'), т. е. С (е, в) = {Г,-1 (е, е')€ В,}, ко второму — остальные, т. е. D (е, е') = {Гг| (е, е')$У(}.
Предполагается, что меру относительной важности оценок можно выразить с помощью коэффициентов W р, i = 1, п, W,[0, 11, W = * п
= 2
i — 1
Вводится понятие превосходства е над е на основе индексов согласия С (е, е') и несогласия d (е, е'):
С (с, е') = £ С/;
r;.gc (г. е')
О, если D (е, е') — 0;
d (е, е') =
max Г
ri Ё ° (е, е'), | у; (е)—у,- (е') I — L di J
где df= max [I У, (е) ~Т> (И life, е') g Е
Значения индексов согласия и несогласия для всех пар сводятся в матрицу согласия С и матрицу несогласия D.
Для квазиупорядочения множества вариантов Е вводятся два числа G и Р (Gg[O, 1], Р G [0, 1]), тогда отношение превосходства записывается в виде графа Y (G, Р) : Y (GP) = (Е, V (q, р)), где (е, е') Q V X X (<?, р)<->С (е, е') > q, d (е, е) < р.
Физический смысл этого отношения заключается в том, что вариант е превосходит е' тогда и только тогда, когда совокупность оценок, по которым вариант е не хуже е', достаточно представительна (порог G), а остальные оценки не дают оснований (порог Р) для отказа от предложения о превосходстве е над е'.
При этом предполагается, что имеющаяся информация об объектах позволяет лицу, принимающему решение, выбрать диапазон изменения порогов р и q таким образом, что отношение превосходства устойчиво:
С (е, е') > q, q 6 G; d (e, e') < p, p G P.
Тогда, рассматривая пару вариантов (е, е') £ Е, для которых отношение превосходства устойчиво, можно в графе Y (G, Р), оставляя вершину е, удалить е'. В работе [35] показано, что путем варьирования G и Р можно выделить ядро орграфа Y, которое соответствует наилучшему объекту из множества Е по всем рассматриваемым критериям.
Алгоритм процедуры оптимизации состоит в следующем.
I. Определяется перечень показателей Г эффективности программы обслуживания и ремонта (<?кс, Рв, К„, туд и т.д.).
2. Определяются «веса важности» каждого показателя W, при условии, что п
2 — 1, где п — число показателей эффективности.
148
3. Определяются показатели, подлежащие минимизации и максимизации.
4. Формируется исходная матрица значений показателей всех вариантов программы в следующем виде:
Y1 У г Уз -Ун
1 £i - еа где h — число показателей; а — число вариантов.
5. Осуществляется переход в единую шкалу в соответствии с выражением УН гч= ,
где i — место показателя в строке; / — место показателя в столбце.
В результате перевода и расчетов формируется нор мализованная матрица в единой шкале.
6. Формируется взвешенная нормализированная матрица
7. Определяются согласованное и несогласованное множества по исходной матрице (п.4) в соответствии с выражениями;
С ее'' V | > Уе' /}•
Dee' = {i |Т₽>
8. Рассчитывается и форм ируется матрица согласия
I h Сее.= 2 2^-
'£Сее- • ,= | где Сее, — индекс согласия (конкордации) отражает важность е наде'.
Ч ем выше Сее,, тем е предпочтительнее е .
9. Рассчитывается и формируется матрица несогласия
Гахеоее.\ре>-ре./| —--------------------------
/тах е J|ve?—vr.,.|
Чем больше dee., тем е менее предпочтительно, чем е .
10. Определяется матрица предпочтения по согласованию. При этом вначале рассчитывается индекс согласования (порог)
п а 2 2 Сее' __ е— 1 е*= I____
п(п —1)
11. Определяется матрица предпочтения по несогласованию. При этом вначале рассчитывается индекс несогласования (порог)
h т 2 2 Р. e=i e'=i______
h(a-l)
149
12. Определяем обобщенную матрицу предпочтений, совмещая матрицы пред-почтений по согласованию и несогласованию.
13. Анализируем Е' по вертикали и горизонтали, отбрасывая менее предпочтительные альтернативы. В результате строится орграф предпочтений вариантов.
При значительном числе элементов планера и вариантов программы определение орграфа предпочтений вариантов производится на ЭВМ. Процедура выбора оптимального варианта программы на уровнях элемента и планера формализована на языке PL = 1 на ЭВМ (прил. 2).
Глава 8
ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ САМОЛЕТА
8.1. СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ЕЕ ФОРМИРОВАНИЯ
Результаты проведенных исследований и опыт эксплуатации самолетов в нашей стране и за рубежом свидетельствуют о высокой эффективности программ технического обслуживания и ремонта, основанных на рациональном сочетании стратегий технического обслуживания и ремонта по состоянию с традиционными стратегиями выполнения профилактических работ с заданными объемами и периодичностью. Особенностями функциональных систем самолета как объектов технического обслуживания являются их автономность, модульность конструкции, высокая степень резервирования, многообразие вариантов конструктивного исполнения. При этом под функциональной системой понимается совокупность конструктивных элементов и агрегатов, предназначенных для выполнения определенных функций, связанных с полетом самолета.
Программа технического обслуживания и ремонта функциональной системы представляет собой документ, устанавливающий стратегии технического обслуживания и ремонта элементов функциональной системы, количественные характеристики видов технического обслуживания и ремонта функциональной системы и порядок их корректировки на протяжении срока службы с начала эксплуатации до списания Программа технического обслуживания и ремонта функциональной системы сохраняет основные свойства программы для самолета в целом.
Задача формирования программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы заключается в отыскании характеристик такого варианта, который удовлетворял бы следующим условиям:
*i=/i (-г, у. /) {|) [Zj], i е
z, = opt f (x, у. t), / € S2. (8.1)
Входными переменными x служат: стратегии технического обслуживания и ремонта, назначенные конкретным элементам функциональной системы самолетов в рассматриваемом варианте программы; ре-150
жимы технического обслуживания и ремонта; показатели эффективности системы контроля, используемой при конкретном варианте программы технического обслуживания и ремонта; стоимость, трудоемкость и продолжительность выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту, предусмотренных регламентом варианта программы; характеристики надежности элементов функциональной системы самолета; стоимость разработки и внедрения рассматриваемого варианта программы технического обслуживания и ремонта.
Выходными переменными Z, являются показатели эффективности рассматриваемого варианта программы технического обслуживания и ремонта: уровень безопасности и регулярности полетов, исправность самолетного парка, экономическая эффективность варианта программы с учетом стоимости ее разработки и внедрения. На показатели эффективности Z, £ 5\ налагаются ограничения (Z,l. Остальные показатели эффективности Z7C<S2 оптимизируются. К числу ограничений могут быть отнесены показатели безотказности и регулярности полетов, исправности самолетного парка. Тогда в качестве критериев эффективности программы технического обслуживания и ремонта принимаются минимумы затрат времени, труда и средств на техническое обслуживание и ремонт. Множество операторов yQ Y описывает связи между входными и выходными переменными программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы, возникающими при моделировании процесса технической эксплуатации самолета на интервале времени t. Для изделий, отказы которых не влияют на безопасность полетов, техническое обслуживание планируется для обеспечения долговечности и других эксплуатационных свойств. Основным критерием при назначении стратегий и режимов технического обслуживания является их экономическая целесообразность (Z2£S2).
| При формировании вариантов программы производится варьирование входными переменными, характеризующими функциональную систему и программу ее технического обслуживания. Для упрощения задачи делается допущение о неизменности характеристик надежности остальных функциональных систем самолета и программ их технического обслуживания и ремонта. Это допущение позволяет оценить влияние характеристик программы технического обслуживания и ремонта рассматриваемой функциональной системы на показатели эффективности программы технического обслуживания и ремонта самолета в целом.
Для определения наиболее эффективного варианта программы формируется некоторая их совокупность. Формально формирование вариантов программы возможно методом перебора всего множества обслуживаемых элементов функциональной системы, стратегий технического обслуживания и ремонта и ряда остальных переменных, но такой подход приведет к неоправданному увеличению объема вычислений. Для уменьшения числа конкурирующих вариантов следует исключить заранее бесперспективные. С этой целью необходимо рассмотреть влияние конструктивно-эксплуатационных свойств элементов функциональной системы на эффективность применения различных стратегий технического обслуживания и ремонта, а следовательно,
151
и на эффективность программы технического обслуживания и ремонта в целом.
К основным группам конструктивно-эксплуатационных свойств относятся.
1. Влияние отказов элементов функциональной системы на безопасность и регулярность полетов.
2. Характер изменения показателей надежности элементов от наработки (интенсивности отказов).
3. Уровень эксплуатационной технологичности функциональной системы, затраты на техническое обслуживание и ремонт, разработку и внедрение различных стратегий.
Анализ влияния первой группы конструктивно-эксплуатационных свойств при формировании вариантов программы технического обслуживания и ремонта учитывает возможности стратегий технического обслуживания и ремонта элементов функциональной системы по обеспечению безопасности и регулярности полетов. При применении стратегий технического обслуживания и ремонта по наработке задача обеспечения безопасности и регулярности полетов решается назначением «безопасного» ресурса элемента, определяемого при заданном уровне вероятности отказа. При применении стратегии технического обслуживания и ремонта с контролем параметров задача обеспечения безопасности и регулярности полетов решается установлением упреждающих допусков и периодичности контроля технического состояния элемента, позволяющих с заданной вероятностью выявить предотказовое состояние. Стратегия технического обслуживания и ремонта с контролем уровня надежности допускает появление «безопасного» отказа элемента функциональной системы самолета.
Учитывая вышеизложенное, при назначении стратегии технического обслуживания и ремонта для элементов функциональной системы с учетом влияния на безопасность полетов целесообразно рассматривать сначала стратегию технического обслуживания и ремонта по наработке или по состоянию с контролем параметров, а затем стратегию технического обслуживания и ремонта с контролем уровня надежности. Из двух стратегий (по наработке или по состоянию с контролем параметров) назначается та стратегия, которая обеспечивает требуемый уровень безопасности и регулярности полетов. При равновозможном обеспечении этого уровня решение о том, какая именно будет назначена стратегия, принимается с учетом остальных конструктивно-эксплуатационных свойств.
Анализ влияния второй группы конструктивно-эксплуатационных свойств при формировании вариантов программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы имеет следующие особенности. По характеру проявления отказы элементов функциональной системы самолета подразделяются на постепенные и внезапные. Вероятность безотказной работы объектов, подверженных внезапным отказам, описывается экспоненциальным распределением и распределением Вейбулла [50] при значениях параметров, соответствующих постоянной и убывающей интенсивности отказов X. При постепенных отказах вероятность безотказной работы объектов описывается нор-152
мальным, равномерным и распределением Вейбулла при значениях параметров, соответствующих возрастающей интенсивности отказов 7..
Как известно из работ 13.19], оптимальное значение межремонтного ресурса существует только для объектов с возрастающей интенсивностью отказов от наработки. Для элементов функциональной системы с возрастающей интенсивностью отказов (постепенные отказы) характерно также наличие монотонно возрастающей зависимости параметра (параметров) технического состояния от наработки, что не наблюдается при внезапных отказах. В связи с этим применение стратегий технического обслуживания и ремонта по наработке и состоянию с контролем параметров целесообразно только для элементов функциональной системы с возрастающей интенсивностью отказов, а при невозрастающей функции интенсивности отказов следует использовать стратегию технического обслуживания и ремонта с контролем уровня надежности.
Анализ третьей группы конструктивно-эксплуатационных свойств при формировании программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы определяет в основном экономическую эффективность применения стратегий. Последовательность оценки конструктивно-эксплуатационных свойств элементов функциональной системы при формировании вариантов программы определяется степенью их влияния на эффективность применения стратегий технического обслуживания и ремонта. Вначале оцениваются конструктивно-эксплуатационные свойства, которые оказывают доминирующее воздействие на эффективность применения той или иной стратегии. С учетом специфики эксплуатации авиационной техники к их числу относятся свойства первой, второй и частично третьей группы. Анализ и оценка доминирующих конструктивно-эксплуатационных свойств позволяют только некоторой части элементов функциональной системы однозначно рекомендовать стратегию технического обслуживания и ремонта. Остальным элементам может быть рекомендована совокупность альтернативных стратегий. В каждом случае путем перебора всех возможных вариантов сочетаний элементов функциональной системы и назначенных им стратегий (однозначно или альтернативно) можно по принципу обеспечения безопасности полетов сформировать некоторое множество вариантов первого уровня программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы. При этом в каждом варианте каждому элементу будет однозначно соответствовать одна стратегия технического обслуживания и ремонта.
Сформированный вариант первого уровня фиксирует две входные переменные (стратегии технического обслуживания и ремонта, назначенные конкретным элементом функциональной системы, характеристики надежности элементов функциональной системы) и служит базой для формирования подмножества вариантов программы технического обслуживания и ремонта второго уровня на основе варьирования остальных переменных, определяющих главным образом экономическую эффективность программы. Комплекс исследований по формированию программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы целесообразно представить в виде блок-схемы, которая содержит (рис. 8.1): блок 1 формирования вариантов программы первого 153
Рис. 8.1. Блок-схема формирования программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы самолета:
I — выделение функциональной системы из структуры самолета; 2 — количественная оценка влияния элементов функциональной системы на безопасность полетов («Да» — влияет, «Нет»—не влияет); 3 - анализ характера изменения интенсивности отказов элементов с увеличением наработки («Да» — возрастает, «Нет» - не возрастает); 4 — количественная оценка средних затрат На аварийную и профилактическую замену элементов («Да» — равны. «Нет» нс равны); 5 стратегия технического обслуживания и ремонта с контролем уровня надежности; 6 — стратегия технического обслуживания и ремонта по состоянию с контролем параметров или по наработке; 7 доработка конструкции элемента функции калькой системы с целью уменьшения влияния на безопасность полетов при изменении характера интенсивности отка <ов; 8~ формирование i-ro варианта программы технического обслуживания и ремонта первого уровня; .9 — выбор средств, методов п режимов контри ля для i-ro варианта программы технического обслуживания и ремонта; 10—доработка конструкции функциональной системы с целью обеспечения контроля технического состоя пня при реализации рассматриваемой стратегии технического обслуживания и ремонта: И - оценка стоимости реализации i-ro варианта программы технического обслуживания и ремонта; 12 формирование укрупненной структуры регламента i-ro варианта программы. 13 — оценка трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта по видам работ, предусматриваемых регламентом i-ro варианта программы; 14 формирование i-ro варианта программы технического обслуживания и ремонта второго уровня; 15 — подготов ка необходимых данных для моделирования i-ro варианта программы; [6 — статистическое моделирование процесса технической эксплуатации самолета при i-м варианте программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы; /7 - оценка экономически го эффекта от внедрения i-ro варианта программы; 18 анализ эффективности i-ro вари анта программы
уровня (подблоки /—S); блок 2 формирования вариантов программы второго уровня (подблоки 9—14); блок 3 оценки эффективности и выбора варианта программы (подблоки 15—18).
В блоке формирования вариантов первого уровня производится количественная оценка конструктивно-эксплуатационных свойств элементов функциональной системы, отражающая влияние их отказов на безопасность полетов (оценка регулярности производится в блоке оценки эффективности), с учетом следующих принципов.
1. Если отказ или сочетание отказов элементов влияет на безопасность полетов, то: при возрастании интенсивности отказов элемент обслуживается по наработке или по состоянию с контролем параметров (для данного элемента эти стратегии при моделировании рассматриваются как альтернативные); при невозрастающей интенсивности отказов элемент дорабатывается (в этом случае применение стратегий технического обслуживания по наработке не имеет смысла, а стратегия технического обслуживания и ремонта элементов с контролем уровня надежности не обеспечивает требуемой безопасности полетов).
154
2. Если отказ или сочетание отказов элементов не влияет па безопасность полетов, то: при возрастании интенсивности отказов производится сравнение средних затрат на внеплановую и профилактическую замену; при равенстве этих затрат элемент обслуживается по состоянию с контролем уровня надежности; при превышении затрат на аварийную замену над затратами на профилактическую элемент обслуживается по состоянию с контролем параметров или по наработке (для данного элемента эти стратегии рассматриваются как альтернативные); при невозрастающей интенсивности отказов элемент обслуживается с контролем уровня надежности.
Такой анализ позволяет сформировать некоторое подмножество вариантов программы первого уровня, основанных на различном сочетании стратегий технического обслуживания и ремонта элементов функциональной системы.
Формирование вариантов программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы первого уровня производится по блок-схеме (см. рис. 8.1, подблоки 1—8) на основе анализа и количественной оценки конструктивно-эксплуатационных свойств. При значительном числе элементов функциональной системы формирование вариантов первого уровня целесообразно производить на ЭВМ. Блок-схема алгоритма формирования, реализованного на алгоритмическом языке «Фортран» на ЭВМ типа ЕС, приведена в прил. 3.
Каждый из вариантов программы первого уровня служит исходным для формирования вариантов второго уровня, отличающихся режимами технического обслуживания и ремонта, методами и средствами контроля технического состояния, стоимостью реализации варианта. Затем производится оценка затрат времени, труда и средств, связанных с разработкой, внедрением и применением каждого из вариантов программы.
В блоке оценки эффективности и выбора вариантов программы производится для z-го варианта программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы (/ — 1, 2, ..., г): подготовка исходных данных для статистического моделирования процесса технической эксплуатации самолета; статистическое моделирование процесса технической эксплуатации самолета с целью определения показателей эффективности; оценка экономического эффекта от внедрения варианта программы. После определения параметров рассматриваемых вариантов программы выбор наиболее эффективного производится на основе анализа показателей эффективности и ожидаемого экономического эффекта.
Система информационного обеспечения формирования программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы включает три потока информации для трех последовательных этапов исследований. Четвертый поток информации представляет собой требования к эффективности программы и является критерием для выбора наиболее эффективного варианта программы. Используемая информация классифицирована по источникам получения (предприятия-разработчики, эксплуатационные предприятия), а также по принадлежности к самолету в целом или к исследуемой функциональной системе. Сбор и учет 155
данных в эксплуатационных предприятиях ведутся с использованием действующей учетно-отчетной документации.
При выполнении исследований для функциональной системы самолетов используется информация по объектам-аналогам. Под объектом-аналогом понимается элемент функциональной системы, функциональная система или самолет, аналогичные вновь создаваемым по функциональным, конструктивным и ряду других признаков, а также по условиям применения. Выбор объектов-аналогов производится предприятиями и организациями, ведущими исследования по формированию программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы нового типа самолета.
8.2. АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ системы самолета
При оценке влияния отказов элементов функциональной системы на безопасность полета целесообразно использовать классификацию особых ситуаций, предлагаемую нормами летной годности НЛГС-2 [301. В них оговариваются следующие особые ситуации, возникающие в полете: катастрофическая, аварийная, опасная, усложнение условий полета. Там же рассмотрены и этапы полета: взлет, набор высоты, крейсерский полет, снижение (включая ожидание на соответствующей высоте), уход на второй круг, заход на посадку и посадка.
Влияние отказов элементов в функциональной системе на безопас ность полета целесообразно определить путем оценки возникновения в полете одной из особых ситуаций по техническим причинам.
Функциональная система является достаточно сложным объектом. Отказы или сочетания отказов ее различных элементов могут привести к той или иной особой ситуации самолета в целом. Для разветвленных функциональных систем можно представить достаточно большое число комбинаций отказов элементов. В каждой функциональной системе необходимо выделить некоторую совокупность расчетных случаев, сводящую большое число отказов ее элементов к сравнительно небольшому числу функциональных отказов системы, т. е. отказов, заключающихся в невыполнении целевых функций функциональной системой. При этом каждому из них может соответствовать совокупность состояний из одного или нескольких расчетных случаев.
Совокупность расчетных случаев, вызывающих отказ конкретной функциональной системы, выбирается исходя из анализа ее целевого назначения, конструктивных особенностей, а также статистики летных происшествий, предпосылок к ним и отказов элементов функциональных систем. Для вновь создаваемых функциональных систем необходимо рассмотреть системы-аналоги.
Для количественной оценки влияния отказов элементов функциональной системы на безопасность полета и в соответствии с приведенной выше классификацией особых ситуаций и этапов полета можно использовать подход, применяемый при оценке летной годности самолетов. В качестве критерия в этом случае следует использовать вероят-156
ность попадания самолетов в особые ситуации при реализации расчетного случая для рассматриваемого функционального отказа.
Предложенный критерий QP£ представляет собой вероятность попадания в особую ситуацию при реализации £-го расчетного случая для Р-го функционального отказа и имеет вид:
2 fyta <8-2>
X
где х — индекс этапа полета; — вероятность возникновения Р -го функционального отказа |-го расчетного случая на х-м этапе полета; — условная вероятность возникновения Одной из особых ситуаций при реализации £-го расчетного случая для Р-го функционального отказа на у-м этапе полета.
Вероятность попадания в особую ситуацию служит характеристикой влияния отказов элементов функциональной системы на безопасность полета только для тех элементов, отказы которых входят в Е-й расчетный случай Р-го функционального отказа. Расчет вероятности возникновения р-го функционального отказа Е-го расчетного случая на различных этапах полета Qpgx (или вероятности невозник-новепия Ppjx 1 — <?№х) производится методами оценки надежности сложных систем (131 для каждого этапа полета.
Анализ влияния отказов элементов функциональной системы на безопасность полета целесообразно проводить в следующем порядке.
1. Определить целевые функции рассматриваемой системы и составить перечень функциональных отказов, вызывающих их невыполнение.
2. Для каждого функционального отказа составить перечень расчетных случаев, которые могут вызвать этот отказ.
3. Методами оценки надежности сложных систем определить вероятность возникновения функциональных отказов Qpgx для каждого расчетного случая на всех этапах полета.
4. Методами инженерного анализа оценить последствия каждого функционального отказа для всех расчетных случаев на всех этапах полета и определить условную вероятность Qf%K попадания в особые ситуации.
5. Определить вероятность попадания в особую ситуацию при реализации каждого расчетного случая для всех функциональных отказов-в соответствии с выражением (8.2).
6. Для каждого элемента функциональной системы вычисленное значение сравнить с частотами повторяемости соответствующих особых ситуаций, приведенными выше.
Применение рассмотренного методического подхода позволяет оценить влияние отказов элементов функциональной системы на безопасность полетов.
Анализ безотказности элементов функциональной системы. В настоящее время в гражданской авиации принят агрегатно-узловой метод восстановления исправности самолетов. Отказавший агрегат снимается с самолета, заменяется исправным и поступает на ремонт, где дефектируется и восстанавливается. При оценке надежности агрегатов применяются методы математической статистики и анализирует
157
ся такой показатель, как интенсивность отказов А, (/), характеризующий надежность невосстанавливаемых элементов.
Для построения гистограммы интенсивности отказов А (/) необходимо обрабатывать статистические данные по отказам элементов функциональной системы в эксплуатации за 1—2 года. Обработка должна производиться с учетом переменности самолетного парка, что позволяет проследить за процессами, протекающими в элементах функциональной системы при эксплуатации.
Принятая схема наблюдения за элементами функциональной системы при эксплуатации является случаем усеченной выборки, что учитывается при обработке статистического материала. Анализ безотказности элементов функциональной системы проводится в следующей последовател ьности.
1. Построение гистограммы A (t).
2. По характеру изменения А (/) и с учетом физических явлений, протекающих в исследуемом элементе, при эксплуатации делается пред положение о законе распределения наработки до отказа элемента функциональной системы. Процессы изменения технического состояния функциональных систем самолета наиболее точно соответствую! следующим законам распределения: экспоненциальному при внезапном характере возникновения отказов; нормальному при износовом характере процессов с постоянной скоростью; логарифмически нормальному для процессов, при которых повреждения пропорциональны суммарному значению накопленных к данному моменту повреждений: Вейбулла для процессов, при которых развитие повреждений на отдельных элементах происходит независимо и отказ наступает при возникновении первого повреждения.
3. Проверка гипотезы о законе распределения выполняется с использованием критерия Пирсона %2.
Анализ соотношения затрат на внеплановую (аварийную) и плановую (профилактическую) замену элементов. Такой анализ зачастую затруднен из-за отсутствия информации о затратах на аварийную замену (если они известны, то такой анализ не вызывает затруднений). Для рассматриваемой задачи искомое соотношение .может быть определено исходя из следующей посылки. Неравенство затрат (стоимостных или трудовых) на аварийную или профилактическую (плановую) замену может быть в основном обусловлено следующими причинами: отказ элемента функциональной системы может повлечь за собой отказы других элементов функциональной системы, а следовательно, и увеличение затрат на замену отказавшего элемента и на устранение нанесенных повреждений; замена внезапно (аварийно) отказавшего элемента может повлечь внеплановые простои самолета и, следовательно, увеличить экономические потери по сравнению с плановыми затратами.
Из указанных предположений вытекает следующий методический подход.
1. Анализ статистических данных о затратах на профилактическую и аварийную замены элементов функциональной системы.
158
2. Инженерный анализ возможных последствий отказов элементов функциональной системы.
3. В случае принадлежности элемента функциональной системы к первой группе предполагается, что Са > С„ (Ся и Clt — затраты на аварийную и профилактическую замену соответственно).
4. В случае принадлежности элемента функциональной системы ко второй группе определяется, может ли элемент быть заменен за заданное время оптимальным числом исполнителей. Если замена в указанный срок невозможна, то Са > С„. В противном случае предполагается Са = С„.
Применение изложенного методического подхода позволяет выполнить анализ конструктивно-эксплуатационных свойств функциональной системы самолета и в соответствии с блок-схемой (см. рис. 8.1) сформировать варианты программы технического обслуживания и ремонта. Для определения режимов технического обслуживания и ремонта функциональной системы могут быть использованы рекомендации, приведенные в гл. 5.
Условная вероятность возникновения одной из особых ситуаций при реализации Е-го расчетного случая для 0-го функционального отказа на х-м этапе полета определяется значимостью функционального отказа для обеспечения нормального функционирования самолета в целом, успешностью действий экипажа по устранению причин отказа и парированию его последствий, а также различными случайными факторами (внешними и внутренними возмущениями). Поскольку методика определения Qfe* недостаточно разработана, то при оценке влияния функционального отказа на безопасность полета целесообразно пользоваться результатами инженерного анализа и исходя из определения особых ситуаций (301 детермировать = 0 в случае, если функциональный отказ системы не может привести к какой-либо особой ситуации и ----- 1 в противном случае.
Действия экипажа по парированию последствий функционального отказа при анализе не учитываются. Такое приближенное представление отвечает поставленной задаче оценки влияния отказов элементов функциональной системы на безопасность полета.
В НЛГС-2 приводятся лишь качественные требования к частоте возникновения предпосылок различных особых ситуаций. При оценке влияния отказов функциональной системы на безопасность полета можно использовать в качестве справочных частот повторяемости особых ситуаций для самолета в целом, приведенных в Британских нормах летной годности (BCAR), отнесенных к 1 ч полета или к одному полету.
Для функциональной системы эти требования необходимо ужесточить на порядок (табл. 8.1).
Оценка влияния отказов функциональной системы на безопасность полета производится путем сравнения вероятности возникновения одной из возможных особых ситуаций для рассматриваемого функционального отказа системы с соответствующими численными значениями, приведенными в табл. 8.1. При этом элемент функциональной системы считается не влияющим иа безопасность полета, если для всех
159
Таблица 8.1
Объект Допустимая вероятность возникновения особы? в полете ситуаций
Усложнение условий Опасная Аварийная Катастрофическая
Самолет Функциональная система <10-3—10-5 <10-4—10~6 1» ЯС о о J J 1 о о V V 1 - А А о о ! 1 ев "ч «10-7 « ю-«
расчетных случаев, принадлежащих к функциональным отказам, вероятности возникновения каждой особой ситуации меньше допустимых значений.
8.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ САМОЛЕТА С УЧЕТОМ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Эффективность программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы целесообразно оценивать по влиянию на эффективность системы технического обслуживания и ремонта самолета в целом. Для оценки эффективности вариантов программы технического обслуживания и ремонта рассматриваемой функциональной системы предлагается использовать показатели эффективности системы технического обслуживания и ремонта самолета при фиксированной программе технического обслуживания и ремонта других функциональных систем 120, 271. В полете отказы элементов функциональной системы в сочетании с другими факторами (умение экипажа парировать отказ, атмосферные условия и т д.) могут приводить к особым ситуациям, определенным в НЛГС-2.
Поскольку управление надежностью функциональной системы при эксплуатации осуществляется программой технического обслуживания и ремонта функциональной системы, то в качестве показателя эффективности, характеризующего безопасность полетов, целесообразно рассмотреть вероятности попадания самолета в особые ситуации по техническим причинам (по «вине» отказов или сочетаний отказов элементов рассматриваемой функциональной системы) или наработку на отказы системы, приводящие к особым ситуациям. Таким образом, система показателей эффективности программы технического обслуживания и ремонта будет выглядеть следующим образом (табл. 8.2).
Как показывают исследования, процесс эксплуатации сложных технических устройств целесообразно описывать с помощью статистических моделей. Процесс технической эксплуатации самолета, функциональная система которого обслуживается по программе, базирующейся на рассматриваемых в § 8.1 стратегиях, можно представить графом состояний и переходов (рис. 8.2). При этом процесс технической эксплуатации самолета характеризуется рядом состояний {г}. 160
Состояния процесса технической эксплуатации самолета с учетом изменения технического состояния элементов функциональной системы можно разделить на группы (рис. 8.2).
1. Состояние использования по прямому назначению — полет (Л), которое в свою очередь можно подразделить на подсостояния: нормальный полет, в котором исследуемая функциональная система находится в исправном состоянии Ло; усложнение условий полета, в котором исследуемая функциональная система обладает минимальным запасом работоспособности, необходимым для благополучного завершения полета без изменения его режима Аг; опасная ситуация Л2; аварийная ситуация Л3; катастрофическая ситуация Л4.
Попадания в перечисленные подсостояния являются событиями несовместными и образуют
Рис. 8.2. Граф состояний и переходов процесса технической эксплуатации самолета в условиях применения программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы
полную группу событий (для полета). Переход из подсостояния нормального полета в подсостояния более
Таблица 8.2
Безопасность полетов Регулярность полетов Эффективность
использования экономическая
Ррт’ РabJ Рос", Рууп — вероятности попадания в катастрофическую, аварийную, опасную и ситуацию усложнения условий полета соответственно по техническим причинам Ра — коэффициент регулярности (учитывает задержки только по вине ИАС) /воест ~ среднее время восстаиовлейия рассматриваемой системы; Ки — коэффициент использования самолета: Кв и — коэффициент возможного использования самолета; К* — коэффициент простоев самолета иа техническом обслуживании и ремонте, ч/ч налета Суд! Суд. фс удельная стоимость технического обслуживания и ремонта самолета и функциональной системы, руб./ч налета; Туд^ 'Суд.фс удель- ная трудоемкость технического обслуживания и ремонта самолета и функциональной системы, чел-ч/ч налета
* Рассматривамые показатели используются только для функциональных систем, техническое обслуживание и ремонт которых определяет продолжительность технического обслуживания м ремонта самолета.
6 Зак. 1975 161
тяжелых особых ситуаций может осуществляться как через подсостояния менее тяжелых ситуаций, так и минуя их. Вопрос формализации всех факторов, определяющих наряду с отказами системы переходы в промежуточные подсостояния, в настоящее время еще окончательно не решен. Для решения поставленной задачи достаточно определить, какие конечные подсостояния (особые ситуации) могут возникнуть при реализации функциональных отказов системы. При этом следует исходить из предположения, что если существует возможность возникновения соответствующей особой ситуации (с учетом всех дополнительных неблагоприятных воздействий), то эта возможность реализуется с вероятностью «единица». Такое допущение позволяет представить,что переход из подсостояния нормального налета в подсостояние особой ситуации, соответствующее конкретному функциональному отказу, осуществляется непосредственно, минуя все промежуточные (см. рис. 8.2).
2. Состояния технического обслуживания и ремонта: оперативного обслуживания Е1( ..., Ет; E't, .... Е'т; периодического обслуживания
..., Жт; Ж\, .... Ж'т, ремонта Зъ Зт\ 3'it З'т; прочих работ, в том числе доработок, рекламаций предприятиям промышленности и ремонтным заводам, замены двигателей и устранения неисправностей других функциональных систем и т. д. Б; задержек отправлений по техническим причинам К.
Состояния технического обслуживания и ремонта можно в свою очередь подразделить на подгруппы:
состояния с постоянными характеристиками (продолжительность, трудоемкость, стоимость), определяемые объемами работ для самолета (без исследуемой функциональной системы) и постоянными (не зависящими от технического состояния) объемами работ исследуемой функциональной системы для соответствующих форм технического обслуживания и ремонта Et, .... Ет; Ж\, ..., Жт\ 3t, ..., Зт;
состояния с переменными характеристиками (продолжительность, трудоемкость, стоимость), определяемые техническим состоянием исследуемой функциональной системы для соответствующих форм технического обслуживания и ремонта EJ,..., Е'т\ Ж\, .... Ж'т’, 3{, ..., 3',„.
3. Состояния ожиданий (имеют только одну характеристику — продолжительность): оперативного обслуживания Вг, ..., Вт; периодического обслуживания Гъ ..., Гт\ ремонта ..., Дт; использования (готовность) И.
Процесс эксплуатации характеризуется совокупностью состояний {г}, случайных величин {xj, матрицей частот переходов ||р,й|| и вектором частот состояний л = (лъ .... лй, ..., лг).
Поскольку переход из состояния i в состояние k процесса (i А; i, k £ {г}) будет определяться техническим состоянием функциональной системы конкретного самолета, то в общем случае относительные частоты переходов и частоты состояний будут являться функциями времени, т. е. будут иметь нестационарные составляющие. В этом случае матрица частот переходов запишется в виде ||р,Л (£)|| = Р (t), а вектор частот состояниия л (/) — [лх (/), л2 (/), ..., ль, (t),..., лг (£)].
162
Рис. 8.3. Структурная схема функциональной системы в общем виде
Учитывая, что переход из состояния i в состояние k процесса в рассматриваемой модели будет определяться техническим состоянием рассматриваемой функциональной системы, т.е. подчиняться законам распределения вероятности безотказной работы или параметров технического состояния элементов системы, которые в общем случае не являются экспоненциальными, можно заключить, что аналитическое описание настоящей модели затруднено и она может быть реализована на основе метода статистических испытаний (Монте-Карло).
Условия перехода процесса технической эксплуатации для рассматриваемой модели можно подразделить на:
статистические (стационарные) — для состояний, переход в которые не обусловлен техническим состоянием рассматриваемой функциональной системы. Эти условия записываются в виде матрицы вероятностей переходов;
логические — для состояний, переход в которые обусловлен техническим состоянием рассматриваемой функциональной системы.
Для определения логических условий перехода самолета из i-ro состояния в /-е состояние процесса технической эксплуатации, обусловленных техническим состоянием функциональной системы, формализуем структуру и запишем условия работоспособности функциональной системы. Для этого целесообразно воспользоваться подходом, примененным в [50].
Структурную схему функциональной системы в общем виде (рис. 8.3) можно представить как совокупность цепи блоков г (г = 1, k); блоков 1 (i — 1, kr); звеньев / (/ = 1, kri) и элементов h (h = 1, kri}). Тогда г, i, /, h — обозначения /i-го элемента, принадлежащего /-му звену i-ro блока r-й цепи блоков. Очевидно, функциональная система откажет тогда и только тогда, когда откажут все цепи блоков. Цепь блоков откажет тогда, когда откажет хотя бы один блок. Блок откажет только тогда, когда откажут все его звенья. Звено откажет при отказе хотя бы одного элемента.
6* 163
Поставим в соответствие каждому элементу функцию gri j h (t), имеющую дискретное распределение 0 или 1, причем gr.ijk (t) принимает значение 1, если элемент работоспособен, и 0, если элемент является отказавшим. Аналогично определятся функции grjj (/) для звеньев, gri (/) для блоков, gr (/) для цепей блоков и g(t) для функциональной системы в целом. Отсюда очевидны следующие соотношения:
Г'^'' 8r. i. j. 8r,i(t)-^ 2 (8.3)
ft=l /= 1
gr(t) = P Sr, i V); g (t) = 2 8r (t).
‘= 1 I
Функциональный отказ функциональной системы в зависимости от ее значимости может приводить к различным особым ситуациям. Рассмотрим условия перехода в ситуацию усложнения условий полета для функциональной системы, функциональный отказ которой (полная потеря работоспособности) может вызвать одну из более тяжелых особых ситуаций. Функциональная система будет обладать минимальным запасом работоспособности, если для одной цепи блоков в каждом блоке остается работоспособным хотя бы одно звено. Учитывая это и исходя из определения ситуаций усложнения условий полета и значимости функциональной системы, условия перехода в усложнение условий полета в общем случае (используя 8.2)
к
g(t)= £gr(t) < 1. (8.4)
г= I
и в любую более тяжелую ситуацию
k
g (П= X 8r(0 < (8.5)
г= 1
В зависимости от значимости функциональной системы для обеспечения безопасности полетов последовательное снижение ее уровня работоспособности может приводить к различным особым ситуациям. В этом случае условие перехода в особые ситуации из подсостояния нормального полета с учетом (8.4) и (8.5)
г (О < Мл, иг (О < Мл,иг(О< Мл.игЮ < (8.6)
где Мд , [б]д , [б]л , [G]^ — допустимые уровни особых ситуаций (усложнения условий полета, опасной, аварийной и катастрофической).
Для многофункциональной системы можно сформулировать ряд функциональных отказов р (р) = 1, у), каждому из которых можно поставить в соответствие свою структурную схему. В этом случае условия перехода в особые ситуации имеют вид:
g (t)i < М1л.иг (О. < (Gib,иг (Oi < МЬ,иг (Oi < МЬ.и
• 11г (Op < А],,, иг (Op < [Gph,иг (Op < [®р]л.Uг (Op < jGp^.U •
• • иг (0v < [Gv]a иг (0v < А]л,иг (0v < [Gvh.иг (0v < [GvU<. (8.7)
164
Нестационарные условия перехода в состояние технического обслуживания и ремонта также связаны с оценкой технического состояния функциональной системы. Переход из состояний технического обслуживания и ремонта с постоянными характеристиками Еъ..., Ет, Mi,- -, Жт,31,-..,3т в соответствующие состояния с переменными характеристиками Е;.....Е’т, Mi,---, Жт, 3 (,..., З'т (см. рис. 8.2) осу-
ществляется при отказе элементов функциональной системы и попадании элементов в предо! казовое состояние при выработке ресурса одним или несколькими элементами.
Для функциональной системы, обладающей достаточной степенью резервирования, допускается неполное восстановление работоспособности, и нестационарные условия перехода могут содержать требования восстановления не всей системы, а определенного числа ее элементов. Условия должны также включать требования замены элементов, выработавших ресурс, а также элементов, параметры технического состояния которых попали в предотказовое состояние. В соответствии с этим условия перехода для функциональной системы в состояние восстановления
gj (О > Iffp],-Uff* (0>te₽]/ur(iii) i < ZP (iii)U --
• ’ T(r. i. j. h) (r, i. j, Л) • (8- 8)
где j £ Elt..., Em, Жц .... Жт, 3^..., Зт (см. рис. 8.2); (/), <7/ (/) — значения
функций работоспособности и исправности функциональной системы соответственно по Р-му функциональному отказу, вычисленные при условии выявленных в полете и в ;-м состоянии процесса технической эксплуатации (технического обслуживания и ремонта) отказов и предотказовых состояний функциональной системы (элементы, отказы и предотказовые состояния которых не выявлены, считаются соответственно работоспособными и исправными); Iffplj, Iff pl / — требуемые уровни восстановления соответственно работоспособности и исправности функциональной системы в /-м состоянии процесса технической эксплуатации (виды технического обслуживания и ремонта); —нара-
ботка элемента после /-го полета; / ptr.i.j.h) — ресурс элемента функциональной системы.
Для многофункциональной системы выражение (8.8) запишется в виде
& (Л) > IffibU g'‘(/)i>[ff’]jU -.u7y(0p>[ff₽];ll
• • Uff* (/)₽ > [ffp]7U - - - Uffy (0v> [ffvlyU ? 7 (0v > [ffJJ/U - - -; (8-9)
••• UT'p, 1,!. о i <tp (i, 1,1, i>U • • t j h) / </p (r> h).
Нестационарные условия перехода вычисляются на каждом шаге моделирования, т. е. непосредственно перед каждым переходом в соответствующие состояния процесса технической эксплуатации.
Стационарные условия перехода определяют попадание самолета из состояния полета А в состояние ожидания и соответствующих видов технического обслуживания и ремонта с постоянными характеристиками Bi,..., В mi Е1,..., Г т, Д т, Elt..., Ет, Ж\1---, Жт! 3if-i
Зт и будут являться функциями периодичности проведения соответствующих видов технического обслуживания и ремонта. Посколь-165
ку периодичность проведения видов технического обслуживания и ремонта за наблюдаемый период Т„ полагается неизменной, то эти условия записываются в виде матрицы относительных частот переходов •с постоянными компонентами.
Рассмотрим особенности процедуры моделирования процесса технической эксплуатации самолета для основных групп состояний. Для состояния полета А (подсостояние А„—нормальный полет) процесс моделируется следующим образом:
фиксируется попадание в состояние;
вычисляется наработка каждого элемента функциональной системы
^(r.i./.h) (“Нп + рп G *)Л, I,/, Л- (8.10)
где Tfr.ij.h)! — наработка элемента функциональной системы для l-го полета; Р'в — продолжительность полета; (/— 1) —число предыдущих полетов,
в которых принимал участие рассматриваемый элемент функциональной системы;
вычисляется наработка в соответствии с законами распределений вероятностей безотказной работы (для элементов функциональной системы, эксплуатируемых с контролем уровня надежности и по наработке) и распределений определяющих параметров (для элементов функциональной системы, эксплуатируемых с контролем параметров); фиксируются индексы отказывающих элементов функциональной системы; вычисляется левая часть каждого неравенства выражении (8.7); проверяется выполнение условия (8.7); при невыполнении условия (8.7) происходит переход в подсостояния Л1( Л2, А3, Л4 (усложнение условий полета); фиксируется попадание в подсостояния Alt А2, Ая, Ait если оно произошло; в подсостояниях А 3, Л4 осуществляется замена всех элементов функциональной системы (потерпевший «аварию» или «катастрофу» самолет заменяется «новым»); в подсостоянмях А„, Л„ А 2 производится розыгрыш обнаружения отказавших элементов функциональной системы бортовыми средствами контроля в полете с вероятностью РкА; фиксируются индексы элементов функциональной системы, отказы которых обнаружены; в соответствии с матрицей переходов ||pift|| разыгрывается переход в одно из состояний Б; Blt .... Bm;
Гт-, Дт\ осуществляется переход в одно из состояний Б;
mJ Д1,--ч 'Дт-
При моделировании состояния Б фиксируется попадание в состояние и осуществляется переход в состояние Б, (наиболее легкую форму оперативного обслуживания).
Состояние Bi,..., Вт\ ГЪ...,Г т\Д1,Дт (ожидания технического обслуживания и ремонта) моделируются следующим образом: фиксируется попадание в состояние; осуществляется переход в соответствующее состояние Bi,..., Ет; Жъ..., Жт\ 31,..; 3 т.
В состояниях Ej, .... Em; Mi,--, Жт', 3i,—,3m (технического обслуживания и ремонта с постоянными характеристиками); фиксируется попадание в состояние; выполняется замена элементов функциональной системы, выработавших ресурс (если они его имеют); осуществляется розыгрыш обнаружения отказов элементов функциональной системы, не обнаруженных в полете с вероятностями рл,..., рет', р»л\ рмт\ p3i,--, 166
рзт для соответствующего состояния; определяется уровень работоспособности в соответствии с имеющейся информацией об отказах элементов (не обнаруженные в полете и на соответствующей форме технического обслуживания и ремонта отказы не учитываются) и производится проверка условия (8.9). При удовлетворении условия (8.9) осуществляется переход в состояние И (готовность), а в противном случае— переход в соответствующее состояние Ej,..., Em; Ж\,--., Жт, 3{,...,3'т.
Состояния Е[,..., Е‘т\ Ж'\,-.., Ж'т\3'\,. -,3'т (технического обслуживания и ремонта с переменными характеристиками) моделируются следующим образом: фиксируется попадание в состояние; выявляются цепи блоков функциональной системы с минимальным количеством выявленных отказов; восстанавливаются цепи блоков с минимальным количеством выявленных отказов до удовлетворения условию (8.9); вычисляются значения переменных характеристик состояния;
рг = УИ; di, Ci = Ci dh x^Ti dit (8.11)
где i £ E't, ..., Enr, ..., Ж ; 3t', .... Зт; p; — продолжительность одного посещения i-ro состояния; Ct — стоимость одного посещения i-ro состояния; Т; — трудоемкость одного посещения i-ro состояния; di — число устраненных отказов за одно посещение i-ro состояния; MfiiTi — коэффициенты пропорциональности для i-ro состояния;
при удовлетворении условию (8.9) осуществляется переход в состояние И.
При моделировании состояния И (готовность): фиксируется попадание в состояние; осуществляется розыгрыш перехода в состояния А и /( в соответствии с матрицей вероятностей перехода ||рн, ||.
Состояние К моделируется следующим образом: фиксируется попадание в состояние; разыгрывается проявление выявленных отказов с вероятностью ph; устраняются проявившиеся отказы до удовлетворения условия (8.9); вычисляются переменные характеристики состояния:
И* — dh', Xh~ Th dh, Ck — Ch dh,
где рл, Ck, Xk — продолжительность, стоимость и трудоемкость устранения проявившихся неисправностей рассматриваемой функциональной системы за одно посещение состояния;
определяются суммарные характеристики состояния:
1Ч=Ф*+ 1Ч; Ch = c'k + C'k- Тй = т*+т^, (8.12)
Л tt
где р/г. Ck, Xk — постоянные характеристики (продолжительность, стоимость, трудоемкость) состояния К',
осуществляется переход в состояние А.
В состоянии А (полет) выполняется процедура, описанная выше. Элементы функциональной системы, отказы которых не обнаружены в предыдущем полете, формах технического обслуживания и не проявившиеся в состоянии К, в розыгрыше работоспособности участия не принимают и заведомо считаются отказавшими.
167
По результатам моделирования определяются:
абсолютная частота попадания в состояния процесса технической эксплуатации
/Л’
У nh,
*=1
где лг — абсолютная частота попадания в i-e состояние; /V — общее число состояний, наблюдаемых в интервале; — число попаданий в i-e состояние;
среднее числе обнаруженных отказов функциональной системы состояний полета, технического обслуживания и ремонта и задержек вылета по техническим причинам
п.
di ср = У di/rij , i=l
где i Q A; Elt..., Ет; Ж1, , Жт', 3t,..., Зт, К\ di — число отказов, выявленных за одно посещение i-ro состояния;
средние характеристики состояний технического обслуживания с переменными характеристиками
ni nt
н,;ср=2 x'ilni'
i=l l=\
ni
c;-cp=S c'i/ni- <813)
i=l
Показатели эффективности программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы вычисляются с использованием выражений (8,13):
вероятность попадания в ситуацию усложнения условий полета при отказах функциональной системы Qyyn = дЕЛь k^A\ вероятность попадания в опасную ситуацию при отказах функ-
циональной системы Qoc = ni/nh; i Е Д2, kQA\
вероятность попадания в аварийную ситуацию при отказах функциональной системы QaB = лг/лЛ, i£A3, k С А;
вероятность попадания в катастрофическую ситуацию при отказах функциональной системы QIiT = лг/лЛ, iQ Л4, А;
коэффициент регулярности отправлений самолета (учитывает задержки только по вине инженерно-авиационной службы)
То — 1 j/ i •
где/ £ К, i Е А;
коэффициент использования самолета по назначению (вычисляется только для систем, определяющих простои самолета)
АЛ' \
У Ль Ил+2 Лг и' гср I.
Л=1 I /
где i Е Л, k Е А- Е, Blt. ., Вт, Гт.... Д4, ..., Д,т- Е^,..., Ет,
ж±, жт. 3t...Зт, и- I Е ......Е'т. Ж{.... ж-т, 3[.з;п.
168
коэффициент возможного использования самолета (вычисляется только для систем, определяющих простои самолета)
К вн=лу p.j I I 2 я,‘ ид “Ь 2 л1У,1 ср I; * С ; j' € Ч', I \k=i i /
удельные простои на техническое обслуживание и ремонт (вычисляется только для систем, определяющих простои самолета)
' (У НН-У «iHicpY
JLi Hi у у
где i £ A, j £ Б, Е11 ...» Бт, JVCj, Жщ> 3^,...у Зт, К\ I Ет, Ж1,
Жт] 3{,..., Зт\
среднее время восстановления системы
^восст~2 ^7 ср / z / i
Где I £ Е{, Ет\ Ж[ •••» Жт\ 3*, ...» Зт",
удельная трудоемкость технического обслуживания и ремонта самолета
туд = ( У nJ xi + У л! xi ср') >
где i £ A; j Б, Е\ Ет-, Ж), ..., Жт, 3lt 3m, К', I £ Ет, Ж{ ...» Жт, 3J, Зт’,
удельная трудоемкость технического обслуживания и ремонта функциональной системы
Гуд.фс = ( У ят XJ Фс + У лг тг ср^;
я, Иг \ j i )
удельная стоимость технического обслуживания и ремонта самолета
суд= _ „ ( У ni С/+У л! С1 ср]! е \ / i /
удельная стоимость технического обслуживания и ремонта функциональной системы
Суд.фс = ~~ I Cj фс-|- У Л; Су ер Jli Hi I j
Оценка точности результатов моделирования. Для этого воспользуемся формулой, предложенной в [11], основанной на центральной предельной теореме теории вероятностей
Q (I Р*-Р I < е) = 2Ф f (8.14)
V Ур(1-р) )
Где Q — вероятность (уровень доверия) того, что частота появления р* некоторого случайного события отличается от р не больше, чем на е > 0; р — вероятность, с которой разыгрывается случайная величина; — число реализаций случайной величины; Ф — функция Лапласа.
169
На практике удобнее, задавшись некоторым уровнем доверия, определить необходимое число реализаций случайной величины, чтобы частота и вероятность расходились меньше чем на е. Решая уравнение (8.14), относительно N получим:
р(1—р) Г I '
N = —----— Ф-1 — Q ,
е2 | \ 2 / Г
где Ф-1 — обратная функция Лапласа.
В рассматриваемой модели точность результатов целесообразно оценить по числу реализаций наиболее редкого события. Таким событием будет попадание самолета в наиболее редко посещаемое состояние Ет самой тяжелой формы ремонта. Таким образом, число посещений необходимое для обеспечения заданной точности,
N = Гф-1/_!_ qM i£Em,
Ет е2 [ \ 2
где л, — абсолютная вероятность попадания в состояние Ет.
Модель процесса технической эксплуатации самолета с учетом изменения технического состояния элементов функциональной системы формализована на алгоритмическом языке ПЛ-1, блок-схема алгоритма приведена в прил. 1.
8.4. ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА СИСТЕМЫ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
Система кондиционирования воздуха предназначена для обеспечения нормальных условий жизнедеятельности экипажа и пассажиров путем вентиляции, поддержания определенной температуры в гермокабине на всех режимах полета, а также при рулении самолета. Гермокабина самолета относится к кабинам вентиляционного типа.
В состав системы кондиционирования воздуха (рис. 8.4) входят: система кондиционирования воздуха (вентиляция, обогрев); система автоматического регулирования температуры воздуха; управление кранами, регулирование и контроль температуры и расходов воздуха; специальные устройства. Экипаж периодически контролирует по приборам работу системы и вмешивается в ее работу лишь в случае отказа какого-либо элемента, переходя на ручное управление.
Воздух для системы кондиционирования отбирается от девятой ступени компрессоров трех двигателей. На самолете установлены предварительный и основной узлы охлаждения воздуха. В полете эффективно работают оба узла охлаждения от скоростного напора. На земле при стоянке самолета работает только основной узел охлаждения. Воздух в систему кондиционирования до запуска двигателей подается из вспомогательной силовой установки.
Система кондиционирования воздуха имеет один функциональный отказ, заключающийся в потере работоспособности системы. При функциональном отказе системы кондиционирования воздуха для бла-170
гополучного завершения полета необходимо снизиться до безопасной высоты (3000 м), т. е. нужно изменить режим полета. Эту ситуацию можно классифицировать как опасную. В этом случае условная вероятность возникновения опасной ситуации, а также всех менее тяжелых особых ситуаций (в данном случае усложнение условий полета) при реализации рассматриваемого критического отказа детерминируется единицей, а для всех остальных особых ситуаций (аварийная, катастрофическая) — нулем.
Если функциональный отказ системы приводит к более тяжелой ситуации, чем усложнение условий полета, то при определении значений показателей эффективности программы технического обслуживания и ремонта необходимо выделить такой отказ системы кондиционирования воздуха, который мог бы привести к ситуации не тяжелее, чем усложнение условий полета.
Рис. 8.4. Функциональная схема системы кондиционирования воздуха:
/ — кран отбора воздуха от двигателя 515 А; 2 обратный клапан фиксируемый 5102; 3 — воздухо воздушный радиатор первичный 4487 Т; 4 — запорный кран перепуска горючего воздуха 4602; 5 — преобразователь импульсный 4735 Т; 6 — термореле перепуска горючего воздуха 4463; 7—кран наддува 4602; 8—регулятор избыточного давления 4561; 9 — регулятор давления 2077 АТ (основной); 10- регулятор избыточного давления 4833; 11—воздухо-воздушный радиатор 4458; 12 - турбохолодильник 1521 Т; 13 — распределитель 513; 14—регулятор избыточного давления 4832; 15 — блок управления 2427; 16 - задатчик температуры воздуха 2400; 17 - обратный клапан 4477; 18 - влагоотделнтель 154.04.7613.023; 19 — приемник температуры воздуха П-1; 20— глушитель 154.04.7613.045; 21 - задатчик температуры воздуха 2400 А; 22 — блок управления 2427 А; 23 - распределитель 514; 24 — дат чик температуры воздуха 2182 А; 25 - регулятор давления 2077 АТ (дублер); 26 - выпускной клапан 4870 Т
171
7 — 8
Рис. 8.5. Расчетные случаи (1.1; 1.2) частичной потерн работоспособности системы кондиционирования воздуха (обозначения элементов приведены на рис. 8.4)
Для составления перечня расчетных случаев, связанных с функциональными отказами, приводящими к частичной или полной потере работоспособности, была проанализирована функциональная схема системы кондиционирования воздуха (см. рис. 8.4). По результатам анализа составлены структурные схемы расчетных случаев (рис. 8.5 и 8.6). При этом предполагалось, что система кондиционирования воздуха работает на всех этапах полета в одном режиме, поэтому разбиение на этапы полета не проводилось.
Определение вероятности попадания в особые ситуации при реализации расчетных случаев для каждого функционального отказа производилось методом структурных схем в соответствии с выражением 8.2. Результаты расчета, приведенные в табл. 8.3, показывают, что вероятность возникновения ситуации усложнения условий полета для рассматриваемых расчетных случаев лежит от 10~5 до 10~в и является событием не более частым, чем умеренно вероятное < 10~4. Возникновение опасной ситуации, происходящее с вероятностью 0,84-10—®, является событием не более частым, чем маловероятное (<10-в). В связи с этим можно принять при дальнейшем анализе, что отказы функциональных элементов системы кондиционирования воздуха не влияют на безопасность полетов.
Анализ безотказности элементов системы кондиционирования воздуха проводился на основе статистических данных, полученных при эксплуатации самолетов в эксплуатационном предприятии, которое является ведущим по этому типу самолета. Проведенные наблюдения за парком самолетов представляют схему усеченной выборки статистических данных, характерными особенностями которой являются: фиксированные моменты отказов элементов систем; число наблюдаемых элементов; период наблюдений, выраженный в часах наработки элементов функциональных систем.
Обработка статистической информации проводилась с учетом переменности парка. Цель обработки статистической информации — выяв-
Рис. 8.6. Расчетный случай (2.1) полной потери работоспособности системы кондиционирования воздуха (обозначения элементов приведены на рис. 8.4) 172
Таблица 8.3
функциональный отказ Расчетный случай Вероятности попадания в особые ситуации
Катастрофическая ситуация Аварий- 1 ная ситу- ацня Опасная ситуация Усложнение условий полета
1. Частичная потеря работоспособности системы 1.1. Отказ правой и центральной линий подачи воздуха или двух линий отбора воздуха (рис. 8.2) 0 0 0 2,88-Ю-5
1.2. Отказ левой и центральной линий подачи воздуха или двух линий отбора воздуха (рис. 8.2) 0 0 0 2,88-10-8
2. Полная потеря работоспособности системы 2.1. Отказ трех линий подачи воздуха и трех линий отбора воздуха (рис. 8.3) 0 0 0,84-10-8 0,84-10-8-
ление законов распределения наработки до отказа элементов систем. Анализ безотказности элементов системы проводился в последовательности, указанной в § 8.2.
Полученное подтверждение гипотез о соответствии статистических распределений теоретическим позволяет определить параметры распределений вероятности безотказной работы и сделать выводы о характере изменения интенсивности отказов X (t) для элементов системы. Результаты анализа безотказности системы кондиционирования воздуха сведены в табл. 8.4.
При формировании вариантов программы технического обслуживания и ремонта первого уровня системы кондиционирования воздуха предполагалось, что аварийные затраты на замену первичного и основных воздухо-воздушных радиаторов (см. рис. 8.4, 3, 11) существенно больше, чем профилактические, поскольку операции по замене воздуховоздушного радиатора являются наиболее трудоемкими в процессе технического обслуживания системы кондиционирования воздуха. Для остальных элементов систем эти затраты полагались одинаковыми, поскольку они являются сравнительно нетрудоемкими и отказ этих элементов не может повлечь дополнительных неисправностей самолета и системы кондиционирования воздуха.
Формирование программы технического обслуживания и ремонта •было выполнено с помощью блок-схемы (см. рис. 8.1, /—8), а результаты сведены в табл. 8.5. Из нее видно, что из 23 типов рассмотренных элементов 22 предлагается обслуживать с контролем уровня надежности (КУН), а один элемент 3 — с контролем параметров (КП) или по наработке (НАР). Таким образом, на основе анализа безотказности и влияния отказов на безопасность полетов для системы кондиционирования воздуха можно предложить два варианта программы технического обслуживания и ремонта первого уровня. Между собой они будут
173
отличаться альтернативными назначениями стратегий технического обслуживания и ремонта по состоянию с контролем параметров и по ресурсу элемента 3.
Формирование вариантов программы технического обслуживания и ремонта первого уровня для системы кондиционирования воздуха произведено также на ЭВМ (алгоритм приведен в прил. 3).
Для вариантов первого уровня программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы был произведен анализ средств контроля технического состояния элементов функциональной системы в соответствии с назначенной каждому элементу системы кондиционирования воздуха стратегией.
Поскольку оба варианта программы предусматривают использование для 22 элементов стратегии технического обслуживания с контролем уровня надежности, то для этих элементов предприятием-разработчиком системы был произведен анализ возможности индикации отказов
Таблица 8.4
Обозн а -ченне элементов (рис. 8.4> Функциональный элемент Закон распределения наработки до отказа Параметры закона распределения Характер изменения интенсивности отказов
2 Обратный клапан Вейбулла /0 = 115, т = 0,25 Убывает
3 Воздухо-воздушный радиатор первичный /с=1,94-106, т = 1,64 Возрастает
5 Преобразователь им- пульсный Экспоненциальный Х = 0,7218-10-5 Const
6 Термореле перепуска го -рячего воздуха » к = 0,9624 10 5 »
4. 7 Кран наддува Усеченный нормальный т( = 10091, Ci =4094 Возрастает
8 Регулятор избыточного давления Экспоненциальный 4 = 0.722-10-5 Const
9, 25 То же » >
to > » »
11 Воздухо-воздушный радиатор основной 4 = 0,272-10“4
12 Т урбохолодильник Вейбулла /о=1,7-1О6, т=1,4 Возрастает
13 Распределитель Экспоненциальный 4=0,149-10~5 Const
14, 23 Вейбулла /о=13,6-1О6, т = 1,6 Возрастает
15 Блок управления Экспоненциальный Х = 0,093-10”5 Const
16, 21 Задатчик температуры воздуха » Х=0,895-10-4 »
17 Обратный клапан » X=O,289-1Q"4 >
18 Влагоотделитель > к = 0,272-10-5 >
19 Глушитель » Х=0,272-10-5 »
20 Блок управления > к = 0,093-10-4 >
22 Датчик температуры воздуха » к = 0,895-10-4
24 Приемник температуры воздуха » Х=0,866-10-4 >
26 Обратный клапан > Х=0,289-10-4 »
174
Таблица 8.5
Обозначение элементом (рис 8.4) Функциональный элемент Характер изменения интенсивно сти отказов функциональных систем Варианты программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха первого уровня
Вариант 1 Вариант 2
2 Обратный клапан фиксируемый Убывает КУН КУН
3 ВВР первичный Возрастает КП НАР
5 Преобразователь импульсный Const КУН кун
6 Термореле перепуска горячего воздуха кун КУН
4. 7 Край Возрастает КУН КУН
8 Регулятор избыточного давления Const КУН КУН
9, 25 То же КУН КУН
10 КУН КУН
11 ВВР основной » КУН КУН
12 Турбохолодильиик Возрастает КУН КУН
13 Распределитель Const КУН КУН
14, 23 > КУН КУН
15 Блок управления » КУН кун
16, 21 Задатчик температуры воздуха КУН КУН
17 Обратный клапан КУН КУН
18 В ла гоотделитель КУН КУН
22 Глушитель > КУН кун
20 Блок управления КУН КУН
24 Датчик температуры воздуха КУН КУН
19 Приемник температуры воздуха э КУН КУН
26 Обратный клапан кун КУН
Примечание. При назначении методов учитывалось, что отказы отдельных элементов. образующие расчетные случаи (см. табл. 8.3), реализуются с вероятностями меньшими. чем допустимые (см. табл. 8.1). т. е. не влияют на безопасность полетов, и затраты на аварийную н профилактическую замены каждого элемента Са==Сп.
в полете штатными бортовыми средствами (табл. 8.6). Анализ показал, что получение сигнала о снижении уровня работоспособности системы кондиционирования воздуха по штатным приборам самолета позволяет выделить отказ элемента.
Для воздухо-воздушного радиатора 3, которому были назначены стратегии технического обслуживания и ремонта с контролем параметров или по наработке, была выбрана последняя стратегия в связи с отсутствием диагностической аппаратуры по контролю параметров, определяющих техническое состояние. Затем была произведена оценка трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта по видам работ, предусматриваемых регламентом сформированного варианта программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха (табл. 8.7).
Проведенный анализ и выбор стратегий технического обслуживания и ремонта для элементов системы кондиционирования воздуха позволил предприятию-разработчику системы сформировать временный регламент технического обслуживания. Он устанавливает объем и периодич-
175
Таблица 8.6
C)6osHatrp-i ние эле-। ментов (рис. 8.4) Наименование элемента Критерий отказов Сигнал об отказах экипажу Действия экипажа по парированию последствий отказа
7, 4 Кран Забросы темпера- Термометр Перейти на руч-
5 Преобразователь импульсный туры воздуха за первичным воздухо-воздушным радиатором ГУЭ-48, контролирующий температуру воздуха в левой и правой магистралях иое регулирование температуры за первичным воздухо-воздушным радиатором
9 Регулятор избыточного давления Кратковременный заброс расхода горячего воздуха в гермокабине Термометр ТВ-1 Не требуется
10 То же Временное увеличение расхода воздуха по магистрали охлаждения. Отклонение от норм скорости изменения давления в гермокабине УРВ-1500К При повышении
12 Турбохоло-дильиик Резкое увеличение температуры воздуха в одной из магистралей ТУЭ-48 температуры воздуха в трубопроводе подачи воздуха в кабину выше 50 °C необходимо перекрыть магистраль с отказавшим турбохолод ильииком краном иаддува
13 Распределитель Заброс температуры воздуха в одной из магистралей после основного узла охлаждения ТУЭ-48 Не требуется
15 Блок управления Отклонение от заданного значения ТУЭ-48 Перейти и а ручное управление
lb, 21 19 Задатчик температуры Приемник температуры температуры воздуха после основного узла охлаждения распределителями
23 Распределитель Повышение (понижение) температуры воздуха в соответствующем трубопроводе подачи воздуха в кабину экипажа, I и II салоны ТУЭ-48 При повышении температуры воздуха в одном из трубопроводов выше 50 °C перейти на ручное регулирование температуры, установив все нажимные переключатели поочередно, начиная с первично-
176
Продолжение табл. 8.Ь
Обозначение элементов (рис. 8.4) Наименование элемента Критерий отказов Сигнал об отказах экипажу Действия экипажа по парированию последствий отказа
25 Регулятор дав- Наличие перепа- УВПД-5-08к го ВВР, на 30 с в положение «Хол.» Перейти на рабо-
7 леиия Кран наддува да давления между кабиной и атмосферой Отсутствие пода- УРВ-1500К ту от дублера, если и в этом случае перепад давления будет возрастать, то продолжать полет и следить за показаниями УВПД-5-08к, ие допуская повышения перепада более 6,87-104 Па Не требуется
9 15 Блок управле- чи воздуха по одной из магистралей Нарушение тем- в правой и левой магистралях ТУЭ-48 Перейти на руч-
16 24 НИЯ Задатчик температуры Датчик температуры пературы воздуха в одном из распределительных трубопроводов подачи воздуха в кабину экипажа, I и II салоны ное регулирование температуры
ность технического обслуживания системы и комплектующих элементов при эксплуатации их различными стратегиями технического обслуживания и ремонта. Формы технического обслуживания, предусмотренные новым регламентом, кратны формам технического обслуживания всего самолета.
Таблица 8.7
Формы технического обслуживания и ремонта Традиционная программа ТОиР Сформированная программа ТОиР
Эксплуатационные затраты, руб. Трудозатраты, чел-ч Эксплуатационные затраты, руб. Трудозатраты, чел-ч
Периодическая форма Ф-1 64,63 17,33 1,15 0,31
Периодическая форма Ф-2 101,64 27,25 30,88 8,28
Периодическая форма Ф-3 118,73 31,83 50,73 13,6
Ремонтная форма РФ 3345,38 725,68 1962,38 425,68
177
Регламент выполнен в виде таблиц, в графах которых изложены: основные сведения о компонентах системы; сведения о принципах эксплуатации данного компонента системы, периодичности, месте проведения и кратком содержании работ при техническом обслуживании.
Уменьшение эксплуатационных затрат, трудозатрат и простоев при техническом обслуживании системы кондиционирования воздуха происходит за счет сокращения объемов и увеличения периодичности ряда смотровых работ. Уменьшение эксплуатационных затрат, трудозатрат и простоев при ремонте достигается установлением объема восстановительных работ, который соответствует фактическому техническому состоянию системы кондиционирования воздуха. Поскольку при разработке программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха предусматривалось использование штатных средств контроля, то ее реализация не вызовет дополнительных затрат.
Таким образом, сформированная программа технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха предусматривает в основном применение стратегии технического обслуживания и ремонта изделий с контролем уровня надежности.
8.S. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОГРАММЫ
Выбор наиболее эффективного варианта программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы производится в соответствии с работой [20] на основании смешанного метода, рекомендуемого применительно к оценке качества изделий. Оценка эффективности программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы производится с учетом ее влияния на эффективность процесса технической эксплуатации самолета.
Под уровнем эффективности программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы понимается относительная характеристика, основанная на сравнении совокупности показателей эффективности, оцениваемой системы технического обслуживания и ремонта самолета (включающего вариант программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы) с соответствующей совокупностью базовых показателей.
При формировании программы для вновь создаваемой функциональной системы сравниваются показатели эффективности системы технического обслуживания и ремонта самолета при реализации различных вариантов программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы. Выбор наиболее эффективного варианта программы при многокритериальной оценке зависит от того, какие показатели эффективности занимают доминирующее положение. Разделение показателей эффективности на более существенные и менее существенные должно основываться на том, насколько они обеспечивают требования, предъявляемые к программе технического обслуживания и ремонта.
Исходя из общих требований показатели эффективности можно разделить на более существенные, отражающие уровень безопасности и ре-178
гулярности полетов, и менее существенные, выражающие экономическую эффективность и эффективность использования. Оценка эффективности системы технического обслуживания и ремонта при реализации различных вариантов программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы производится смешанным методом, установленным ГОСТ 22732—77 для оценки уровня качества промышленной продукции.
Оценка эффективности сформированного варианта программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха производилась путем их сравнения с базовыми показателями эффективности для традиционной программы технического обслуживания и ремонта самолета. Для самолета Ту-154 по формулам определены базовые показатели: Тп = 28,94 ч; Тс = 14,7 ч; К„ = 0,2095; Кви = = 0,4473; К„ — 2,638 ч/ч налета; туд = 19,674 чел-ч/ч налета; СуД = = 59,35 руб./ч налета.
Традиционная программа технического обслуживания и ремонта самолета предусматривает выполнение следующих форм технического обслуживания и ремонта.
1. Оперативное техническое обслуживание:
а) Ф-А (транзитная) выполняется в транзитном и конечном аэропортах после каждой посадки самолета; после контрольно-нспытательного полета (облета); перед вылетом после периодического технического обслуживания самолета; при учебно-тренировочных полетах при очередных заправках самолета топливом;
б) Ф-А (базовая) выполняется в базовом аэропорту после каждой посадки самолета, если не требуется выполнять более сложные формы технического обслуживания; в конце летного дня при учебно-тренировочных полетах;
в) форма Б выполняется в базовом аэропорту 1 раз (10+2) в 1 сут, если по налету часов не требуется выполнять периодическое техническое обслуживание. Указанный срок может быть увеличен на число нелетных суток, но не должен превышать 15 сут;
г) периодическое техническое обслуживание выполняется: Ф-1— через каждые 300 ± 30 ч налета; Ф-2- 900+ 30 ч налета; Ф-3 —1800+ ±30 ч налета.
При определении показателей эффективности сформированной программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха производилось моделирование процесса технической эксплуатации самолета с учетом изменения технического состояния ее элементов. При этом использовался граф состояний процесса технической эксплуатации самолета, разработанный с учетом переменной составляющей работ по техническому обслуживанию и ремонту системы кондиционирования воздуха (рис. 8.7). В качестве показателя эффективности, оценивающего безопасность полетов, была выбрана вероятность попадания в наименее тяжелую особую ситуацию — усложнение условий полета, поскольку последовательное развитие отказа системы (накопление отказов отдельных ее элементов) приводит сначала к этой ситуации. Были также оценены показатели безотказности — наработка на отказ, выявленный в полете Тп, и наработка на отказ, выявлен-
179
Рис. 8.7. Граф состояний и переходов процессов технической эксплуатации самолета в условиях применения сформированной программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха:
/ — полет (Г—нормальный полет, 1" — усложнение условий полета); 2— устранение неисправностей функциональных систем, кроме системы кондиционирования воздуха, ожидание двигателей, замена двигателей, ожидание запасных частей, доработки, рекламации, предприятиям и ремонтным заводам; 3— ожидание периодической формы Ф-1; 4—ожидание периодической формы Ф-2; 5 — ожидание периодической формы Ф-3; 6 — ожидание ремонта; 7 — постоянный объем работ (ие зависит от технического состояния системы кондиционирования воздуха) оперативной формы А; 8 — постоянный объем работ оперативной формы Б; 9 — постоянный объем работ периодической формы Ф-1; 10 — постоянный объем работ периодической формы Ф-2; 11 — постоянный объем работ периодической формы Ф-3; 12 — ремонт; 13 — переменный объем работ оперативной формы А (зависит от технического состояния системы кондиционирования воздуха); 14 — переменный объем работ оперативной формы Б; 15—переменный объем работ периодической формы Ф-i; 16 — переменный объем работ периодической формы Ф-2; 17 — переменный объем работ периодической
формы Ф-3; 18 — ожидание в состоянии готовности; 19 — задержка
ный в полете и при всех видах технического обслуживания и ремонта Тс, для сравнения их с аналогичными показателями традиционной программы.
Статистические условия перехода из t-ro в k-e состояние процесса технической эксплуатации (частоты переходов Jj), попадание в которые не зависит от технического состояния системы кондиционирования воздуха, подсчитываются на основе статистики для традиционной программы технического обслуживания и ремонта самолета. Логические условия перехода записываются для расчетной структурной схемы системы кондиционирования воздуха (рис. 8.8). Обозначение элементов соответствует принятому на рис. 8.3.
Рис. 8.8. Расчетная структурная схема системы кондиционирования воздуха (обозначения элементов приведены в табл. 8.8)
180
Таблица 8.8
Обозначение элементов (рис. 8.4) Обозначение элементов (рис. 8.8) Аналитическое выражение вероятности безотказной работы Значение параметров расп ределеии я
1111 L (т 115
2 1121 1131 Р=е т-0,25
-J- ,т to =1,94 -10»
3 1211 Р е *• т— 1,64
1311 Ф (m(/ot) т(=10 091
1321 Р — Ф Of =4094
8 1312 1322 Р=е~и Х = 0,7218-10-5
10 1411 1421 Р = е~и Х = 0,7218-10-5
/ / 1413 Р=ч~и X - 0,0272 10-4
1423
1415 t„-- 1,7-10“
1425 р = е '• /и =1,4
1412
13 1422 1414 Р = е“м Л = 0,14910-5
1424
9 1431 P = е~х' Х = 0,7218-10-5
14 1432 —t~ ‘т Р = е t0= 13,6-10« т = 1 ,6
Примечание. Ф — табличная функция стандартного нормального распределения.
Законы распределения вероятности безотказной работы элементов системы кондиционирования воздуха, по которым производился розыгрыш работоспособности, представлены в табл. 8.8.
В соответствии с выражением 8.9 и рис. 8. 8. логические условия перехода из подсостояния нормального полета Г (см. рис. 8.7) в подсостояние усложнения условий полета 1" будут иметь следующий вид:
g (О -- [£1111 (О + £1121 (О + £1131 (0] £1211 [£1311 (О £1312 (О +£1321 (О £1322 101 X
X [£1411 (О £1412 (0 £1413 (О £1414 (0 £1415 (О +£1421 (О £|422 (О £1423 (0 £1424 (0 X
X £1425 (0 +£1431 (0 £1432 (01 < 1
181
С учетом выражения (8.8) логические условия перехода из состояния 8 в состояние 14 или 18 запишутся (см. рис. 8.8):
£fu (О — [ gnu (О + £1121 (О + £из1 Й)] > 2;
(0 = [^211 <о] > 0;
£1з (0 — [ £1311 (0 £1з1г(0 £1з1з (0 £1322 (о] > 1;
£14 (0 = I £1411 (0 £1412 (0 £1413 (0 £1414(0 £1416 (0 +£1421 (0 £1422 X
X (0 £1423 (0 £1424 (0 £1425 (0 + £1431 (0 £1432 (0j > 2.
Логические условия перехода из состояния 8 в 14 или 18, из 9 в 15 или 18, из 10 в 16 или 18, из И в 17 или 18 запишутся (см. рис. 8.7):
7п (0>2;
£12 (0>0;
£i»(0>l;
714(0 >2.
Постоянные характеристики (продолжительность, трудоемкость, стоимость) и коэффициенты для переменных характеристик состояний эксплуатации самолета для сформированного варианта программы приведены в табл. 8.9
Вероятность обнаружения отказов и неисправностей системы иа формах обслуживания составила для используемой системы контроля phi = 0,95. Необходимое число реализаций наиболее редко посещае-
Таблица 8.9
№ состояния (рис. 8.7) Продолжительность нахождения в состоянии |А. (4) Трудоемкость нахождения в состоянии т.» чел-ч Стоимость нахождения в состоянии С, руб.
1 2,5 0 0
2 42,6 92,7 239,18
3 1,77 0 0
4 1,77 0 0
5 1,77 0 0
6 2,63 0 0
7 1,8 20,6 46,3
8 13,2 98,8 226,6
9 37,26 511,42 2192,8
10 58,89 930,5 3468,6
11 69,23 1083,2 4090,6
12 728,1 29 700 136 917
13 0,391/, 2,87 di 11,591/1
14 0,391/, 2,871/, 11,591/1
15 0,391/, 2,871/1 ll,59i/f
16 0,391/1 2,871/1 11.591/1
17 0,391/1 2,87£( 11.591/1
18 2.841/, 0 0
Примечание, Л.--число отказов и неисправностей» устраненных на i-й форме.
182
Таблица 810
Показатель Показатели
абсолютные относительные
Вероятность попадания в ситуацию усложнения условий полета по техническим причинам для рассматриваемой системы Qyyn 0,51-10 1
Наработка на отказ в полете элементов функциональной системы Та, ч 28,9 1
Наработка на неисправность в полете н при всех видах технического обслуживания, Тс, ч Коэффициент использования самолета К„ 14,1 1
0,209 1
Коэффициент возможного использования самолета Кви 0,447 1
Коэффициент простоев самолета при техническом обслуживании Кп, чел-ч/ч налета 2,638 1
Удельная трудоемкость технического обслуживания и ремонта самолета туд, чел-ч/ч налета 18,98 1,0373
Удельная стоимость технического обслуживания и ремонта самолета Суд, руб./ч налета 58,91 1,007
мого состояния 12 для получения необходимой точности при моделировании вычислялось по формуле (8.14) при уровне доверия Q = 0,99; е = 0,01 и вероятности посещения состояния 12 лв = л12 = 0,0003347:
Гф-i ( — q]] =9,68~ 10.
е2 I \ 2 /]
Моделирование выполнялось до обеспечения заданной точности результатов. Оценка эффективности сформированного варианта программы технического обслуживания и ремонта производилась по результатам моделирования. Показатели эффективности сформированного варианта программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха сведены в табл. 8.10. Из нее видно, что внедрение сформированной программы технического обслуживания и ремонта позволит, не снижая уровень безопасности полетов, уменьшить удельные трудозатраты и стоимость технического обслуживания и ремонта туд и Суд. Поскольку техническое обслуживание и ремонт системы не определяют простои самолета (работы по техническом}7 обслуживанию и ремонту системы не лежат на критическом пути сетевого графика выполнения технического обслуживания и ремонта самолета), коэффициент использования Кк, коэффициент возможного использования /<ки и коэффициент простоев на техническом обслуживании и ремонте не изменяется по сравнению с традиционной программой.
183
Годовой экономический эффект Эг от внедрения программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы, отнесенный к одному самолету определенного типа,
Эг = (Э] Э2 -Г эз) — Е„ , (8.15)
где с?! — экономический эффект, получаемый за счет снижения эксплуатационных расходов на техническое обслуживание и ремонт функциональной системы; Э2 — экономический эффект, получаемый за счет увеличения годового налета часов самолета; Э3 — экономический эффект за счет уменьшения потребного числа заменяемых элементов функциональной системы; ДД — дополнительные капиталовложения, потребные для внедрения программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы; £н — нормативный коэффициент эффективности капиталовложений (для гражданской авиации в целом £н = 0,09).
Используя выражение Суд = С2уД/С1уд, определяем уменьшение удельных эксплуатационных расходов ДСуД:
Г- С*УД , , , б2уд—С1уд t ДСуд t
СУД = ----— 1-1-1 =----------|-1 = —---+ 1;
Нуд с1уд с1уд
ДСуд = С1Уд (Суд—1), (8.16)
где С1уд и С2уд —• удельные эксплуатационные расходы до и после внедрения программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы соответственно.
Экономический эффект, полученный за счет снижения эксплуатационных расходов на техническое обслуживание и ремонт,
Э1=—ДСудГ2, (8.17)
где W2 — годовой налет самолета после внедрения программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы.
Учитывая, что — К^Ф, и подставляя выражение (8.16) в (8.17),
31 = Уц2 ФСуд1 (1 —Суд), (8.18)
где Уи2 — коэффициент использования самолета при внедрении программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы; Ф — годовой фонд времени (Ф = 8760 ч).
Используя формулу = К„2/Кп1, определяем приращение годового налета:
Д1ТГ = 1Г2-1Г=Ф(КИ2-КИ1) = ФКИ1(КИ- 1).
где £[п — коэффициент использования самолета при традиционной программе технического обслуживания и ремонта функциональной системы.
Экономический эффект, полученный за счет увеличения годового налета часов,
Э2 = Аи7гД = ФДУИ1(Ки-1), (8.19)
где Д — средняя доходная ставка в рублях на один летный час.
В результате внедрения программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы значительная часть элементов функциональной системы будет обслуживаться по состоянию. При обслуживании по состоянию средний индивидуальный ресурс элементов 184
функциональной системы значительно увеличивается по сравнению с межремонтным ресурсом. В результате потребное количество заменяемых элементов уменьшается. Потребное число элементов определенного типа при традиционной программе обслуживания в год
(8.20)
где It7] — годовой налет при традиционной программе технического обслуживания и ремонта функциональной системы; /р; — межремонтный ресурс 1-го агрегата.
Подставляя в (8.20) годовой налет, выраженный через коэффициент использования и годовой фонд времени W, — Кп1Ф, получаем:
nii —8ГИ1 Ф/t^i.
(8-21)
Принимая, что средний индивидуальный ресурс элементов при обслуживании их по состоянию будет равен наработке на отказ Тср, потребное число элементов функциональной системы при обслуживании его по состоянию за год:
Ч^К *И2 »
"12 Гр ““ гр Г Ср 'ср
(8.22)
Для элементов, обслуживаемых по состоянию с контролем уровня надежности, выражение (8.21) будет точным, а для элементов, обслуживаемых по состоянию с контролем параметров, — приближенным, так как эти элементы снимаются до наступления их отказа.
Для элементов, обслуживаемых с контролем параметров, выражение (8.20) запишется так
(8.23)
где 0, — коэффициент, учитывающий уменьшение наработки i-ro элемента за счет снятия элемента при попадании его определяющего параметра (параметров) в предотказный допуск.
Вычитая из (8.21) выражение (8.22), определяем число «сэкономленных» элементов i-ro типа, обслуживаемых с контролем уровня надежности,
Ал; ~ Л,] —л;2= (А'и1 Ф. tpi) — (Кщ Ф/ ТС 1>) ~Ки1 Ф I — (^иДср ) I
L\ fpi / j
а из (8.21), вычитая выражение (8.23), число «сэкономленных» элементов функциональной системы i-ro типа, обслуживаемых с контролем параметров,
Экономический эффект от уменьшения потребного количества элементов функциональной системы i-ro типа, обслуживаемых с контролем уровня надежности,
53( = ^t Ф [( —— )-(Ки/Лср)! Д, dt
L\ 'pi / j
185
и контролем параметров
Э3, = ки1ф (I//,,,)- | *" Иц, di,
I \ ”i ' ic |i / J
где Ц} — цена одного агрегата i-ro типа; d; — число агрегатов «-го типа в одной функциональной системе.
Суммируя экономический эффект, полученный от элемента (-го типа, по всем элементам, обслуживаемым по состоянию с контролем уровня надежности, годовой экономический эффект от уменьшения потребного числа элементов функциональной системы
« / I К \
Э3 = КИ1 Ф V —— - -г2— Ц,- dt (8.24)
\ icP )
и для элементов функциональной системы, обслуживаемых с контролем параметров,
tn
э3=к„,ф V
i = 1
1
Ц'«
к»
0, T'icp
Hid,,
(8.25)
где п, т — число элементов, обслуживаемых с контролем уровня надежности и с контролем параметров соответственно.
Выражая Тср через параметры экспоненциального, нормального, логарифмически нормального, усеченного нормального распределения и распределения Вейбулла (вероятность безотказной работы элементов функциональной системы, как правило, распределяется по этим законам), подставляя их в (8.24), (8.25) и суммируя эти выражения,
где k, I —- число элементов функциональной системы, обслуживаемых соответственно с контролем уровня надежности и с контролем параметров и имеющих нормальное, логарифмически нормальное и усеченное нормальное распределение вероятности безотказной работы; п — число элементов функциональной системы, обслуживаемых с контролем уровня надежности и имеющих экспоненциальное распределение вероятности безотказной работы; р, q — число элементов функциональной системы, обслуживаемых соответственно с контролем уровня надежности и с контролем параметров и имеющих распределение вероятности безотказной работы, соответствующее распределению Вейбулла; Т/ср — параметр нормального, логарифмически нормального и усеченного нормального распределений; X; — параметр экспоненциального распределения; G>, гп — параметры распределения Вейбулла; Г— гамма-функция, табулирована в [44).
186
Суммируя выражения (8.18), (8.19), (8.24), (8.25) и подставляя результат в (8.15), годовой экономический эффект для одного самолета от внедрения варианта программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы
Эг—КИ2ФСУД(1 —СуД)4- КП1ФД(Кц— 1)-|-
Годовой экономический эффект Эг от внедрения программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха вычисляется по формуле 8.26. Поскольку при разработке программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха предусматривалось использование штатных средств контроля, то внедрение ее не вызовет дополнительных затрат, К = 0. Используя значения базовых показателей и данные табл. 8.10, экономический эффект, получаемый за счет снижения эксплуатационных расходов на техническое обслуживание и ремонт и за счет увеличения годового налета часов Эх — Кн2 ФС1уД (1 — Суд) = 832 руб. Внедрение разработанной программы не вызовет увеличения коэффициента использования самолета Э2 = 0.
Исходными данными для расчета экономического эффекта за счет уменьшения потребности в заменяемых элементах системы кондиционирования воздуха служили данные о числе однотипных элементов в системе, межремонтных ресурсах изделий, средних наработках на отказ, стоимости изделий
К„ 1
Тер J
Hi d;--5875 руб.
Таким образом, годовой экономический эффект на один самолет от внедрения разработанной программы технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха при обеспечении требуемого уровня безопасности полетов Эг = Эх + Э3 = 6707 руб. Разработанная программа технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха является более эффективной по сравнению с традиционной.
187
Глава 9
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЛА
9.1. ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
И РЕМОНТА ПО СОСТОЯНИЮ
Традиционная система технического обслуживания и ремонта авиационной техники, основанная на выполнении заданного объема работ по техническому обслуживанию и ремонту через фиксированные интервалы наработки или календарного времени, применяется более 30 лет. За это время произошли принципиальные изменения в конструкции авиационной техники и условиях ее эксплуатации, в результате чего система перестала удовлетворять возросшим требованиям по обеспечению безопасности и регулярности полетов, технико-экономической эффективности эксплуатации ЛА. Назрела необходимость в качественной перестройке системы на основе внедрения прогрессивных стратегий технического обслуживания и ремонта.
Теоретические исследования и опыт эксплуатации ЛА в нашей стране и в зарубежных авиационных компаниях показывают, что наиболее эффективной и перспективной является система технического обслуживания и ремонта авиатехники по состоянию, основанная на широком применении стратегий технического обслуживания и ремонта по состоянию в сочетании с использованием в ограниченных пределах стратегий технического обслуживания и ремонта по наработке. Некоторая условность названия системы оправдана ее целенаправленностью.
Система технического обслуживания и ремонта по состоянию является так же, как и традиционная, планово-предупредительной. Принцип предупреждения отказов реализуется: при проектировании и изготовлении путем создания конструкции повышенной живучести и обеспечения высокого уровня эксплуатационной технологичности; при эксплуатации — путем назначения упреждающих допусков на контролируемые параметры технического состояния. Принцип плановости проведения профилактических работ соответствует плановому характеру народного хозяйства с вытекающими отсюда возможностями повышения эффективности и качества выполнения работ и улучшения их организации. При применении системы технического обслуживания по состоянию планируются работы по диагностированию и общего характера, зависящие от технического состояния объектов.
Наконец, принцип обеспечения соответствия процесса технической эксплуатации процессу изменения технического состояния объекта реализуется наиболее полно при применении системы технического обслуживания и ремонта ЛА по состоянию. При этой системе заданное управление процессом технической эксплуатации осуществляется по наблюдаемым техническим состояниям объектов.
Особенности системы технического обслуживания и ремонта по состоянию по сравнению с традиционной приводят к изменению состав-188
ляющих ее элементов: ЛА, средств технического обслуживания и ремонта, инженерно-технического состава, программы технического обслуживания и ремонта объектов. Применительно к ЛА речь идет о реализации принципов повышенной живучести, повышении эксплуатационной технологичности и прежде всего контролепригодности. Средства технического обслуживания и ремонта должны быть дополнены необходимыми средствами технического диагностирования. В эксплуатационных и ремонтных авиапредприятиях расширяются и создаются лаборатории технической диагностики. Предъявляются более высокие требования к инженерно-техническому составу, в который должны входить квалифицированные специалисты по техническому диагностированию.
Наиболее существенное изменение претерпевает программа технического обслуживания за счет существенного расширения объемов применения стратегий технического обслуживания и ремонта объектов по состоянию.
Система технического обслуживания и ремонта по состоянию является гибкой и динамичной. Стратегии и режимы технического обслуживания и ремонта, применяемые к одному и тому же типу объектов, могут быть изменены в зависимости от роста средней наработки объектов, проведения конструктивных доработок, создания новых методов и средств технического диагностирования и т. п.
Применяемые стратегии могут отличаться в различных эксплуатационных предприятиях в зависимости от технической оснащенности последних, объема производства и квалификации инженерно-технического состава.
Эффективность системы технического обслуживания и ремонта в соответствии с ее местом в авиационной транспортной системе (гл. 1) определяется по влиянию на эффективность процесса технической эксплуатации ЛА. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы методического обеспечения решения задач анализа эффективности процесса технической эксплуатации ЛА, в том числе: организации информационного обеспечения; расчета показателей эффективности процесса технической эксплуатации; анализа влияния организационных и технических факторов по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта на эффективность процесса технической эксплуатации; определение рациональной последовательности внедрения мероприятий по повышению эффективности системы технического обслуживания и ремонта ЛА.
Решение указанных задач осуществляется отдельно для каждого типа ЛА в масштабе эксплуатационного авиапредприятия и основывается на использовании статистической информации, содержащейся в учетно-ответной документации авиационно-технической базы (АТБ). Анализ эффективности процесса технической эксплуатации на различных организационных уровнях производится в соответствии со структурой процесса технической эксплуатации, учитывающей особенности условий эксплуатации ЛА.
189
9.2. СТРУКТУРА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛА
Под показателем эффективности процесса эксплуатации ЛА понимается количественная характеристика свойств, определяющая его способность обеспечивать выполнение стоящих перед авиационной транспортной системой задач. Принимая во внимание сложное взаимо действие значительного числа элементов авиационной транспортной системы в процессе эксплуатации и влияние на него широкого спектра случайных факторов, эффективность процесса эксплуатации характеризуется значительным числом показателей. Поэтому необходимо найти минимум показателей, позволяющих выполнить оценку эффективности с достаточной для практики достоверностью.
К показателям эффективности предъявляются требования простоты показателей, их информативной обеспеченности, достаточной точности и чувствительности, полноты и отсутствия избыточности. Учитывая иерархическую структуру процесса эксплуатации, требования, предъявляемые к нему и показателям его эффективности, рассмотрим совокупность показателей для каждого из уровней процесса эксплуатации. Эффективность процесса технической эксплуатации в значительной степени зависит от эффективное™ системы технического обслуживания. Совокупность показателей, характеризующих выполнение основных требований, предъявляемых на всех уровнях авиационной транспортной системы по обеспечению безопасности и регулярности полетов, использованию ЛА и экономичности их эксплуатации, приведены в табл. 9.1. Пояснения к показателям эффективности рассмотрим на примере системы технического обслуживания и ремонта самолетов:
Тц.тоир — отношение налета к числу отказов в полете за рассматриваемый период эксплуатации, происшедших по причине технического обслуживания и ремонта ЛА;
Тто — отношение налета к числу неисправностей, выявленных при всех видах технического обслуживания за рассматриваемый период эксплуатации;
ЛтонН — отношение разности общего числа отправлений и числа задержек по причинам технического обслуживания и ремонта к общему числу регулярных отправлений;
— отношение продолжительности технического обслуживания и ремонта к налету за рассматриваемый период;
/<ти — отношение налета к сумме налета и продолжительности технического обслуживания и ремонта за рассматриваемый период;
Суа — отношение стоимости технического обслуживания и ремонта к налету за рассматриваемый период.
туЛ — отношение трудоемкости технического обслуживания и ремонта к налету за рассматриваемый период.
Важными показателями, характеризующими использование и исправность ЛА, являются коэффициент использования К„, представляющий собой отношение налета к календарному фонду времени, и коэффициент возможного использования или почасовой исправности Кви, определяемый отношением суммарного времени пребывания летатель-190
Показатели эффективности
191
Таблица 9.2
ного аппарата в полете и в ожидании полета в исправном состоянии к общему фонду времени за рассматриваемый период эксплуатации.
Предложенная система показателей позволяет оценивать эффективность системы технического обслуживания и ремонта ЛА исходя из ее влияния на показатели эффективности более высоких уровней иерархической структуры авиационной транспортной системы.
9.3. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА
ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Основные закономерности процесса технической эксплуатации самолетов могут быть выявлены на основе статистической информации, собранной в эксплуатационных предприятиях. Такая информация может быть получена путем непосредственных наблюдений за самолетами или из действующей учетно-отчетной документации АТБ (диспетчерского графика).
Обозначим через момент времени, соответствующий началу некоторого состояния, и t2—его концу. Очевидно, что интервал х=> t2— есть характеристика состояния, поскольку он определяет его продолжительность. Непосредственными измерениями легко убедиться в том, что х — случайная величина.
Введем указатели состояний или выполним маркировку состояний. В качестве марок будем использовать либо словесное описание, либо соответствующий ему цифровой индекс. Например, состояние «полет» будем обозначать также индексом «1». Теперь составим спецификацию состояний, т. е. определим их множество {г}, где г — порядковый номер (марка) состояния.
Для самолета АН-24 номера состояний и их спецификация представлены в табл. 9.2. Реализации интервалов времени пребывания самолетов в различных состояниях процесса технической эксплуатации, сгруппированные в соответствующих столбцах, могут быть введены в ЭЦВМ для определения закона распределения случайной величины х,. cz (хг) для каждого из состояний. В нашем примере для пассажирского самолета на ЭВМ «Минск-22» по стандартной программе определены параметры эмпирических и теоретических распределений, а также критерии А. Н. Колмогорова и К- Пирсона %2 для проверки статистической гипотезы о законе распределения.
В результате анализа получены вероятностные модели состояний, тип распределений которых и математические ожидания времени пребывания в состояниях Л4 [л:Д приведены в табл. 9.2.
Однако реальный процесс технической эксплуатации самолета характеризуется не только множеством состояний {г} и множеством случайных величин {х}. Состояния процесса технической эксплуатации самолета возникают в рассматриваемом процессе последовательно и непрерывно, т. е. моменты времени tt, t2, ... «сшиваются» и образуют процесс. В это время самолет переходит из одного состояния в другое. Как видно, такие переходы осуществляются мгновенно, поэтому в качестве количественной характеристики переходов мы будем рассматри-192
X? состояния, ч (рис. 9.1) Состояние Статистическая оценка вектора Математическое ожидание времени пребывания в состоянии, ч Тип распределении
1 Рейсовый поле! 0,29360 1,64 Нормальный
2 Ожидание периодического технического обслуживания 0.00050 3,80 Логарифмический нормальный
3 Ожидание ремонта 0,00014 54,00 То же
4 Периодическое техническое обслуживание по форме № 1 0,00560 6.96
5 То же, по форме № 2 0,00250 10,10 >
6 » » » № 3 0,00240 26,50 »
7 » » » № 4 0,00042 50,80 »
8 » » » № 5 0,00030 73,00
9 Смена двигателей 0,00036 60,50
10 Оперативное техническое обслуживание перед вылетом 0.04950 2,28 Альфа-распределение [8]
И Оперативное техническое обслуживание после прилета 0,05640 2,75 То же
12 Оперативное техническое обслуживание (транзитное) 0.22620 0.65 »
13 Обеспечение вылета 0,29360 0,41 Альфа-распре-делеиие ]8]
14 Ремонт по форме 1 0,00007 624.00 Гамма-распределение
15 Ремонт по форме Л? 2 0,00007 722,40 То же
16 Доработки по бюллетеням 0,00040 5,70 Нет сведений
17 Устранение неисправностей 0,02300 6.82 То же
18 Ожидание запасных частей 0,00410 9.80 Экспоненциальное
19 Готовность после периодического обслуживания 0,00030 8,79 Гамма-распре-делеиие
20 Готовность после оперативного технического обслуживания 0.04040 4,96 Вейбулла
21 Готовность после ремонта 0.00014 51.0 Гамма-распре-делеиие
вать не время перехода в соседнее (смежное) состояние, а относительные частоты Л переходов самолета из i-ro состояния в k-e, где i, k £ £ {г}. Для этого на достаточно большом фиксированном промежутке времени наблюдения Тн за процессом технической эксплуатации определим число и, попаданий процесса в i-e состояние и подсчитаем число непосредственных (прямых) переходов пц, из /-го в k-e состояние (табл. 9.3), тогда
PiK = 4iK/ni. (9.1)
Указанным образом можно подсчитать частоты ри, для каждого из состояний i с {г) и составить матрицу частот переходов ||рщ|| = Р, которая будет определять структуру локального процесса технической 7 Зак. 1975 !93
эксплуатации самолета. Для того чтобы эта матрица определяла структуру процесса технической эксплуатации парка самолетов, необходимо показать эргодичность процесса на участке времени наблюдения Тн.
Стохастический процесс называется стационарным, если его вероятностные характеристики, в частности математическое ожидание, дисперсия и корреляционные моменты, не зависят от времени, в которое рассматривается этот процесс [5]. При этом единственным существенным условием, которому должен удовлетворять стационарный процесс, служит условие независимости корреляционной функции В (t, t + т) —-= В (т) от момента времени I.
Эргодическим называется стохастический процесс, для которого с вероятностью единица среднее по времени равно среднему по реализациям. Стационарный процесс считается эргодическим, если при т—коо нормированная корреляционная функция стремится к нулю.
Статистические вероятности переходов pih определены в соответствии с матрицей переходов самолета (см. табл. 9.3) путем непосредственного подсчета числа переходов самолета из одного состояния в другое и нормирования их к единице по формуле (9.1). Значения этих вероятностей сведены в матрицу вероятностных переходов (табл. 9.4). 194
Таблица 9.3
г (табл 9.2 рис. 9.1)
8050 32 257
3 790
1 510
30 816
5 765
10
21
12
5
3
3282
1 843
1 441
581
2282
201
10
10
41 881
85
20
801
356
340
60
45
52
7 072
8 050
32 257
41 881
10
10
6
3 284
581
47
5 765
20
1
3
2
С помощью табл. 9.3 определим абсолютные частоты л,- попадания объекта в 7-е состояние процесса технической эксплуатации за время Л., i € W:
nh.
(9.2)
где N — общее число состояний, наблюдаемых в интервале Тн.
Теперь .можно составить одностроковую таблицу частот
л = (л,, п2............лЛ,),
(9.3)
которую будем называть вложенным вектором-строкой частот состояний. Расчет абсолютных частот л,-, т. е. статистических вложенных безусловных вероятностей состояний процесса технической эксплуатации самолета, произведен по формуле (9.2). Результаты расчета л,- приведены в табл. 9.2.
Совокупность матрицы Р и вектора л определяет так называемую вложенную цепь процесса технической эксплуатации. Совокупность множеств {г}, (хг) матрицы ||р, J| и вектора л определяет весь рассмат-7* 195
риваемый процесс технической эксплуатации. Этот процесс является полумарковским, так как выполняются следующие условия:
матрица переходов Р удовлетворяет условиям стохастической или марковской матрицы, а вероятности pih зависят от состояний i и не зависят от более ранних состояний. Найденная в нашем рассматриваемом случае матрица Р — квадратная, имеет конечный порядок N-N = - 21-21, так как число состояний 21, все элементы матрицы неотрицательны: pih > 0 для всех । и k, а сумма элементов каждой ее строки равна единице ==' Такая матрица в соответствии с [7] удовлетво-к 1
ряет условиям стохастической или марковской матрицы;
случайные величины хг имеют функции распределения;
вектор л имеет только стационарные составляющие, так как процесс является стационарным и эргодичным на отрезке Т„.
Практически удобно иметь дело с так называемым графом состояний и переходов G, который легко построить для каждого типа самолета, воспользовавшись матрицей вероятностей переходов Р = ||ptft||. Идея этого построения заключается в предварительном преобразовании матрицы Р в матрицу Р смежности вершин некоторого графа G путем замены ее ненулевых элементов единицами. Определим ребро графа G как элемент декартова произведения V-V множества его вершин V и будем считать, что это произведение задано матрицей Р [451.
196
Таллина 9.4
г (табл. 9.2, рнс. 9.1)
11 12 13 14 15 16 1 7 1 8 19 20 21
0,1922 0,7706 0,5000 0,5000 0,0028 0,0125 0,0445 0,0589 0,0500 0,0833 0.0677
0,5359 0,1876 0,9554 0,2286 0.0446 0.0724 1 .0000 0,4641 1 ,0000 1 ,0000
0,6948 0,3459
1,0000
Обозначим на некоторой плоскости все элементы множества V вершин графа G, предполагая это множество конечным, и t-ю вершину из
V соединим с /г-й вершиной того же множества ребром Е = (i/г), если элемент (i, k) в Р равен единице. Ориентацию ребер выполним в направлении от i-й вершины к /г-й. Если же элементы i,k и k, i существуют одновременно, то будем изображать на плоскости два ориентированных ребра между соответствующими вершинами. В результате такого построения получим неразмеченный граф G процесса технической эксплуатации самолета. Раз-метку ребер и вершин графа G можно выполнить с помощью матрицы вероятности переходов Р = = llPihll и вектор-строки стационарных вероятностей л.
На рис. 9.1 приводится граф состояний и переходов процесса технической эксплуатации самолета Ан-24, построенный с помошью
Рис. 9.1. Граф состояния и переходов процесса технической эксплуатации самолета (расшифровка номеров состояний приведена в табл. 9.2)
197
табл. 9.2 н 9.3. Этот граф не имеет ничего общего с широко известным сетевым графиком. Все состояния процесса технической эксплуатации, как следует из графа, являются сообщающимися а поглощающие состояния отсутствуют. Это подтверждает еще раз стационарность и эргодичность вложенного процесса.
Выполненный статистический анализ состояний и переходов процесса технической эксплуатации позволяет найти распределение фонда времени по состояниям процесса технической эксплуатации самолета.
Коэффициенты использования и простоев самолета будут иметь следующие значения:
Рейсовый полет.................................. 0,2814
Ожидание технического обслуживания и ремонта . 0,0054
Оперативное техническое обслуживание ... 0,4012 Периодическое техническое обслуживание . . .0,1112
Ремонт........................................ 0,0539
Ожидание запасных частей .... 0,0239
Готовность к вылету ............................ 0,1230
Итого........................1,0000
Здесь в первой строке дан коэффициент использования самолета в состоянии «полет», остальные коэ(})фициенты специальных названий не имеют, но по смыслу — это коэффициенты простоя самолета в том или ином подмножестве состояний эксплуатации. Указанные коэффициенты вычислены е использованием данных табл. 9.2 по формуле
/ Л’
Кг nrM]A>] / V лйЛ4|лл1, / *= 1
(9.4)
где М |хг1 — математическое ожидание времени пребывания объекта в r-м состоянии.
Распределение общего фонда времени самолета за рассматриваемый период в процентном отношении показывает, что он находится в полете 28,14 %, в состоянии готовности 12,3, в ремонте 5,39 % и т. д.
9.4. МЕТОДИКА АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛА
Структура и показатели эффективности процесса технической эксплуатации. Структура процесса технической эксплуатации может быть представлена совокупностью состояний эксплуатации, различаемых в зависимости от возможности использования самолетов и потребности их в техническом обслуживании и ремонте (рис. 9.2). К состояниям эксплуатации ЛА относятся: использование по назначению (полет, пребывание в рейсе); оперативные и периодические формы технического обслуживания; устранение неисправностей, ремонт; ожидание попадания в указанные состояния и др.
198
Рис. 9.2. Структура процесса технической эксплуатации самолетов
При анализе эффективности процесса технической эксплуатации на разных уровнях целесообразно различать r-е группы ЛА Sr и соответствующие им процессы Qr (г = 1,2, 3).
1. Sj включает группу ЛА, находящихся в рейсе Л', ожидании рейса Г, А, М, на обеспечении рейсов Е, а также ЛА, находящихся на оперативном техническом обслуживании по форме Б, 0б, Тб и на устранении неисправностей У. Эффективность процесса технической эксплуатации Qx летательных аппаратов этой группы характеризует совершенство процесса их использования по назначению и производственной деятельности цехов оперативного технического обслуживания АТБ в эксплуатационном авиапредприятии.
199
Рис. 9.3. Схема процесса техн!.ческой эксплуатации Q, для группы S, самолетов
Рис. 9.4. Схема процесса технической эксплуатации Q2 для группы S2 самолетов
Рис. 9.5. Схема процесса технической эксплуатации Q3 для группы самолетов
2. S2 включает группу летательных аппаратов Si и летательных аппаратов, находящихся на периодическом техническом обслуживании 0„, Тп, Ш, в состояниях простоев по организационным причинам 3, Дв, устранении конструктивно-производственных недостатков (КПН) Ж, Д, а также ЛА, простаивающих по причинам авиационных происшествий Л, поломок В, списания С. Эффективность процесса технической эксплуатации Q2 ЛА данной группы характеризует производственную деятельность АТБ в целом.
Летательные аппараты группы S2 можно назвать действующим парком АТБ.
3. S3 включает весь парк ЛА, т. е. наряду с действующим парком АТБ S., включает ЛА, находящиеся в ремонте б>р, Р. Эффективность процесса технической эксплуатации Q3 группы S3 характеризует совершенство процесса технической эксплуатации всего приписного парка ЛА, т. е. эффективность работы АТБ и авиаремонтного завода (АРЗ).
Принципиальные схемы моделей процесса технической эксплуатации рассматриваемых групп ЛА представлены на рис. 9.3—9.5. Возможные переходы по состояниям процесса зависят от условий эксплуатации конкретного типа ЛА.
Для анализа эффективности процесса технической эксплуатации предложена система показателей, отражающих выполнение основных требований, предъявляемых на различных уровнях организационной структуры инженерноавиационной службы по обеспечению безопасности, регулярности и экономичности эксплуатации ЛА (табл. 9.5).
Таблица 9.5
200
Обеспечение требований к процессу технической эксплуатации
201
202
Таблица 9.6
Уровень структуры Календарные интервалы времени
Декада Месяц Квартал Год
<2з. + +
Q|. + + + +
Расчет показателей эффективности процесса технической эксплуатации. Он производится на каждом организационном уровне структуры АТБ. В качестве отчетных периодов для анализа эффективности процесса технической эксплуатации ЛА на разных уровнях рекомендуется принимать интервалы, приведенные в табл. 9.6. В конкретных АТБ они принимаются в зависимости от потребности в результатах анализа и возможности получения конкретной информации. С точки зрения повышения оперативности использования результатов анализа эффективности процесса предпочтительнее принимать меньший из указанных интервалов.
Для расчета приведенных в табл. 9.5 показателей эффективности процесса технической эксплуатации ЛА за отчетный период используются исходные данные, содержащиеся в учетно-отчетной документации АТБ и АРЗ.
Предварительно определяются следующие промежуточные величины:
частота попадания в i-e состояние процесса технической эксплуатации на r-м уровне
2 «Г*. (9-5>
*= 1
где njr), — число попаданий в i-e, k-e состояния процесса технической эксплуатации на r-м уровне; Nr — число состояний процесса технической эксплуатации r-го уровня;
среднее время пребывания ЛА в i-м состоянии процесса технической эксплуатации
где tj — суммарное время пребывания в i-м состоянии;
средние трудозатраты в i-м состоянии процесса технической эксплуатации
Tfcp = ^i!ni • где — суммарные трудозатраты в i-м состоянии;
средние затраты средств в состояниях процесса технической эксплуатации
б|ср —
где С,- — суммарные затраты средств на техническое обслуживание (ремонт) в *’-м состоянии процесса технической эксплуатации;
203
среднее число отказов и неисправностей, выявленных в i-м состоянии процесса технической эксплуатации по /-Й причине,
dicpj — dij/ni»
где <1ц — число отказов и неисправностей, выявленных в i-м состоянии по /-й причине;
среднее число отказов и неисправностей (общее), выявленных в i-м состоянии процесса технической эксплуатации,
dicp di/tli,
где di — число отказов и неисправностей в i-м состоянии;
среднее число задержек отправлений в i-м состоянии по /-й причине
тгсх>} = тц/П1,
где тц — число задержек в i-м состоянии по /-Й причине.
Расчет показателей эффективности процесса технической эксплуатации на г-м уровне (г = 1,2, 3) производится следующим образом: наработка на отказ и неисправность, выявленные в i-м состоянии по /-й причине,
/ "г
П;>=л<'>р1п / 2
/ <=1
(9.6)
где лх — частость попадаиня в рейс; рхп — средний налет в рейсе;
наработка на отказ и неисправность, выявленные в i-м состоянии,
гр=л<;> цхп
Л'г (г)
У л, dfCp;
(9-7)
коэффициент регулярности вылетов с учетом задержек в i-м состоянии по /-Й причине,
(9-8)
где Nk — число состояний задержек;
коэффициент использования ЛА
/ ,vr
= р,1п / у л, р./;
/ 1=1
(9.9)
коэффициент возможного использования ЛА (коэффициент почасовой исправности)
( Ns \ I Nr \
= «И Н + 2 W / 2 л</> И. \(9.Ю)
где Лу — частость попадания в состояние резерва Г, неиспользования исправного самолета А и простоев по метеоусловиям М на г -м уровне; fij — среднее время пребывания в состояниях Г, А, М;
204
удельные простои в состояниях технического обслуживания и ремонта
Nr
Кп'= 2 nk ’ Ufi/’ti'’’ Pin; (9.Н)
*= i
удельная трудоемкость технического обслуживания и ремонта
"г
туд = S ni Ип; (912)
1
удельная стоимость технического обслуживания и ремонта
Л'г
= 2 л< С*/ЛН Ни- (9.13)
1= 1
Анализ влияния организационных и технических факторов на эффективность процесса технической эксплуатации Л А. Уровень эффективности процесса технической эксплуатации за отчетный период оценивается по относительным показателям qP, представляющим собой отношение показателя за отчетный период qi oT4 к базовому показателю qi'l на r-м уровне процесса:
W = №„/<№
Например, для Ки относительный показатель
OT4Z^иб
Если значения относительных показателей Т, Р, К„ и Кв„ в отчетном периоде меньше 1, то это означает снижение уровня эффективности по любому из указанных показателей по сравнению с базовыми. Значения относительных показателей /<п, туд, Суд < 1 означают повышение уровня эффективности процесса по любому из этих показателей по сравнению с базовыми значениями.
При анализе изменения уровня эффективности процесса технической эксплуатации прежде всего обращается внимание на значения показателей безопасности полетов Т и регулярности отправлений Р. Если имеет место снижение уровня эффективности по этим показателям, то должны быть прежде всего разработаны мероприятия по повышению безопасности и регулярности полетов.
Анализ изменения уровня эффективности процесса технической эксплуатации по показателям использования и экономической эффективности позволяет установить степень влияния отдельных состояний процесса технической эксплуатации на значения этих показателей: по затратам времени — л)г) ц,; по трудоемкости — тг; по стоимости — л)0 Ср
Состояния, для которых указанные величины являются наибольшими, оказывают наиболее существенное влияние на значения соответствующих показателей эффективности процесса технической эксплуа
205
тации. По указанному признаку все состояния процесса технической эксплуатации могут быть выстроены в ранжированный ряд по убыванию влияния состояний на соответствующий показатель эффективности процесса технической эксплуатации. Такой подход позволяет из множества состояний процесса технической эксплуатации выделить для анализа только те, которые оказывают наиболее существенное (доминирующее) воздействие. Число доминирующих состояний выбирается с учетом требуемой глубины анализа.
Для анализа влияния организационных и технических факторов, воздействующих на характеристики доминирующих состояний, определяются относительные величины среднего времени ргд, средней трудоемкости тгд, средней стоимости С,д и удельных простоев 7<п;д в доминирующих состояниях, например р;д = Шдотч/Нгдб-
Зависимости относительных показателей эффективности от относительных значений затрат времени труда и средств в i-м доминирующем состоянии (р,д); /<ви (Р/д); (р,д); Туд (т1Д); СуД (С£д)
приведены в табл. 9.7. Для удобства анализа целесообразно использовать номограммы (рис. 9.6) вида (р£д).
При изменении за отчетный период уровня эффективности по какому-либо из показателей выявление конкретных организационных и технических факторов, вызвавших данное изменение, производится в следующей последовательности:
определяется, в каких доминирующих состояниях произошло изменение трудоемкости и стоимости по сравнению с базовыми показателями, и вычисляются щд, т!д и С£д;
по номограммам зависимостей относительных показателей эффективности от относительных затрат в доминирующих состояниях (см. рис. 9.6) определяются изменения относительных показателей, происшедшие вследствие изменения затрат в доминирующих состояниях;
производится проверка правильности определения доминирующих состояний, для чего определяется общее изменение показателей за счет изменения затрат в доминирующих состояниях по формулам,
пд
К(г)~ П К(Л) 'и — 11 'и<д'
»=1
где — изменение относительного показателя за счет изменения простоев Ц;д в i-м доминирующем состоянии.
"д _ _ ,
Если расчетное значение П близко к фактическому /(Г , то <= 1
это означает, что изменение уровня эффективности по показателю произошло за счет изменения характеристик процесса технической эксплуатации в доминирующих состояниях. Если же расчетное значение существенно отличается от фактического, то необходимо рассмотреть другие состояния, близкие по степени влияния на эффективность процесса технической эксплуатации к доминирующим состояниям;
206
Таблица 9.7
Отиосительн ые коэффициенты Расчетные формулы
Использования Возможного использования Кн — 1 4-Киб + Кп(д U — Щд) Кп,д(Кио+<П+ + (1 -Й(Д)
Лви= 1 + Лу)+КИ)+/(<М)
Удельных простоев Т- .—1— Лп«д(1 — Щд)
Хш 1г Апб
Удельной трудоемкости 7 1 —Т ~Чд) Туд 1 Т1ДО
Удельной стоимости с 1— С(д(1 С,д)
'УД * А. ~ сгдб
Примечание. К„Г\ — удельные простои в состояниях Г, А. М (см.
рис. 9.2).
с помощью инженерного анализа работ, выполненных в доминирующих состояниях, вызвавших изменение времени, трудоемкости и стоимости, выявляются конкретные организационные и технические причины (факторы), приведшие к изменению уровня эффективности процесса технической эксплуатации в целом.
Определение последовательности внедрения организационных и технических мероприятий по повышению эффективности процесса технической эксплуатации ЛА. В условиях влияния на уровень эффектив-
Рис. 9.6. Номограммы влияния изменения простоев |х,д и затрат труда riB в доминирующих состояниях иа относительные показатели использования RK и трудоемкости Туд.'
п-*и = 1 + *Иб+*ш-д (I - Йгд); б -туд=1-
Чдб
207
К X <и х« 5 « к 53 8 >> О о Частость попадания (г) в состояния Среднее время пребывания в состояниях Относительное среднее время пребывания в состояниях И Удельные простои Ur) в состояниях лП|- Средние трудозатраты В СОСТОЯИИЯХ Относительные средние трудозатраты в состояниях
п — 13,6 3,9 1
к 0.29 23,0 6,7 1,7
Е 0,28 6,6 1,8 0,46 41,5 11,6
М 0,024 7,7 0,18 0,046
Г 0,041 22,5 0,92 0,24
А 0,025 383 9,6 2,46
У 0,12 23,8 2,9 0,74
Оа 0,034 22,5 0,77 0,20
Тб 0,092 3,5 0,32 0,082 86,9 8,0
On 2,006 7 0,42 о,н
Тв 0,011 17,3 0,19 0,049 1575 17,3
ш 0,035 14,8 0,52 0,13
Ор — — —. —
р —
3 0,035 45,3 1,6 0,41
Дв 0,001 8 0,008 0,002
д 0,006 123,6 0,74 0,19 471 2,8
ж 0,004 192,7 0,77 0,20 162 0,65
Жр 0,001 369 0,37 0.095 79 0,079
ности процесса технической эксплуатации множества факторов и наличия ограниченных ресурсов необходимо постоянно решать задачу по целесообразному использованию резервов, т. е. определять, на что прежде всего должны быть направлены усилия, чтобы добиться максимальных результатов в повышении уровня эффективности. Для этого требуется найти рациональную последовательность внедрения возможных мероприятий по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта ЛА. К таким мероприятиям могут относиться целенаправленные действия инженерно-авиационной службы по совершенствованию средств технического обслуживания и ремонта, организации и управлению производственными процессами, по изменению режимов и внедрению новых методов технического обслуживания и ремонта и др.
Определение рациональной последовательности внедрения мероприятий по совершенствованию средств технического обслуживания и ремонта рекомендуется производить в следующем порядке:
определяются доминирующие состояния процесса технической эксплуатации;
анализируются изменения относительных показателей эффективности процесса технической эксплуатации от изменения затрат в доминирующих состояниях и строятся графики зависимости относительных показателей эффективности процесса технической эксплуатации от от-208
Таблица 9.8
143,8 40,3 0,41 0,055 0,056 0,052 0,026 0,008 0.092 0.009
301,3 27,7 0,62 0,090 0.24
5460 60,1 8.1 1,8 4
1632 560 274 9,« 2,2 0,27
носительных значений времени трудоемкости и стоимости в доминирующих состояниях (см. рис. 9.6);
начиная с доминирующего состояния, оказывающего наибольшее влияние на уровень эффективности, определяются возможные организационные и технические мероприятия, а путем инженерных расчетов определяется ожидаемое относительное сокращение затрат времени И;, трудоемкости т,- и стоимости Сг в i-м состоянии процесса технической эксплуатации (г — 1, 2, ..., N) от внедрения мероприятий.
Используя графики зависимостей относительных показателей эффективности от изменения jtf, т/( Сг в доминирующих состояниях, определяется ожидаемое изменение показателей эффективности Ки1-, Кв„г, Кпь тудь Судг от внедрения конкретных мероприятий. Таким образом определяются перечень и рациональная последовательность выполнения мероприятий по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта ЛА с учетом их влияния на показатели эффективности процесса технической эксплуатации.
После внедрения мероприятий оцениваются фактические результаты по повышению эффективности процесса технической эксплуатации путем расчета достигнутых значений показателей эффективности и намечаются пути дальнейшего совершенствования. Предложенный методический подход апробирован при анализе эффективности
209
процесса технической эксплуатации самолетов Ил-62 и Ту-154 в эксплуатационных авиапредприятиях. На основе результатов исследований, выполненных МИИГА с участием ГосНИИ ГА и эксплуатационных авиапредприятий, разработана удобная для практического использования в АТБ методика анализа эффективности процесса технической эксплуатации.
Расчет показателей эффективности. 1. По данным об исправности и использовании самолетов, отказах и неисправностях, о задержках вылетов, затратах труда и средств по состояниям процесса технической эксплуатации в конце каждого отчетного периода (месяц, квартал, полугодие, год) составляется «Сводный табель исходных данных для расчета показателей эффективности процесса технической эксплуатации», который содержит следующие сведения: число попаданий п, в i-е состояние, i —- 1, 2, .... N\ среднее время пребывания р.; самолета в i-м состоянии; средние трудозатраты т; в i-м состоянии; средняя стоимость С, пребывания в i-м состоянии; среднее число отказов и неисправностей djci,j, выявленных в i-м состоянии по /-й причине; среднее число задержек отправлений т1Ср/ в i-м состоянии по /-й причине.
2. По исходным данным рассчитываются промежуточные значения для расчета показателей эффективности процесса технической эксплуатации за отчетный период (табл. 9.8).
3. По зависимостям (9.5—9.13) рассчитываются абсолютные значения показателей эффективности, которые затем оформляются в виде табл. 9.9.
Таблица 9.9
Наименование показателей Показатели
абсолютные базовые относительные
Обозиа-чсння У с: X X X СО X Обозначения Значения Обозначения а са к X X СО X
Наработка иа отказ в полете, ч Т„ 24 Т,.б 36 т„ 0,67
Наработка иа отказ в полете по при- Тч. KIIH 33 КПН.б 42 Т„ 0,79
чине коиструктивпо-производствен-пых недостатков, ч
Наработка на отказ по причине ре- T„v 147 Ац р.б 164 0.90
монта, ч
Наработка на неисправность, выявленную при всех видах технического ГТО 15 ГТО.б 18 ^го 0,83
обслуживания, ч Коэффициент регулярности отправлений (учитывает задержки по тех- Р 0,936 0,97 р 0,96
иически.м причинам) Коэффициент регулярности отправлений (учитывает только задержки по причине конструктивио-производ- ркпн 0,944 7’кПИ.б 0,98 ркпн 0,96
ственных недостатков) Коэффициент использования самоле- Ки 0,26 К,., б 0,33 Ки 0.79
тов Кви
Коэффициент возможного использо- КВИ 0,56 Кв н.о 0,58 0,97
вания Кп
Удельные простои самолетов иа тех- А'п 2,47 Кп.б 1,54 1.6
ническом обслуживании, ч/ч налета
Удельная трудоемкость технического обслуживания, чел-ч/ч налета туд 9,9 туд.б 9,1 ТУД 1.2
Удельная стоимость технического обслуживания, руб./ч налета Суд 3,4 Суд.б 2,8 Суд 1.2
210
Рнс. 9.7. Изменение относительного показателя эффективности R,, по месяцам года
4. За базовые значения показателей принимаются показатели прошлого периода или нормативные значения.
5. Значения относительных показателей процесса технической эксплуатации определяются по формулам табл. 9.7 и сводятся в табл. 9.9.
6. По полученным значениям относительных показателей за отчетный период строятся графики изменения относительных показателен эффективности процесса технической эксплуатации. В качестве примера на рис. 9.7 приведена зависимость Ku (Z).
Аналогичные графики строятся для всех относительных показателей эффективности процесса технической эксплуатации. На основании данных табл. 9.9 строятся ранжированные ряды по убыванию величии л;р,. л,Т;, л;Сг
и определяются перечни доминирующих состояний (табл. 9.10).
7. По расчетным формулам (табл. 9.7) при фиксированных значениях т,- и и Cj, равных 0.5; 1,5; 2,0, определяются относительные значения показателей эффективности процесса технической эксплуатации. Для каждого доминирующего состояния процесса технической эксплуатации заполняется отдельная таблица (табл. 9.11).
8. На основании табл. 9.11 строятся номограммы влияния изменения р;, т,- и Ci в доминирующих состояниях на относительные показатели эффективности процесса технической эксплуатации.
В качестве примера на рис. 9.6 приведены зависимости Ktl (р;) и т..д (т,).
9. С использованием номограмм (см. рис. 9.6) могут решаться следующие задачи анализа эффективности процесса технической эксплуатации: выявление организационно-технических факторов, вызвавших изменение значений показателей эффективности процесса технической эксплуатации; определение целесооб-
Таблица 9.10
Место состояния Условное обозначение Л; Место состояния Условное обозначение Л; X, Место состояния Условное обозначение п.,с.
1 .4 9.6 1 Тц 17,3 1 60,1
2 У 2.9 2 Е 11.6 2 Е 40.3
3 Е 1.8 3 Т'б 8,0 3 Тб 27.7
4 3 1 .6 4 Д 2.8 4 д 9.8
5 Г 0.92 5 Ж 0,65 5 ж 2.2
Таблица 9.11
Относительные Показатели эффективности при разных значениях ji. г. С’ в состоянии Е Относительные Показатели эффективности при равных значениях ц, т. С в состоянии Е
показатели 0.5 !.5 2.0 показатели 0,5 1.5 2.0
А„ 1.08 0,92 0.85 ТУД 0,45 1 .55 2,1
А„„ Ап 1,19 0.3 0.81 1 .7 0.62 2.4 ул 0,4 1 .6 2,2
211
разности и рациональной последовательности внедрения планируемых организационно-технических мероприятий по повышению эффективиости процесса технической эксплуатации; оценка фактических результатов внедрения указанных мероприятий.
9.5. ВЛИЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ПО СОСТОЯНИЮ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ САМОЛЕТОВ
Стратегия технического обслуживания и ремонта объектов по состоянию является оптимальной по критерию максимума коэффициента использования. Экспериментальная проверка полученных теоретических результатов в условиях реальной эксплуатации сопряжена с материальным риском, размеры которого трудно предугадать. В таких случаях до внедрения в практику новых стратегий технического обслуживания и ремонта целесообразно выполнить так называемый статистический эксперимент. Статистическое моделирование дает возможность определить показатели эффективности процесса технической эксплуатации самолета в условиях применения технического обслуживания и ремонта по состоянию его комплектующих изделий в различных объемах и сочетаниях с традиционным методом технического обслуживания и ремонта по наработке.
Учитывая свойства полумарковского процесса (гл. 1), можно предположить существование двух механизмов управления процессом технической эксплуатации:
управление вложенной марковской цепью через матрицу переходных вероятностей Р = ||pi7|| (Р, Р — соответственно неуправляемая и управляемая матрицы переходных вероятностей);
управление характеристиками состояний процесса через вектор-строку функций распределения времени пребывания в состояниях F = 17';ll (F, F — соответственно неуправляемая и управляемая вектор-строки функций распределения).
Анализ характера работ, выполняемых в состояниях технического обслуживания и ремонта, показал возможность разделения их на постоянную и переменную составляющие. К постоянной относится совокупность работ, объем которых не зависит от технического состояния (диагностирование, смазочные, заправочные и др.). К переменной составляющей относятся работы, объем которых зависит от технического состояния объектов (регулировочные, ремонтные и др.). Работы первой группы сохраняют постоянные характеристики (продолжительность, трудоемкость, стоимость) в условиях применения различных методов технического обслуживания и ремонта. Характеристики работ второй группы изменяются в зависимости от объема и глубины диагностирования, особенностей и масштабов применения различных методов технического обслуживания и ремонта.
Интерпретация взаимодействия рассмотренных механизмов управления процессом технической эксплуатации представлена на рис. 9.8. Условно можно представить, что стратегии Р w~P связаны с приняти-212
Рис. 9.8. Схемы процесса технической эксплуатации объекта при возможных стратегиях технического обслуживания и ремонта:
а Q} = (p. ру (у — Q2==^p ру в — Q$~lP, ру г — q^ip ру и — состояние использования; ГЦ состояние диагностических проверок при /*-й форме обслуживания; Ви— песета нонление при /-й форме в i-м состоянии объекта
ем решения: направить ли объект на техническое обслуживание или ограничиться выполнением его диагностирования и направить в состояние готовности. Стратегии F и F связаны с выполнением ремонтных работ, так как определяют объем работ по восстановлению работоспособности объектов.
Статистический анализ технического состояния основных систем самолетов показал, что в среднем только 25 % переменной части работ технически обосновано. Однако практическая возможность сокращения затрат до этого значения зависит от ряда условий: обеспечения высокого уровня эксплуатационной технологичности, наличия средств диагностироваия и др. Может оказаться на определенных этапах развития авиационной техники экономически целесообразным и технически возможным лишь частичное внедрение оптимальной стратегии как по глубине диагностирования, так и по объему охвата систем и изделий. В связи с этим целесообразно провести исследование эффективности процесса технической эксплуатации самолетов в условиях применения методов технического обслуживания по состоянию для объемов работ, составляющих 30%, 60 и 90% от общего объема. При этом сокращение затрат на переменную часть работ, выполняемых по состоянию, может составлять 75%, 50 или 25 %.
Для моделирования процесса при традиционной стратегии Q, служит граф G, (рис. 9.9, а), структура и характеристики которого определены в результате статистического анализа реального процесса технической эксплуатации самолетов Ил-62 и Ту-154. Для стратегии Q, служит граф G, (рис. 9.9, б), полученный из исходного путем разделения i-ro состояния технического обслуживания (i — 3, 4, 6) на два состояния, одно из которых k' (k' 3', 4', 6') имеет постоянные характе-
ристики (продолжительности, трудоемкости, стоимости), другое — k (k 3, 4, 6) переменные характеристики, зависящие от объема диагностирования при техническом обслуживании и ремонте. Результаты анализа характера работ, выполняемых в этих состояниях, по
213
зволили установить соотношение между постоянными и переменными составляющими: для постоянных видов работ по техническому обслуживанию (не зависящих от диагностирования) — 61 %, для переменных видов работ (зависящих от диагностирования) — 33 %.
Для моделирования процесса технической эксплуатации при стратегиях Q;J и Q4 служит граф G3 (рис. 9.9., ч), который отличается от исходного наличием состояний технического диагностирования k' (k' — 3', 4', 6') в каждом из состояний технического обслуживания, а также соответствующих этим состояниям переходов. Вероятности переходов в состоянии диагностирования определяются как вероятности переходов в соответствующие состояния обслуживания по действующему регла менту. Вероятности переходов из состояний диагностирования в смежные определяются статистикой удачных и неудачных профилактик (9.1). Так, вероятность перехода из состояния диагностирования в соответствующее состояние восстановления равна 0,25, а в состояние готовности 0,75.
Варианты стратегий технического обслуживания, принятые для моделирования процесса технической эксплуатации самолетов Ту-154 и Ил-62, приведены в табл. 9.12.
При разработке программы статистического моделирования процесса технической эксплуатации для исследования любой из четырех стратегий могут быть применены два способа вычисления характеристик получаемого процесса. Первый из них полностью учитывает особенности математической модели и может использоваться для исследова-
ние. 9.9. Графы состояний и переходов процесса технической эксплуатации самолетов Ил-62 и Ту-154:
«— граф G] для стратегии Qn б — граф для стратегии Q2; в — граф G3 для стратегии Q3 и Q<; / — полет; 2 — ожидание периодического технического обслуживания; 3, 4, 6 (.Т. 4’ 6') — периодическое и оперативное техническое обслуживание, устранение неисправностей и соответствующие нм состояния диагностирования: .5 — другие состояния; 7 неиспользуемые исправные самолеты; 8 — обеспечение рейса в базовом аэропорту
214
ння нестационарных режимов процесса технической эксплуатации. В этом случае алгоритм решения задачи состоит из трех блоков. В первом формируется номер очередного состояния процесса на основе матрицы переходных вероятностей, во втором вырабатывается случайная величина, распределенная по закону выбранного в предыдущем блоке состояния, а в третьем блоке вычисляются необходимые параметры процесса.
Второй способ учитывает асимп основан на использовании теоремы
Таблица 9.12
Объем работ но техническому обслуживанию, выполняемых по состоянию у.. % 'Э FJ
I ,00 0,25
30 1.00 Cl 11 С121
0,25 C2U С221
60 1,00 СН2 С122
0,25 С212 С222
90 1 ,00 СПЗ С123
0,25 С213 С223
готические особенности процесса и Смита (51, согласно которой ста-
ционарные характеристики эргодического процесса не зависят от вида функции распределения времени пребывания в состоянии и номера состояния, из которого процесс получает развитие в нулевой момент времени. В этом случае алгоритм статистического моделирования значительно упрощается и состоит всего из двух блоков: в одном из них формируется переход в очередное состояние по изложенной схеме и накапливается выборочная статистика вложенной цепи, а во втором про
изводится расчет выходных характеристик процесса.
Этот способ позволяет значительно сократить необходимое для моделирования машинное время без снижения точности конечных результатов. На рис. 9.10 приведена принципиальная блок-схема алгоритма статистического моделирования, учитывающая особенности второго подхода. Программа, реализующая указанный алгоритм, составлена на входном языке транслятора ТА-1М для ЭВМ М-220 и апробирована в ГосНИИ ГА. Программа позволяет вычислить следующие характеристики процесса технической эксплуатации:
стационарную вероятность л, пребывания в i-м состоянии процесса, i -- 1,2, ..., N (9.2);
среднее время возвращения /{, в i-e состояние (1.5);
среднее время до попадания процесса из состояния i в /;
среднюю наработку в состоянии «полет» <р1(1 между двумя очередными попаданиями в состояние k\
коэффициент использования Ki в Гм состоянии (9.9);
удельную трудоемкость технического обслуживания и ремонта тУд (9.12);
удельную стоимость технического обслуживания и ремонта Суд (9.13).
Динамика основных показателей эффективности процесса технической эксплуатации для рассматриваемой совокупности стратегий технического обслуживания приведена для самолета Ил-62 в табл. 9.13, а для самолета Ту-154 на рис. 9.11.
Первое заключение, которое можно сделать, что стратегия Q4, наиболее полно учитывающая техническое состояние, является оптимальной по коэффициенту использования в изучаемом классе стратегий.
215
Рис. 9.10. Принципиальная блок-схема алгоритма:
N — число состояний; / номер текущего состояния; массив /Мвост — вектор, в первой ком понойте которого накапливается количество попаданий в первое состояние; Р — матрица переходных вероятностей размерностью /VX/V; NС — номер состояний, после попадания в которое М или более раз происходит выход на обработку результатов; случайное число X распределено равномерно на отрезке 0.1
Рис. 9.11. Динамика показателей эффективности процесса технической эксплуатации самолета Ту-154 при различных стратегиях технического обслуживания.
1 — у; = 30%; fy=I,0; Г— 77=30%; Pj=0,25;
2—Yj = 60%; ^7=1,0; 2'—77 = 60%; /j=0,25;
3 — 7;. = 90%; Р;=1,0; 3'— 77=90%;
Р;=0,25; а—туд(Р); б—Суд(Р); в-Х„(Р1;
2-Ка{Р)
Таблица 9.13
Показатели Pj pi
0,25 1,00
эффективности %
30 60 90 30 60 90
Ки 0,25 1.00 0,2963 0,2936 0,2983 0,2953 0,3010 0,2970 0,2940 0,2850 0,2950 0,2850 0,2970 0,2650
Туд, чел./ч налета 0,25 1.00 12,27 12,42 11,54 11,84 10,82 11,26 12,41 13,00 11 .85 13.00 10,30 13,00
буД руб./ч налета 0,25 1.00 44,98 47,29 42,36 43,42 39,76 42,93 45.50 47.60 44.53 47,60 37,92 47,60
Кп 0.25 1,00 1,64 1,67 1,61 1,65 1,58 1,63 1,67 1,77 1,65 1,77 1,63 1,77
Она является наиболее эффективной и по таким показателям, как удельные простои Лп, удельная трудоемкость туд, удельная стоимость Сул. Стратегии Q2 и Q3 являются предпочтительнее Qx. Таким образом, любая из стратегий, учитывающих техническое состояние изделий при назначении работ по техническому обслуживанию, оказывается предпочтительнее традиционной стратегии технического обслуживания самолетов. Наиболее эффективным является внедрение методов технического обслуживания по состоянию для максимального числа агрегатов и изделий. При этом в случае внедрения методов обслуживания по состоянию для 90 % работ по техническому обслуживанию (без учета ремонта) достигаются определенное увеличение коэффициента использования (на 2,7 % для самолетов Ту-154 и на 5,3% для самолетов Ил-62) и существенное сокращение удельной трудоемкости и удельной стоимости технического обслуживания (на 19—20%.)
Аналогичные исследования, проведенные для самолетов Ил-18, Ту-104 и Ан-24, показали, что полное внедрение стратегии Q3 для технического обслуживания и ремонта одновременно позволяют увеличить коэффициент использования на 8—20 %, сократить удельную трудоемкость и стоимость технического обслуживания и ремонта на 29-30 %.
Глава 10
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА САМОЛЕТОВ
10.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Успешное решение задачи повышения эффективности процесса технической эксплуатации авиационной техники предполагает использование статистической информации эксплуатационных и ремонтных предприятий гражданской авиации. В связи с этим возникает необходимость создания единой системы информационного обеспечения, которая
217
должна соответствовать принятой совокупности показателей эффективности процесса технической эксплуатации (см. табл. 9.1, 9.5), а также удовлетворять общим требованиям к информации о надежности и эффективности эксплуатации ЛА. Информационное обеспечение должно быть построено на основе системного подхода, отражая иерархический характер структуры процесса технической эксплуатации и комплексный характер анализа его эффективности. Оно должно базироваться главным образом на действующей в эксплуатационных и ремонтных предприятиях учетно-отчетной документации, которая при необходимости может быть усовершенствована.
При разработке системы информационного обеспечения должны быть четко определены пути прохождения информации, начиная от заполнения первичной формы учета эксплуатационной информации до ее систематизации в формах-накопителях. При этом должна быть обеспечена возможность ввода информации с первичных носителей на ЭВМ. С учетом особенностей эксплуатационной информации можно определить и общие требования к ней, к которым относятся полнота информации, достоверность, однородность, своевременность и непрерывность [27].
Под полнотой информации понимается наличие всех сведений, необходимых для проведения оценки и анализа эффективности процесса эксплуатации ЛА на различных уровнях иерархической структуры, а также для решения задач по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта авиационной техники. Информация об эффективности может быть использована при решении рассматриваемых задач только при строгой достоверности всех исходных данных, т. е. при достаточно правильном отображении реальной эксплуатации ЛА.
Однородность информации предполагает разделение сведений по причинам и состояниям. Например, статистические данные для определения налета на отказ, выявленный в полете по причине конструктивно-производственных недостатков или недостатков ремонта, следует представлять отдельно. Поскольку информация должна использоваться для оперативного управления эффективностью процесса технической эксплуатации ЛА, то она не будет выполнять своего назначения, если ее поступление несвоевременно. Создание непрерывного потока информации по каждому типу ЛА на всех этапах эксплуатации, начиная с освоения и кончая списанием, позволит использовать ее для планирования и прогнозирования показателей исправности и эффективности применения ЛА. Эти материалы могут быть также использованы при разработке технических требований к вновь создаваемым типам ЛА и при их проектировании.
В соответствии с принятой совокупностью показателей эффективности процесса технической эксплуатации ЛА информационное обеспечение должно включать четыре потока информации: о безопасности полетов (применительно к технической эксплуатации о надежности авиационной техники); о регулярности полетов; об использовании ЛА; об экономичности эксплуатации. Перечень исходных данных, необходи-218
мых для анализа эффективности процесса технической эксплуатации и источники их получения приведены на рис. 10.1.
Каждый из рассматриваемых потоков информации реализуется в виде соответствующих подсистем информационного обеспечения, официально действующих на предприятиях гражданской авиации по учету и анализу: неисправностей авиационной техники; регулярности движения самолетов; исправности и использования самолетов; трудоемкости и стоимости технического обслуживания самолетов. Указанные подсистемы наряду с общими чертами имеют свои особенности, связанные с характером информации и источниками ее получения.
Рис. 10.1. Схема информационного обеспечения, оценки и анализа эффективности процесса технической эксплуатации ЛА в АТБ
219
61
Off отказах и неисправностях
Процесс технической эксплуатации самолета
Регистрация и учет информации
I
О задержках отправлении
О количестве посещений состояний и времени пребывания в них
0 трудоемкости I
и стоимости работ I
по состоянию
i Информация о переходах по процесса состояниям
i i i Общее число состояний Число посещений с-го состояния *4 Число переходов из i-го в J-e состояние 71 и
Определение характеристик процесса переходов
Со во купно сть состояний вероятность перехода из i-го в J-e состояние Pij вероятность пребывания в i-м состоянии Й1
Информация о состояниях процесса
время пребывания Трудоемкость работ за одно Стоимость работ за одно Количество отказов за одно
в i-M состоянии посещение i-го состояния посещение i-го состояния посещение t-зо состояния
ti Ti Ci mi
♦
Определение характеристик состояний
Среднее время пребывания в i-м состоянии Ср едняя труд о -емкость за одно посещение i-го состояния Средняя стой -мость за одно посещение i-го состояния Среднее число отказов за одно посещение i-го состояния
Pi Ti Ci mi
Рис. Ю.2. Блок-схема алгоритма управления эффективностью процесса технической эксплуатации ЛА:
Ь, — блок информационного обеспечения; б2 - блок расчета показателей эффективности; б3 — блок оценки и анализа эффективности: Б( блок принятия решений по выбору управляющих воздействий
Содержание информационного обеспечения в системе управления эффективностью процесса технической эксплуатации самолетов показано на рнс. 10.2. Алгоритм управления содержит четыре блока. Первый из них представляет собой систему информационного обеспечения и выполняет операции регистрации, учета и первичной обработки информации. Блок включает потоки информации, необходимые для определения характеристик надежности объектов, регулярности отправлений, использования и исправности самолетов, экономичности их технического обслуживания и ремонта. Исходные данные приводятся к виду, удобному для моделирования на ЭВМ. Второй блок обеспечивает моделирование процесса технической эксплуатации на ЭВМ и расчет показателей его эффективности.
Третий блок выполняет анализ эффективности процесса технической эксплуатации, оценку влияния характеристик отдельных состоя ний на показатели эффективности процесса в целом. Четвертый блок вырабатывает управляющие воздействия, направленные на повышение эффективности процесса технической эксплуатации самолетов.
10.2. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Определение качественных и количественных характеристик надежности базируется на статистических данных об отказах и неисправностях авиационной техники, выявленных в полете и в различных состояниях технического обслуживания и ремонта ЛА. В сборе, обработ ке и анализе этой информации принимают участие эксплуатационные предприятия, ремонтные заводы, научно-исследовательские организации, предприятия-разработчики и поставщики авиационной техники, между которыми необходимо четкое взаимодействие.
Подсистема информационного обеспечения анализа надежности авиационной техники должна обеспечивать решение следующих задач: определения фактического уровня безотказности авиационной техники в различных условиях эксплуатации; разработки нормативов показателей надежности объектов, а также разработки и оценки эффективности мероприятий, направленных на повышение надежности авиационной техники, как основы безопасности и регулярности полетов; обоснования ресурсов и сроков службы, режимов технического обслуживания, норм расхода запасных частей и материалов, а также нормативов трудовых затрат на техническое обслуживание и ремонт; формирование программ технического обслуживания и ремонта авиационной техники; разработки и совершенствования технических требований к промышленности по повышению надежности и эксплуатационной технологичности авиационной техники.
Действующая на предприятиях гражданской авиации система учета и анализа неисправностей предусматривает: классификацию и сортировку всей информации; ее накопление и хранение; отбор наиболее опасных неисправностей авиационной техники, угрожающих безопасности полетов; выявление изделий, деталей и узлов, снижающих 222
надежность авиационной техники; расчет средней наработки на отказ и других показателей надежности; определение и систематизацию неисправностей по причинам, характеру возникновения, признакам проявления, последствиям; выявление конструктивно-производственных недостатков авиационной техники, недостатков эксплуатации и ремонта, снижающих ее надежность, а также неисправностей, возникновение которых связано с особыми условиями эксплуатации ЛА; оценку эффективности доработок изделий, эффективности регламентных работ ио объему н периодичности; определение влияния ремонтов летательных аппаратов, двигателей и изделий на надежность и т. д.
Для решения задач, поставленных перед подсистемой информационного обеспечения анализа надежности авиационной техники, необходимо, чтобы информация удовлетворяла перечисленным общим требованиям. Основной формой сбора информации для статистического анализа надежности авиационной техники является карточка учета неисправностей, представляющая собой первичный документ статистической информации. В качестве дополнительных источников информации используются: сведения о числе изделий, находящихся в эксплуатации, и об их наработке; рекламационные и технические акты; сводные ведомости неисправностей изделий, проходящих эксплуатационные или другие испытания; отчеты и акты о результатах исследования досрочно снятых и рекламационных изделий; листки запроса технического решения по неисправностям авиационной техники, выявленным при ремонте, и статистические отчеты по анализу неисправностей ремонтных заводов.
Вся информация о неисправностях авиационной техники делится на группы: данные об отказах, которые привели или могут привести к летным происшествиям или создать предпосылки к ним, т. е. об отказах, угрожающих безопасности полетов; данные о неисправностях и дефектах, которые не приводят к нарушению работоспособности жизненно важных систем ЛА, т. е. не угрожают безопасности полетов. Сбор информации первой группы производится во всех эксплуатационных предприятиях. Информация о неисправностях второй группы собирается в ограниченном числе специально выделенных авиационно-технических баз по каждому типу самолета.
Сбор данных организован таким образом, чтобы отражать влияние на надежность авиационной техники следующих эксплуатационных факторов: климатических условий; режимов работы; «возраста» парка ЛА разных типов по налету часов и календарному сроку эксплуатации; организационных факторов (масштаба производства, оснащенности предприятий и т. д.). Кроме того, сбор информации осуществляется во всех авиационно-технических базах, которые занимаются задачами совершенствования регламентов технического обслуживания и организации эксплуатации ЛА определенного типа. Соблюдение изложенных требований позволяет обеспечить достаточную представительность информации о неисправностях ЛА всех типов.
Первоначальные записи о неисправностях авиационной техники, выявленных в полете, при техническом обслуживании и хранении, заносятся в соответствующие документы, бортовой журнал, карту-на
223
ряд на техническое обслуживание, ведомость дефектации и т. д. На основании этих записей заполняется карточка учета неисправностей, являющаяся первичным документом статистической информации. Она составляется на неисправности: проявившиеся в полете независимо от характера и последствий; приведшие к летному происшествию или предпосылке к нему, к задержке отправления, длительному простою ЛА и т. п.; повлекшие за собой преждевременное снятие двигателей агрегатов и деталей; впервые обнаруженные в данном предприятии; имеющие массовый характер; связанные с выполнением регулировок из-за «ухода» параметров за пределы допусков, а также любые другие, если, по мнению лица, заполняющего карточку, информация о них представляет интерес. Карючки учета заполняются также на все неисправности, происшедшие по вине эксплуатации, независимо от их характе-ра-и последствий.
Полнота информации о неисправностях зависит от организации этой работы в каждом эксплуатационном предприятии. Заслуживает внимания опыт авиационно-технической базы Ленинградского авиапредприятия по обеспечению полноты и достоверности информации, иа котором создан специальный участок в подразделении надежности. Авиатехники этого участка систематически контролируют правильность заполнения карточек учета неисправностей и их соответствие первоисточникам информации. На предприятии организован планомерный (для каждого ЛА) статистический учет неисправностей. В результате проведенных организационных мероприятий полнота информации достигла 95—99 %.
В последние годы широко практикуются различные способы передачи информации об отказах и неисправностях, возникших во время полета, непосредственно с борта самолета. При возникновении неисправности во время полета экипаж кодирует ее и в закодированном виде сообщает по радио на землю [371. Диспетчер передает код неисправности специалистам по текущему ремонту. Они устанавливают характер неисправности и имеют возможность заблаговременно подготовиться к ее устранению по прилету самолета.
Данный способ принят и используется во многих авиационных компаниях. Оставаясь по сути своей неизменным, для разных типов самолетов он получил различные обозначения. Для самолетов Б-747 применяется специальная инструкция MRS/SM1 (Malfunction Reporting System/Specific Maintenance Instruction), для Л-1011 — FIRM/FI (Fault Isolation Reporting Method/Fault Isolation), для ДС-10 — FEFI/ TAFI (Flight Environment Fault Isolation/Tuch Around Fault Isolation), для A-300 — AMAGAS (Aircaft Malfunction and Ground Action System). В соответствии с планами издается новое руководство под названием FRM/FIM (Fault Reporting Manual/Fault Isolation Manual), которое определяет порядок передачи информации о неисправностях в полете и ее использования при выполнении ремонтных работ на всех вновь выпускаемых самолетах.
В японской авиакомпании «Дзэннихом кую» эффективность использования метода FIRM/FI прежде отразилась на регулярности отправлений. Она повысилась на 0,2%. Кроме этого, сократилась доля неоп-224
равданных замен изделий с 28 до 11 %. В конкретном выражении трудно показать, какое значение имеет повышение регулярности отправлений на 0,2 %. Однако признается, что при регулярности отправлений 99 % дальнейшее ее повышение даже на 0,1 % за счет улучшения качества текущего ремонта требует огромных средств. В таких условиях повышение этого показателя сразу на 0,2 % имеет существенное значение 1371.
Определенный интерес представляет опыт использования информационной системы для ускорения поиска и устранения неисправностей авиационной техники в авиакомпании «Люфтганза». Применяемая в данной авиакомпании система носит название ROD (Relia bility on Demand), т. e. надежность no запросу. Система ROD представляет собой новую информационную систему. Она позволяет в любом аэропорту своевременно получать данные не только о возникновении той или иной неисправности в полете, но и о предыстории развития и методах устранения подобных неисправностей. Раньше данные фиксировались в бортовом журнале и регистрировались в аэропорту базирования самолетов во Франкфурте. Бортовой журнал является первичным информационным документом также и при наличии системы ROD. Однако при этой системе все данные о неисправностях и мероприятиях по их устранению передаются во Франкфурт при помощи телекса или по системе оповещения о наличии свободных мест и вводятся в память большой ЭВМ [37].
Преимущество системы ROD заключается в том, что все введенные в ЭВМ данные могут быть затребованы в любое время из любой точки земного шара. На вопросы инженеров, работающих в базовом и периферийных аэропортах: «Какие имеются неисправности?», «Что выходило из строя за последние дни и недели?», «Какие безуспешные попытки устранения неисправности предпринимались до сих пор?», вычислительная машина может дать точные ответы задолго до прибытия самолета. Это позволяет производить поиск неисправностей более целенаправленно. Если какая-либо неисправность повторяется неоднократно на одном или на многих самолетах авиакомпании, то инженеры аэропортов автоматически информируются об этом. Данная информация распространяется быстрее, чем было ранее, при одновременном сокращении затрат на ручной сбор и анализ такой информации. ЭВМ производит подсчет повторяющихся неисправностей и выдает соответствующие предупредительные сигналы. Эти сигналы выдаются по достижении определенного порогового уровня повторяющихся неисправностей.
На последующих этапах в систему ROD были включены также мастерские по проверке и ремонту авиационного и радиоэлектронного оборудования. Это позволило облегчить поиск неисправностей оборудования в этих подразделениях. В свою очередь, вводимая мастерскими в систему ROD дополнительная информация о состоянии приборного и радиоэлектронного оборудования используется службой эксплуатации Специалисты авиакомпании отмечают, что за первые годы эксплуатации системы ROD получены многие положительные отзывы о ней со стороны инженеров и техников, занятых обслуживанием и ремонтом самолетов.
8 Зак. 1975
225
К числу отечественных систем автоматизированного информационного обеспечения расчетов и анализа надежности авиатехники относятся системы «АСПИРАНТ», «ЭНАТ» и «Надежность АТ». Автоматизированная система поиска информации, расчетов и анализа надежности авиатехники «АСПИРАНТ» предназначена для активного использования информации по надежности при решении вопросов обеспечения высокого уровня надежности, эксплуатационной технологичности и безопасности полетов самолетов, ресурсов и сроков службы на этапах проектирования, испытаний и эксплуатации. Система функционирует на базе информации, поступающей из эксплуатационных предприятий в виде карточек учета неисправностей авиатехники. Математическое обеспечение системы включает в себя программы, позволяющие с помощью ЭВМ получать необходимый материал для проведения анализов: надежности самолета по различным иерархическим уровням; работоспособности независимых резервированных функциональных систем; повторяющихся отказов, требующих разработки мероприятий по повышению надежности; уровня надежности однотипных агрегатов, установленных на различных самолетах, в различных системах. Кроме того, применение данной системы способствует решению задач повышения эффективности эксплуатации авиатехники, оптимизации технического обслуживания, совершенствования конструкции функциональных систем и изделий самолетов. Оперативная информация по надежности может выдаваться на экран дисплея. Система «АСПИРАНТ», используемая в течение ряда лет, позволила на качественно новом уровне выполнять анализы и расчеты надежности авиатехники, широко используя при этом научно обоснованные методы.
Специалистами РКИИГА совместно с Московским транспортным управлением гражданской авиации и ГосНИИ ГА разработана автоматизированная система количественной оценки и управления эксплуатационной надежностью авиатехники «ЭНАТ». Она относится к классу информационно-логических систем автоматизированного информационного обеспечения общетехнического назначения и построена по типу многоуровневых систем с дискретным протеканием технологических процессов большой информационной мощности, имеющих средний уровень надежности и соответствующий тип функционирования. Система ведет непрерывный сбор, учет, обработку, анализ и выдачу абонентам интегрированной и исходной информации об отказах и неисправностях, о неплановых трудозатратах на их устранение, об ущербе, вызванном техническими последствиями отказов, о среднестатистических и реальных показателях надежности авиатехники.
Функциональная структура системы определена с учетом использования и развития накопленного опыта в отрасли по сбору и учету статистической информации об отказах и неисправностях, специфики использования этой информации, требований директивных документов МГА и перспектив совершенствования процесса эксплуатации авиатехники в связи с переходом на стратегию технического обслуживания и ремонта по состоянию. В качестве основного первичного носителя информации используется карточка учета неисправностей авиатехники.
226
Программное обеспечение системы содержит: набор основных программ, обеспечивающих ввод информации в память ЭВМ; формирование справочных массивов; поиск информации по любым реквизитам основной записи и их обработку; статистический анализ и выдачу выходных документов в виде, удобном для лиц, принимающих решения по корректированию процесса технической эксплуатации и по повышению надежности авиатехники; набор вспомогательных программ для контроля исходной информации, восстановления, корректировки и дублирования справочных массивов информации.
Внедрение системы «ЭНАТ» в АТБ Внуково позволило: сформировать информационную базу данных об эксплуатационной надежности инвариантную типу самолета и классу эксплуатационного предприятия, осуществляющего сбор исходной информации; повысить качество учета, достоверность и полноту собираемой информации, а следовательно, и достоверность получаемых оценок надежности комплектующих изделий самолетов; существенно сократить время исполнителей, затрачиваемое на обработку и анализ информации.
Особую перспективность имеет автоматизированная система «Надежность АТ», разработанная ЦНИИ АСУ ГА и Гос НИИ ГА. Эта система предназначена для повышения качества и оперативности внутриотраслевого и межотраслевого обмена информацией о неисправностях авиационной техники. Для обеспечения функционирования системы вводится новая форма карточки учета неисправностей, ориентированная на использование ЭВМ. По виду представления информация, содержащаяся в карточке, делится на текстовую и числовую прямого ввода и кодируемую информацию.
Информация прямого ввода заносится непосредственно в выделенные поля соответствующих граф карточки учета неисправностей. Информация, подлежащая кодированию, предварительно заносится в соответствующие графы карточки (вне выделенных полей), кодовые значения этой информации вносятся в выделенные поля этих же граф. Кодирование информации производится в соответствии с кодификаторами системы «Надежность АТ».
Бланки карточки учета неисправностей хранятся у начальника смены, выдаются инженеру ОТК (технику бригадиру) вместе с карто-нарядом и ведомостью дефектации на техническое обслуживание. Инженер ОТК (техник-бригадир) после выполнения работ по устранению неисправности заполняет следующие реквизиты, содержащиеся в карточке: бортовой номер воздушного судна; признак заявленного или не-заявленного отказа; дату обнаружения отказа (неисправности); этап обнаружения отказа (неисправности); время устранения на воздушном судне; способ устранения; число специалистов, устранявших отказ (неисправность) на воздушном судне; порядковый номер отказавшего двигателя; тип двигателя; наименование системы; тип агрегата или блока; краткое описание внешнего проявления отказа (неисправности); краткое описание характера отказа (неисправности). В бортовом журнале, карте-наряде или ведомости дефектации делаются отметки о составлении карточки. Начальник смены проверяет правильность запол-8* 227
нения карточки и передает ее в планово-диспетчерский отдел для внесения формулярных данных.
Техник по учету планово-диспетчерского отдела заполняет следующие реквизиты на основании записей в формулярах (паспортах): наработку самолета (двигателя) с начала эксплуатации в часах или соответствующих единицах измерения; наработку самолета (двигателя) после последнего ремонта в часах или соответствующих единицах измерения; число ремонтов самолета (двигателя); завод последнего ремонта самолета (двигателя); заводской номер двигателя; заводской номер агрегата или блока; дату последнего ремонта; дату установки двигателя на воздушное судно; форму проведения последних регламентных работ; наработку в часах после проведения последних регламентных работ.
После заполнения формулярных данных техник по учету передает карточку учета неисправностей: в группу надежности, если отказ (неисправность) устранен без снятия изделия с воздушного судна; в цех (лабораторию), если для устранения отказа (неисправности) изделие направляется в цех (лабораторию).
Инженер цеха (лаборатории) после проведения работ по устранению отказа (неисправности) заполняет следующие реквизиты карточки учета неисправностей: подтверждение отказа (неисправности); данные завода-изготовителя агрегата; дату выпуска агрегата; наработку агрегата с начала эксплуатации; наработку после последнего ремонта; число ремонтов; завод последнего ремонта; дату ремонта; дату установки агрегата на воздушное судно; форму последних регламентных работ на агрегате; наработку агрегата после последних регламентных работ; число специалистов, устранивших отказ (неисправность) в цехе (лаборатории); время устранения отказа (неисправности) в цехе (лаборатории); номер цеха и смены, устранивших отказ (неисправность); тип отказавшего блока; тип отказавшей детали; схемный номер отказавшей детали. Если в процессе устранения отказа (неисправности) установлены дополнительные сведения, которые не отражены в разделах краткого описания характера (сущности) и способа устранения отказа (неисправности), то они заносятся в соответствующие разделы. После заполнения указанных сведений карточка передается в группу надежности.
Группа надежности (технический отдел) контролирует полноту и правильность заполнения карточки и проставляет следующие данные: учетный номер карточки; тип и назначение воздушного судна; органи-зацию-эксплуатант; последствия; вид оборудования; код подконтрольности; длительность задержки (простоя); классификацию отказа (неисправности); номер бюллетеня доработок; службу, организацию, ответственную за отказ (неисправность); причины (факторы); принятые меры; номер рекламационного акта (для гарантийных изделий); стоимость агрегата; коды всех реквизитов.
Группа надежности еженедельно передает обработанные карточки учета неисправностей в вычислительный центр, где подготавливаются данные для машинной обработки. В течение 15 дней после окончания квартала группа надежности направляет магнитную ленту с за-228
писью информации о выявленных отказах и неисправностях в ГосНИИ ГА, где обрабатывается поступающая информация о неисправностях авиационной техники и записывается на магнитную ленту в соответствии с существующими кодификаторами автоматизированной системы «Надежность АТ». ГосНИИ ГА в течение 2 мес после окончания квартала формирует и направляет магнитную ленту с записью информации об отказах и неисправностях НИИ промышленности. Предполагается дальнейшее совершенствование системы сбора и обработки информации о надежности авиационной техники в рамках интегрированных АСУ.
10.3. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА РЕГУЛЯРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ САМОЛЕТОВ
Под регулярностью движения понимается отношение числа отправлений самолетов, выполненных по расписанию, к общему числу запланированных отправлений за один и тот же период времени. Регулярность движения — один из основных показателей, определяющих организованность, четкость и слаженность работы авиапредприятий и их отдельных служб.
Задержки и отмены отправлений самолетов происходят по разным причинам. Особый интерес представляют случаи задержек и отмен отправлений по техническим причинам, вызванным неполадками в конструкции и системах самолета и двигателя, а также некачественным техническим обслуживанием. Число таких случаев должно быть сведено к минимуму.
Подсистема информационного обеспечения анализа регулярности движения самолетов призвана обеспечивать решение следующих задач: определения фактического уровня регулярности движения самолетов, а также разработки нормативов показателей регулярности для различных служб гражданской авиации; разработки и оценки эффективности мероприятий по повышению регулярности движения самолетов; разработки требований к промышленности по повышению надежности и эксплуатационной технологичности авиационной техники.
Действующая на предприятиях гражданской авиации инструкция по комплексному обеспечению регулярности движения самолетов предусматривает: классификацию нарушений регулярности движения самолетов по вине служб гражданской авиации; правила учета регулярности движения; основные показатели, по которым оценивается работа предприятий и отдельных служб; нормативы, при соблюдении которых отправление самолета считается регулярным.
Регулярность отправления самолетов из аэропортов определяется фактическим временем отправления относительно расписания (плана). Отправление самолета считается регулярным, если он начал движение после запуска двигателей во время, установленное расписанием, или с задержкой относительно этого времени не более 5 мин.
Отправление считается нерегулярным, если взлет самолета произведен с опозданием относительно времени, установленного расписанием. Указанный допуск на отправление самолета (5 мин) предназна-
Г
229
чен для обеспечения безопасности движения самолетов. На службы аэропорта, которые отвечают за отправление самолетов, этот допуск не р аспростр ан яется.
Сбор информации о регулярности движения самолетов осуществляется на основе журналов ежедневного учета нарушений регулярности отправлений и выполнения рейсов, а также актов на задержки (отмены) отправлений самолетов по техническим причинам.
Акт на задержку (отмену) отправления самолета — основной документ при определении при гины и виновника задержки. В акте подробно излагаются причины задержки, принятые меры и указываются конкретные виновники. Если задержка отправления самолета произошла по нескольким причинам (по вине нескольких служб), то в акте указываются все службы, причастные к задержке отправления. Акты по задержкам отправления самолетов составляются центральной диспетчерской аэропорта с одновременным уведомлением начальника службы (смены), виновной в задержке отправления самолета.
При решении задач обеспечения регулярности движения самолетов специалисты АТБ, занятые их техническим обслуживанием, должны: обеспечивать своевременную подготовку самолетов для прикрытия рейсов согласно расписанию; принимать меры по устранению неисправностей, возникших в полете; обеспечивать квалифицированное определение причин отказов авиационной техники и принимать оперативные меры по предотвращению задержек отправления самолетов по техническим причинам.
Нарушение регулярности отправлений самолетов считается произошедшим по вине специалистов АТБ в случаях: несвоевременной подготовки самолетов к отправлению по технологическому графику; несвоевременной технической подготовкой резервного самолета к отправлению; выполнения регламентных работ на самолетах, не предусмотренных для данного рейса (неправильное планирование самолетов под рейсы); повреждения самолетов при техническом обслуживании по вине АТБ.
При задержке рейса по вине АТБ определяется, какой цех несет ответственность за нарушение регулярности отправлений самолета — -цех оперативного технического обслуживания или цех периодического обслуживания. Это делается для определения показателей регулярности на соответствующем уровне организационной структуры и принятия мер по предупреждению случаев нарушения регулярности движения самолетов.
10.4. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА
ИСПРАВНОСТИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ САМОЛЕТОВ
В число показателей эффективности системы технического обслуживания и ремонта самолетов, подлежащих учету и оценке, входят показатели исправности и использования. На подсистему информационного обеспечения анализа исправности и использования самолетов возлагается обеспечение решения таких задач, как: определение фактического 230
уровня исправности каждого из эксплуатируемых типов самолетов за тот или иной период эксплуатации; разработка нормативных значений показателей исправности и использования самолетов; разработка и оценка эффективности мероприятий, направленных на повышение исправности самолетов как основы повышения эффективности их использования; обоснование технических требований к промышленности по повышению эксплуатационной технологичности авиационной техники.
До недавнего времени показатели исправности самолетов определялись в самолето-сутках, в то время как показатели использования всегда определялись и определяются в часах. Показатели исправности при таком укрупненном учете (в самолето-сутках), естественно, не отражали реальную исправность самолетов, которая, как известно, характеризуется отношением времени, в течение которого они находятся в исправном состоянии, к общему фонду их рабочего времени за отчетный период в часах. Помимо этого, такой укрупненный учет исправности не способствовал проведению качественного анализа и оценки эффективности процесса технической эксплуатации самолетов и тем более разработке конкретных рекомендаций по повышению эффективности их эксплуатации. Требования Методики анализа эффективности процесса технической эксплуатации самолетов в авиапредприятиях [27] к информационному обеспечению анализа исправности парка самолетов при упомянутой системе ее учета не могли быть удовлетворены. В последние годы в эксплуатационных авиапредприятиях успешно применяется новая система учета исправности и использования самолетов. В основу этой системы положен почасовой учет как использования, так и исправности самолетов.
Почасовой учет обеспечивает: приведение в соответствие единиц измерения длительности пребывания самолета в различных состояниях процесса эксплуатации и показателей, их характеризующих (налет, простои, исправность); возможность полного анализа влияния различных факторов на увеличение налета, вскрытия резервов, разработки на этой основе мероприятий по повышению эффективности использования самолетов; повышение ответственности инженерно-авиационной службы за каждый час простоя самолетов в неисправном состоянии, а работников службы перевозок — за каждый час неиспользования исправных самолетов; возможность организации машинной обработки учитываемых данных за сутки, декаду, месяц; разработку автоматизированной системы учета и контроля за состоянием и использованием самолетов.
Первичными источниками необходимой информации при почасовом учете являются: диспетчерский график использования и технического обслуживания самолетов, который ведется в производственно-диспетчерском отделе авиационно-технической базы; справки о работе авиационной техники в рейсе; карточки учета ресурса самолетов.
Для обеспечения полного учета и анализа исправности и использования самолетов их общий календарный фонд времени подразделяется на фонд времени исправного и неисправного состояния Н (Ф = И -f-+ Н).
231
Фонд времени исправного состояния самолетов включает в себя следующие составляющие (см. рис. 9.2): время нахождения самолета в рейсе К\ время, затраченное в базовом аэропорту на обеспечение рейса Е (коммерческое обслуживание, техническое обслуживание по форме А перед вылетом и после прилета, маневрирование и буксировка); время простоя самолетов в связи с задержками вылетов в рейс по метеоусловиям или из-за запрета полетов Л4; время пребывания самолетов в «резерве» Г; время, в течение которого исправные самолеты не были использованы из-за отсутствия задания А(И = К-ЕЕ + М + Е + А).
Фонд времени неисправного состояния самолетов включает в себя их простой по причинам: устранения неисправностей, выявленных при обслуживании по оперативным формам У; ожидания технического обслуживания по Ф — Б0б и периодическим формам 0п; технического обслуживания по Ф — БТа и по периодическим формам Тп; ночных и межсменных перерывов Ш; ожидания отправки самолета в ремонт 0р; ремонта Р; отсутствия запасных частей и агрегатов 3; отсутствия двигателей Д; выполнения доработок по бюллетеням Д; устранения дефектов по рекламациям Ж; расследования летных происшествий и предпосылок к ним Л; восстановления самолетов в АТБ после повреждений В; оформления списания по различным причинам С.
Таким образом,
В — У 4'беТ'о_ЬОпД-Ти-[-111 -|-0р-j-Р-рЗ-рДв 4-Д4-Ж4- Д4-^Т б.
Принятые в АТБ при ведении диспетчерских графиков границы отдельных состояний процесса эксплуатации самолетов и условные обозначения состояний указаны в прил. 4 (табл. П. 4.1).
При почасовом учете в АТБ ведется следующая документация: табель учета исправности и использования самолета (прил. 4, табл. П. 4.2); ведомость исправности и использования самолетов данного типа; отчеты об исправности и использовании самолетов (прил. 4, табл. П. 4.3).
Табель учета исправности и использования самолета является оперативным документом для ежесуточного в течение месяца учета использования и простоев (в часах) самолетов, приписанных к авиационно-технической базе. Ведомость исправности и использования самолетов заполняется на самолеты одного типа. Она предназначена для обобщения данных, содержащихся в табелях учета исправности и использования всех самолетов данного типа за истекший месяц. Отчет об исправности и использовании самолетов является отчетным документом, содержащим данные, необходимые для выполнения анализа и управления исправностью и использованием самолетов.
10.5. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА ТРУДОЕМКОСТИ И СТОИМОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
Подсистема информационного обеспечения анализа трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта ЛА в условиях применения методов обслуживания и ремонта по состоянию должна обеспечи-232
вать решение следующих задач: определение фактических значений трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта ио видам регламента и ремонта каждого из интересующих нас типов ЛА за тот или иной период их эксплуатации; разработку нормативных значений показателей трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта; разработку и оценку эффективности мероприятий по сокращению трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта ЛА; обоснование требований к промышленности ио повышению эксплуатационной технологичности авиационной техники.
При существующей системе планирования и учета производственной деятельности АТБ за единицу (масштаб) измерения натурального объема разнородной продукции принята приведенная единица. Для всех видов технического обслуживания различных типов ЛА установлены коэффициенты приведения (переводные коэффициенты). Они выражают собой отношение натурального (количественного) объема данного вида продукции к объему одной приведенной единицы технического обслуживания. Объем технического обслуживания определяется по АТБ в целом как сумма произведений числа выполненных обслужива-ний по различным типам ЛА и видам технического обслуживания на установленные переводные коэффициенты по каждому из них.
Учет фактических трудовых и стоимостных затрат в АТБ ведется в целом по парку самолетов без разделения по типам ЛА и видам регламента технического обслуживания. В результате определяются средние значения таких показателей производственной деятельности АТБ, как трудоемкость и себестоимость одной приведенной единицы. На основе этой информации определить фактические значения трудовых затрат и стоимости технического обслуживания интересующих нас конкретных типов ЛА ио отдельным видам регламента не представляется возможным. Это объясняется гем, что расчет производится через осредненную по всему парку ЛА АТБ приведенную единицу с использованием заранее установленных переводных коэффициентов.
Предпринимаются попытки некоторого усовершенствования указанной системы учета стоимостных затрат на техническое обслуживание в АТБ. ГосНИИ ГА разработаны коэффициенты соотношения стоимостных затрат по типам ЛА и видам регламента. Возможность использования этих коэффициентов основывается на том, что при техническом обслуживании ЛА по каждому типу существует единая система периодичности и объемов выполнения работ, что позволяет получить устойчивое соотношение стоимостных затрат для средних по гражданской авиации условий эксплуатации.
Исходя из отчетного объема технического обслуживания каждого типа ЛА по периодическим и оперативным видам, исчисленного в приведенных единицах, и коэффициента соотношения стоимостных затрат определяется условный объем технического обслуживания по типам ЛА и в целом по предприятию (соответствующий соотношению затрат, равному 1,0). Затем делением суммарных стоимостных затрат за отчетный период на условный объем технического обслуживания по АТБ определяются затраты на единицу условного объема.
233
Однако при применении методов технического обслуживания и ремонта авиационной техники по состоянию объемы технического обслуживания зависят от фактического технического состояния объектов и не остаются постоянными; устойчивость соотношения стоимостных затрат здесь нарушается.
В связи с этим в ряде АТБ проводится определенная работа по совершенствованию системы учета и анализа информации о трудовых и стоимостных затратах на техническое обслуживание ЛА. Ставится задача учета этих затрат в натуральном выражении отдельно по каждому виду регламента того или иного типа летательного аппарата.
Так, в АТБ Домодедовского авиаиредприятия организован учет трудовых и стоимостных затрат в сменах, цехах и на предприятии в целом по типам ЛА и видам регламента. В частности, фактические трудозатраты учитываются по отдельным состояниям процесса технического обслуживания, таким, как устранение неисправностей, замена двигателя, доработки, рекламации, проведение сезонных мероприятий и др. Учет расходов запасных частей ведется в номенклатурном и стоимостном выражениях отдельно для новых изделий, изделий, прошедших ремонт на заводах, и отремонтированных собственными силами. Исходные данные цехов о трудоемкости и стоимости технического обслуживания в различных состояниях процесса -технического обслуживания для каждого типа ЛА обобщаются планово-экономическим отделом АТБ. На ремонтных предприятиях осуществляется прямой учет трудовых и стоимостных затрат на ремонт авиационной техники. Исходные данные по трудоемкости и стоимости ремонта каждого типа ЛА обобщаются в планово-экономическом отделе завода.
При оценке эксплуатационной технологичности должны приниматься во внимание только затраты труда и средств, приходящиеся на непосредственное выполнение работ по техническому обслуживанию и ремонту ЛА и обусловленные его конструкцией и содержанием варианта программы технического обслуживания и ремонта. Сюда не должны включаться затраты, зависящие от организации работ по техническому обслуживанию и ремонту, материально-технического обеспечения и условий технической эксплуатации ЛА.
В зависимости от этапа эксплуатации и степени новизны конкретного объекта обслуживания для получения данных по трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта могут быть использованы следующие методы: статистический, основанный на использовании данных эксплуатации или эксперимента; расчетно-аналитические (например, метод поэлементного нормирования); экспертных оценок; хронометражный. При этом должны быть зафиксированы конкретные условия эксплуатации объекта обслуживания (группа АТБ, этап эксплуатации, природно-климатические условия и др.).
Из изложенного следует, что подсистема информационного обеспечения анализа трудоемкости и стоимости технического обслуживания ЛА в отличие от других подсистем требует дальнейшего существенного совершенствования в направлении получения достоверной информации о трудоемкости и стоимости в натуральном выражении по каждому типу ЛА и виду регламента.
234
Глава 11
ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ПО СОСТОЯНИЮ
11.1. УЧАСТИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ-ИЗГОТОВИТЕЛЕЙ
В ОРГАНИЗАЦИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
Организация работы предприятий-изготовителей по решению задач технического обслуживания и ремонта создаваемой авиационной техники характеризуется значительным многообразием форм и методов. Однако в основе этого многообразия находится ряд общих принципов, сложившихся в результате долголетней практики совместной работы. Важнейшие из этих принципов применительно к зарубежной практике характеризуются следующим [42].
Помимо проектирования и изготовления опытных образцов техники, фирмы-изготовители осуществляют, как правило, функции, связанные с организацией сервиса (разработка программ технического обслуживания и ремонта, разработка и совершенствование технической документации, бесперебойное обеспечение запасными частями и др.). Для этого на фирмах имеются специальные службы, которые по численному составу являются самыми многочисленными. Данный фактор не может не оказывать заметного влияния на разработку и темпы внедрения эффективных программ обслуживания и ремонта авиационной техники по состоянию.
Фирма-изготовитель несет ответственность за организацию технического обслуживания и ремонта своих изделий в течение всего периода их эксплуатации. Возникновение и формирование этого принципа обусловлены экономическими и социальными причинами. Этот принцип организации обслуживания и ремонта предусматривается соответствующим законодательством или сложившейся в стране практикой и традициями. Контроль фирмы над системой технического обслуживания и ремонта позволяет ей быстро устранять возникающие неисправности как на выпускаемых, так и на находящихся в эксплуатации изделиях. Побудительным мотивом для активного участия фирм в работе по обслуживанию и ремонту выпускаемой продукции является также ее стремление использовать систему обслуживания и ремонта как средство конкурентной борьбы за рынки сбыта.
Организация технического обслуживания и ремонта—сложное и хлопотливое дело. Однако фирмы не рассматривают это как «потерянный» или «убыточный» бизнес. Причина этого состоит в том, что обслуживание и ремонт являются значительной, а в ряде случаев важнейшей статьей доходов фирмы. Заинтересованность в получении дохода и конкуренция заставляют фирмы расширять сервис.
В современных условиях на мировом авиационном рынке нередко не цена, а качество и новизна изделия, масштабы сервиса являются решающим фактором при выборе покупателем фирмы-поставщика [42]. Политика фирм по широкому использованию сферы обслуживания и ремонта в качестве средства конкурентной борьбы в свою очередь способ-
235
ствует совершенствованию и ускорению ее развития. Система технического обслуживания и ремонта, рекомендуемая фирмой, предусматривает выполнение всего комплекса услуг: снабжение запасными частями, обеспечение ремонтных работ, снабжение технической документацией, обучение специалистов, изучение эффективности работы изделий, выявление их преимуществ и недостатков и т. п.
В современной практике фирмы используют так называемый метод определения оптимального объема услуг, для чего они систематически изучают объем и характер услуг, которые предоставляют покупателю их конкуренты. Такого рода анализ целесообразности предоставления того или иного вида услуг требует большой тщательности, так как предоставление покупателю излишних услуг ведет к снижению дохода фирмы, но и чрезмерная погоня за экономией может привести к потере рынка. Помогая авиакомпаниям в организации технического обслуживания и ремонта авиационной техники, фирмы осуществляют целый ряд мероприятий, комплекс которых получил за рубежом название Product Support.
Подготовка и создание фирмой системы технического обслуживания и ремонта включают в себя не только организацию обслуживания и ремонта изделий, находящихся в эксплуатации. Не менее ответственное звено системы — участие аппарата технического обслуживания и ремонта в создании фирмой новых типов изделий.
До недавнего времени среди фирм-изготовителей бытовала практика, когда при создании нового типа изделия руководствовались лишь такими критериями, как новизна надежность, долговечность и только в последние 10... 12 лет в основу проектирования изделий наряду с указанными факторами стали закладывать и предусматривать удобство, упрощение и удешевление технического обслуживания и ремонта.
Фирмы придают большое значение установлению связей с потенциальными покупателями еще до подписания контракта. На этом этапе фирма знакомится с состоянием дел у потенциального покупателя, его парком, оснащением баз обслуживания и ремонта, квалификацией персонала, выясняет специфику эксплуатации техники и требования к закупаемому изделию. При проектировании и изготовлении новых изделий определяется номенклатура запасных частей, которые понадобятся на начальном этапе эксплуатации, разрабатываются программы обслуживания и ремонта, определяются потребность и способы подготовки специалистов по обслуживанию и ремонту, перечень необходимого инструмента и т. д.
После подписания контракта составляется программа послепродажного обслуживания. Согласовываются основные вопросы, касающиеся снабжения технической документацией, создания системы технического обслуживания и ремонта проданной техники, поставок необходимого оборудования и инструмента, организации снабжения запасными частями, срочной и аварийной помощи и другие вопросы. Работа строится таким образом, чтобы все перечисленные вопросы были решены к моменту поставки авиакомпании первого самолета [421.
Крупнейшие фирмы постоянно проводят меры, направленные на упрощение и снижение объемов обслуживания и ремонта выпускаемой 236
ими продукции. В основе этой работы лежит прежде всего забота о рынке сбыта, об обеспечении высокой конкурентоспособности производимых изделий. Конструкторская мысль специалистов фирм постоянно работает в направлении технического совершенствования продукции, разработки новых более эффективных программ и методов ее обслуживания и ремонта. Этим в частности можно объяснить и те успехи, которые достигнуты зарубежными фирмами и авиакомпаниями при внедрении технического обслуживания и ремонта авиационной техники по состоянию.
11.2. НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ
И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ
Весь комплекс исследовательских и экспериментальных работ проводится по следующим основным направлениям: создания теоретических и методических основ технического обслуживания и ремонта по состоянию; исследования конкретных систем и изделий авиационной техники и обеспечиния их соответствия предъявленным требованиям; разработки эффективных программ технического обслуживания и ремонта вновь создаваемых систем и изделий авиационной техники.
Теоретические и методические исследования направлены на решение следующих основных задач: разработки математических моделей, методов оптимизации и формирования комплексных программ технического обслуживания и ремонта систем и изделий авиационной техники по состоянию; создания методов и средств анализа и оценки технического состояния изделий и принятия решений при их эксплуатации; разработки методов анализа и оценки контролепригодности, оперативной оценки надежности серий изделий, оценки экономической эффективности.
К числу задач данного направления исследований относятся также: выбор и обоснование оптимальных режимов диагностирования систем и изделий; разработка комплексной системы контроля их технического состояния при эксплуатации; разработка принципов и организационнотехнических мероприятий по подготовке предприятий гражданской авиации к внедрению методов обслуживания и ремонта по состоянию.
Результаты выполненных теоретических и методических исследований используются при разработке: различного рода методик и методических указаний; руководящей, нормативно-технической и эксплуатационно-ремонтной документации по типам самолетов, систем и изделий (регламенты и технологические указания по диагностике и заменам изделий); общих технических требований по обеспечению эксплуатационной технологичности, контролепригодности, а также к средствам диагностирования.
Исследования конкретных систем и изделий авиационной техники приводятся по типовой схеме (рис. 11.1), которая включает следующие этапы: анализ и выбор оптимальных методов технического обслуживания и ремонта различных изделий функциональных систем; выбор методов, средств и режимов технического диагностирования; определение 237
Рис. 11,1. Типовая схема исследований функциональных систем и изделий
контрольных (статистических) уровней надежности изделий; разработку эксплуатационно-ремонтной документации; проведение эксплуатационной проверки; внедрение методов технического обслуживания и ремонта по состоянию на парке самолетов.
В соответствии с приведенной схемой на первом этапе исследований выполняется комплексный анализ функциональной системы самолета и ее конкретных изделий, включающий структурный и статистический анализ, анализ эксплуатационной технологичности и контролепригодности, экономический анализ.
Структурный анализ надежности систем выполняется на основе теоретических положений алгебры логики. При этом проводятся анализ принципиальной схемы системы и разбивка ее на функциональные участки; изучаются назначение, особенности работы и конструкция отдельных изделий. Изделия каждой из систем разделяются на группы по выполняемым функциям и конструктивным особенностям. Для гидравлических систем, например, такими группами могут быть: емкости, гидромоторы и гидронасосы, фильтры, распределительные устройства, регулирующие устройства, цилиндры, отсечные клапаны.
Разбивка на группы дает возможность проводить исследования ограниченного числа типовых изделий с последующим распространением полученных выводов на аналогичные изделия систем других типов самолетов. Под типовыми понимаются конструктивно самостоятельные изделия, которые имеют одинаковое функциональное назначение и принцип работы; одинаковый уровень контролепригодности и возможность применения идентичных методов и средств технической диагностики.
В процессе структурного анализа составляются логические уравнения безопасного функционирования системы и ее участков, определяющие связи между изделиями с точки зрения обеспечения работоспособности системы, и строятся структурные схемы, на которых этих связи выражены графически. Анализируя структурные схемы, делаются выводы о степени влияния отдельных элементов на работоспособность системы.
Для определения функциональной значимости изделия уравнения функционирования сложных систем представляются в виде логических матриц, в которых они выражаются через конъюнкции и дизъюнкции. Матричная запись уравнений позволяет использовать ЭВМ для их анализа и определения численных показателей, а также облегчает построение логических схем функциональных участков.
Статистический анализ надежности проводится на основе данных об отказах и неисправностях для получения необходимых характеристик, используемых при разработке классификации исследуемых изделий по возможным методам их замены. При сборе статистических данных учитываются: наработка изделия до появления отказа, причины, способ устранения и последствия отказа. Кроме обработки и анализа статистических данных об отказах и неисправностях, собираются и обрабатываются материалы об изменении технического состояния изделий за время отработки межремонтного ресурса. В качестве источников ин-240
формации используются ведомости дефектации и обмер деталей при очередных ремонтах изделий.
Основная задача анализа эксплуатационной технологичности и контролепригодности систем и изделий заключается в определении и оценке приспособленности изделий к проведению контроля их технического состояния и замене в случае необходимости. Экономический анализ проводится с целью получения качественных и количественных характеристик, потребных для выполнения технического обслуживания и ремонта изделий систем самолета при различных реально возможных методах. Результаты данного анализа играют важную роль при окончательном принятии решения и выборе наиболее эффективного метода технического обслуживания и ремонта для того или иного конкретного изделия функциональной системы.
На основе выполненного комплексного анализа дается классификация изделий по возможным методам их технического обслуживания и ремонта. При этом выбор наиболее эффективного метода для конкретного изделия производится с учетом: функциональной значимости изделия как элемента функциональной системы самолета; характеристик надежности изделия; наличия методов и средств контроля технического состояния изделия; характеристик эксплуатационной технологичности и в первую очередь контролепригодности; технологических возможно стей эксплуатационных и ремонтных предприятий; экономической эффективности.
Проверка соответствия конструкции вновь разрабатываемых объектов авиационной техники предъявляемым требованиям производится на стадиях макетной комиссии, государственных и эксплуатационных испытаний. При этом проверяется: соответствие конструкции объекта и средств контроля и диагностирования технического состояния техническим требованиям; степень влияния отказов изделий систем на безопасность и регулярность полетов; соответствие фактических значений показателей надежности и эксплуатационной технологичности заданным в требованиях; правильность обоснования выбора методов обслуживания и ремонта изделий; полнота и правильность регламента и технологических указаний по технической диагностике.
Первым этапом внедрения методов технического обслуживания и ремонта по состоянию является их эксплуатационная проверка. Для серийной техники эксплуатационная проверка методов проводится на группе подконтрольных самолетов по программам и методическим указаниям, определяющим число подконтрольных самолетов и порядок проведения проверки. Для вновь создаваемой авиационной техники эксплуатационная проверка методов проводится на этапе эксплуатационных испытаний.
К началу эксплуатационной проверки предприятия промышленности разрабатывают временные регламент и технологические указания по техническому обслуживанию изделий, руководство по ремонту и дополнение к руководству по летной эксплуатации. В этих документах должны содержаться: перечни систем и изделий самолета, обслуживаемых и ремонтируемых по техническому состоянию; перечни определяющих параметров и допуски на их значение по системам и из-9 Зак. 1975 .241
делиям, эксплуатируемым до предотказногр состояния; методы и средства контроля технического состояния изделий; контрольные уровни надежности изделий, эксплуатируемых до отказа.
Предприятия гражданской авиации в свою очередь разрабатывают: организационно-технические мероприятия по подготовке предприятий к переводу объектов авиационной техники на обслуживание и ремонт по состоянию; рабочую документацию по обслуживанию и ремонту; документацию по сбору и обработке информации о надежности и техническом состоянии; программы и методические указания по проведению эксплуатационной проверки.
Важным направлением исследований является разработка эффективных программ технического обслуживания и ремонта вновь создаваемой авиационной техники. Актуальность и важность этого направления исследований очевидны. Многолетняя практика совершенствования методов технического обслуживания и ремонта серийных самолетов свидетельствует о том, что ощутимого эффекта от этой работы нельзя получить, если ее не начинать с этапов создания самолетов.
Разработка требований заказчика к эффективным программам технического обслуживания и ремонта самолетов, формирование самих программ и их воплощение в конструкциях и документации по эксплуатации создаваемых объектов авиационной техники, разработка методических основ формирования и последующей корректировки программ — это далеко не полный перечень задач рассматриваемого направления исследований.
Естественно, что в решении этих задач принимают участие специалисты научно-исследовательских организаций, вузов, конструкторских бюро, эксплуатационных и ремонтных предприятий. Так, в разработке комплексной программы технического обслуживания и ремонта самолета Ту-154 принимали участие семь различных организаций и предприятий гражданской авиации и промышленности. Одной из первых была разработана программа технического обслуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха самолета Ту-154 (см. §8.4).
В разработке программы технического обслуживания и ремонта самолета Б-747 принимали участие девять рабочих групп, созданных по различным профилям. В их сосгав входили инженеры авиакомпаний, самолетостроительной и моторостроительной фирм, инспекторы-специалисты Федерального авиационного агентства (ФАА). В задачи рабочих групп входило детальное изучение основных изделий каждой функциональной системы, уточнение видов работ по техническому обслуживанию. обоснование назначения режимов обслуживания для каждого рассматриваемого изделия и системы. Рабочие группы поддерживали постоянные контакты с разработчиками готовых изделий для получения подробной информации об этих изделиях (конструкции, надежности, эксплуатационной технологичности, режимах обслуживания). Параллельно с разработкой программы технического обслуживания функциональных систем и изделия разрабатывалась программа осмотра и контроля конструкции планера.
242
11.3. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ
Четкая организация работы при решении задач повышения эксплуатационной технологичности необходима прежде всего при проведении исследований с целью разработки технических требований, а также при воплощении разработанных технических требований в конструкциях самолетов. При этом на успешное решение поставленных задач можно рассчитывать лишь в тех случаях, когда в тесном содружестве работают специалисты конструкторских бюро, заводов промышленности, научно-исследовательских, эксплуатационных и ремонтных предприятий гражданской авиации. Из сказанного следует, что всю работу по повышению эксплуатационной технологичности самолетов условно можно разделить на три этапа (рис. 11.2).
Первый этап связан со сбором необходимой информации, проведением анализа и систематизацией полученных материалов.
На втором этапе разрабатываются необходимые руководящие технические материалы по эксплуатационной технологичности.
Третий этап работ заключается в осуществлении контроля за выполнением требований и проведением оценки уровня эксплуатационной технологичности на различных стадиях создания самолетов и их испытаний.
Для проведения анализа и систематизации материалов на первом этапе требуется исчерпывающая исходная информация. Сбор необходимых исходных материалов производится путем проведения непосредственных наблюдений отдельно по каждой системе, узлу или изделию, установленным на различных типах самолетов, в процессе выполнения их технического обслуживания и ремонта.
Рис. 11.2. Схема проведения работ по повышению эксплуатационной технологичности самолетов
9*
243
Материалы по эксплуатационной технологичности собираются также при проведении «углубленной» дефектации и контрольных переборок самолетов, входящих в так называемые головные группы. Самолеты головных групп эксплуатируются с опережающим налетом и увеличенным межремонтным ресурсом (по сравнению с обычными рейсовыми самолетами), вследствие чего на них в процессе эксплуатации после определенного налета выполняется целый ряд работ по ремонту и замене изделий и узлов, которые на остальных рейсовых самолетах не производятся.
Ценная информация о технологичности конструкций в ряде случаев поступает от предприятий и специалистов, проводящих государственные и эксплуатационные испытания самолетов. Тщательно собираются данные об эксплуатационной технологичности конструкций зарубежных самолетов, методах и технологии их технического обслуживания и ремонта.
По результатам анализа и обработки полученного фактического материала на втором этапе исследований разрабатываются и выдаются конструкторским бюро и заводам-изготовителям необходимые руководящие технические материалы: требования и рекомендации по повышению эксплуатационной технологичности серийных самолетов путем выполнения на них соответствующих конструкторских доработок; общие требования по эксплуатационной технологичности новых типов самолетов; значения показателей эксплуатационной технологичности; рекомендации для конструкторов по эксплуатационной технологичности, содержащие материалы о рациональных (удовлетворяющих заданным техническим требованиям) вариантах отдельных конструктивно-технологических решений.
Основной объем работ на первых двух этапах исследований выполняется заказчиком — специалистами научно-исследовательских, эксплуатационных и ремонтных предприятий гражданской авиации. Специалисты конструкторских бюро и заводов-изготовителей участвуют в работах, однако их участие сводится в основном к рассмотрению и согласованию подготовленных материалов.
Организация работ на третьем этапе, связанном с реализацией принятых технических требований в конструкциях создаваемых объектов авиационной техники, характеризуется следующим. В качестве обязательного принимается условие, при котором эксплуатационная технологичность обеспечивается в процессе создания нового изделия также, как аэродинамические, прочностные, массовые и другие показатели с последующей тщательной проверкой в процессе проведения государственных и эксплуатационных испытаний. Обеспечение эксплуатационной технологичности осуществляется на всех стадиях проектирования самолета, начиная с эскизного проекта, когда определяется конструкция самолета и решаются все принципиальные вопросы компоновки, членения (разъемов), панелирования и т. п. В работах по обеспечению эксплуатационной технологичности принимает участие весь коллектив конструкторов и технологов как самолетного конструкторского бюро и завода, так и конструкторских бюро и заводов, создающих комплектующие изделия для самолетов.
244
Основа конструирования и производства более совершенных самолетов — научное обобщение опыта эксплуатации. Постоянное изучение и обобщение требований эксплуатации к самолетному парку, а также имеющихся конструктивных недостатков для недопущения их при создании новых машин важнейшая задача, которая стоит перед конструкторами и технологами. При решении этой задачи большую помощь конструкторам могут оказывать эксплуатационники, имеющие необходимые материалы о конструктивных и производственных дефектах отдельных изделий и систем самолетов.
На третьем этапе исследований в отличие от первого и второго все работы выполняются разработчиком — специалистами конструкторских бюро и завфдов-изготовителей. Роль представителей заказчика здесь сводится к осуществлению контроля за выполнением требований, рассмотрению и согласованию основных конструктивно-технологических решений, выдаче нужных консультаций конструкторам. Участие представителей заказчика в работах третьего этапа организационно оформляется следующим образом. На время создания нового типа самолета в конструкторские бюро направляются высококвалифицированные специалисты-эксплуатационники, знакомые с основами конструирования и производства самолетов и хорошо знающие их техническое обслуживание и ремонт. Бригады таких специалистов работают в конструкторских бюро. Их главные задачи — контроль за выполнением требований заказчика по эксплуатационной технологичности и своевременная дача нужных консультаций конструкторам. Располагая всеми необходимыми материалами, они принимают активное участие в технологической проработке создаваемой конструкции, в обсуждении конструкторских решений по членению планера на агрегаты, агрегатов на панели и узлы, а также отработке монтажей, компоновок, разъемов и т. д.
Наиболее действенным методом контроля зарекомендовал себя поэтапный контроль. В настоящее время за рубежом при заключении контрактов на производство и поставку самолетов устанавливаются этапы разработки, на которых изготовитель обязан предъявить заказчику доказательства успешного выполнения предъявленных требований по эксплуатационной технологичности. Разрешение на выполнение следующего этапа фирме-изготовителю выдается лишь после того, как будут представлены доказательства, что все требования контракта успешно выполнены. Обычно устанавливаются три этапа контроля характеристик эксплуатационной технологичности создаваемого самолета. Первый этап на стадии разработки, второй — на стадии производства, третий — в процессе эксплуатации. Первый этап — наиболее экономичный и доступный для принятия компромиссных решений.
При создании многоместного пассажирского самолета Б-747 фирма «Боинг» принимала ряд мер по обеспечению эксплуатационной технологичности его конструкции. Прежде всего всем конструкторам и технологам, включая и смежников, фирма прививала чувство ответственности за обеспечение эксплуатационной технологичности. С этой целью конструкторы и технологи непрерывно получали информацию об опыте эксплуатации самолетов в авиакомпаниях, а также обучались прак
245
тике обеспечения эксплуатационной технологичности конструкции самолета. Особое внимание фирма уделяла эксплуатационной технологичности изделий и узлов, которые- имеют высокую начальную стоимость и большие затраты на ремонт и техническое обслуживание, а также вызывают задержки отправления самолетов и отмены рейсов. Было отобрано более 250 наименований таких узлов и изделий и после детальной проработки в конструкцию самолета вносились необходимые изменения.
Инженеры фирмы, занимающиеся обеспечением эксплуатационной технологичности, объединены в специализированные группы по функциональному признаку: конструкция самолета, гидравлические системы, шасси, управление самолетом, силовая установка, воздушная система, электрооборудование, радиоэлектронное оборудование, оборудование кабин. Специалисты этих групп с активным участием представителей заказчика осуществляют наблюдение за тем, чтобы в эскизных проектах и рабочих чертежах нашли отражение требования и рекомендации заказчиков по повышению эксплуатационной технологичности во время предъявления макета самолета и проведения специальных испытаний на эксплуатационную технологичность опытных образцов. Помимо этого, они выполняют детальный анализ эксплуатационной технологичности конструкции на основе материалов по техническому обслуживанию и ремонту самолетов. По имеющимся данным аналогичные группы специалистов по обеспечению эксплуатационной технологичности объектов авиационной техники работают и на других фирмах США, Англии, Франции [551.
При создании самолета в ряде случаев требования заказчика в области требований эксплуатационной технологичности оговариваются в контрактах и становятся обязательными для выполнения фирмами-изготовителями. Так, представители военно-морского флота США при заключении контракта с фирмой LTV на производство и поставку самолетов А-7А записали, чтобы трудовые затраты на его техническое обслуживание и ремонт не превышали 11,5 чел-ч/ч налета. В случае невыполнения фирмой этого требования предусматривалась сложная система денежных штрафов за каждый лишний человеко-час, затрачиваемый на обслуживание и ремонт сверх данного значения. Предельное значение трудовых затрат устанавливалось в 17 чел-ч/ч налета. В случае его превышения фирма должна была за свой счет устранить все недостатки конструкции, влияющие на трудовые затраты технического обслуживания и ремонта.
Определенный интерес представляют некоторые общие требования, предъявляемые авиакомпаниями к фирмам-изготовителям и их конструкторам:
первым шагом со стороны конструктора должно быть признание того положения. что он несет ответственность за повышение надежности и эксплуатационной технологичности создаваемой конструкции. Он должен активно применять свои знания и способности для создания проектов, которые бы имели требуемый уровень надежности и эксплуатационной технологичности;
лучший способ «почувствовать» любую проблему — это принять участие в работе над ней. В этой связи рекомендуется, чтобы ведущим конструкторам не только представлялось время, но и вменялось в обязанность изучать опыт работы авиакомпаний перед началом проектирования каждого нового самолета; 246
изготовитель должен определить и опубликовать концепцию своей фирмы относительно того внимания, которое он будет уделять надежности и эксплуатационной технологичности проектируемого объекта. Изложение концепции должно быть подкреплено справочниками конструктора, содержащими: принципы технического обслуживания и ремонта объекта; программы обучения и контроля подготовленности конструкторов для обеспечения надежности и технологичности в их проектах; технические способы обеспечения надежности и эксплуатационной технологичности; сведения об ответственности конструктора за обеспечение надежности и технологичности;
фирма-нзготовитель должна предусматривать систему, с помощью которой конструкторы смогу! своевременно получать и применять достоверные и своевременные данные о надежности и эксплуатационной технологичности. Эта система предусматривает создание в конструкторских бюро соответствующих хранилищ данных, специализированных служб для консультаций конструкторов по методам обеспечения надежности и эксплуатационной технологичности. Система требует от конструкторов их активного участия в разработке соответствующих разделов программ технического обслуживания и ремонта самолета. Это дает им возможность оценивать эксплуатационные свойства своей продукции с позиций авиакомпании. Обратная связь в данном случае весьма полезна.
11.4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
Факторы технического и экономического характера вынуждают авиапредприятия разрабатывать более экономичные технологические процессы обслуживания и ремонта своих самолетов. При этом учитываются индивидуальные особенности эксплуатации самолетов. Например, для старых самолетов, длительное время находящихся в эксплуатации, устанавливаются уменьшенные ресурсы. Это важное обстоятельство, но оно еще не всегда учитывается.
При техническом обслуживании и ремонте применяются средства диагностирования и неразрушающего контроля, проводятся выборочные проверки технического Состояния отдельных зон конструкции. Это позволило авиакомпании одной из первых выявить некоторые серьезные дефекты конструкции самолета А-300.
В инженерно-техническом центре авиакомпании «Юнайтед Эрлайнз» (США), насчитывающем около 9 тыс. чел., имеется группа пилотов-испытателей, основная задача которой — проведение летных испытаний самолетов до и после выполнения трудоемких форм обслуживания и ремонта. При парке авиакомпании в 365 самолетов ежемесячно на летные испытания затрачивается 25...30 ч. На каждый час летных испытаний приходится 3...8 ч наземной подготовки к ним.
Группа пилотов-испытателей участвует в подготовке и пересмотре программ технического обслуживания и ремонта самолетов. Такая работа проводится регулярно для определения оптимальной периодичности и объемов работ разных форм обслуживания и ремонта. Достигнутые результаты работы по увеличению периодичности выполнения основной формы обслуживания и ремонта видны из табл. 11.1.
Совершенствование программ технического обслуживания и ремонта самолетов в авиакомпании «Юнайтед Эрлайнз» проводится с использованием системы LIBRA (логическая информация, основанная
247
Таблица 11.1
на анализе надежности). Данная система позволяет успешно решать задачу «уравновешивания» показателей надежности и экономичности с целью повышения эффективности эксплуатации самолетного парка.
Определенный интерес в этом плане представляет и работа 1401, в которой проведен анализ группы надежностных показателей, используемых в бортовых и наземных системах технического диагностирования обору-самолетов гражданской аваиации. В ней рас-
Периодичность, ч налета
я
я *_
Время ввода в эксплуатацию
Б-727 Февраль. 19» 1 г. 3 000 20000
Б-737 Апрель 1968 г. 6 000 13000
ДС-8 Сентябрь 1958 г. 2 500 25 000
Б-747 Июль 1970 г. 9 000 25000
ДС-10 Август 1971 г. 16000 20 000
дования современных сматриваются методические и организационно-технические аспекты, связанные с разработкой оптимального регламента технического обслуживания и ремонта самолетов на разных стадиях их эксплуатации в зависимости от значения и динамики изменения показателей надежности.
Австралийская авиакомпания «Квантас» свою главную задачу видит в снижении расходов на техническое обслуживание и ремонт, учитывая возрастание цен на топливо и другие экономические факторы. Парк авиакомпании насчитывает 21 самолет Б-747. Анализ показал, что если бы применительно к этим самолетам действовала традиционная программа обслуживания и ремонта по наработке (с установлением межремонтных ресурсов для самолета и агрегатов), то авиакомпании понадобилось 38 самолетов, а не 21. Применение же программы обслуживания и ремонта по состоянию позволило так спланировать работы, что в ангаре находится не более одного самолета.
Программы технического обслуживания и ремонта самолетов и все изменения к ним, как правило, подтверждаются объединенным комитетом из представителей самолетной, моторной и других фирм, поставляющих наиболее ответственное оборудование, а также правительственными регистрационными органами страны-экспортера и других ведущих стран-производителей авиационной техники. Важную роль в развитых странах играют специально созданные правительственные органы, осуществляющие сертификацию авиационной техники, контроль за соблюдением принятой системы технического обслуживания и ее изменениями, контроль за выполнением доработок авиационной техники и изменениями технических ресурсов. В ряде стран они являются также организациями, управляющими аэродромами, воздушным движением и занимающимися их развитием.
Изучая программы технического обслуживания и ремонта, применяемые различными авиакомпаниями для одного и того же типа самолета, нельзя не отметить сравнительно большого их разнообразия. Это свидетельствует о том. что фирмы-изготовители самолетов проявляют готовность рассмотреть и предложить авиакомпаниям, покупающим самолеты, отличные от первоначально принятой поставщиком схемы тех-248
нического обслуживания и ремонта, которые учитывали бы конкретные специфические условия работы той или иной авиакомпании [37].
Авиакомпания UTA (Франция), например, для самолетов ДС-10 применяет следующий режим обслуживания и ремонта. Помимо транзитного обслуживания, выполняемого перед каждым полетом, предусмотрены три вида периодического обслуживания и ремонта по формам:
А —выполняется через 360 ч налета, продолжительность обслуживания 12 ч;
С —выполняется через 4000 ч налета, стоянка самолета 48 ч;
Heavy Maintenance Visit выполняется через 15...20 тыс. ч налета или 5 лет эксплуатации (при среднем годовом налете на самолет 4000 ч). Продолжительность нахождения самолета по этой форме обслуживания в ангаре аэропорта Бурже составляет в среднем две недели. При выполнении «тяжелой» формы используется вся имеющаяся информация о надежности самолета, включающая сообщения экипажей и технического персонала об отказах и неисправностях, данные о задержках вылетов по техническим причинам и о внеплановых снятиях агрегатов.
В авиакомпании широко практикуется выборочный контроль конструкции планера самолетов ДС-10, в результате которого любое сколько-нибудь значительное отклонение от нормы на одном из самолетов влечет за собой введение специальных проверок для всего парка. В случае необходимости самолет может быть подвергнут модификации при соответствующей договоренности между США (FAA) и странами NSSF (Нидерланды, Скандинавские страны, Швейцария, Франция).
На основе опыта эксплуатации некоторые специалисты авиакомпаний считают, что концепции, связанные с календарным временем назначения форм обслуживания и ремонта, становятся более важными, а связанные с часами налета — менее существенными. Они считают также неверным утверждение, что чем меньше используют самолеты, тем меньше потери его усталостной прочности, так как при этом не учитывается коррозионное повреждение конструкции самолета. Исходя из этих посылок считаются возможными в последующем следующие режимы технического обслуживания и ремонта: ежесуточный осмотр; один-два осмотра в течение 3 сут; осмотр 1 раз в квартал; 1 раз в год, когда потребуются затраты 1500 чел-ч в течение 4 сут. «Тяжелые» формы обслуживания при необходимости можно выполнять после 3 лет эксплуатации с отстранением самолета от полетов на 2...3 недели. Ремонтные работы следует выполнять через каждые 6 лет эксплуатации после 20...22 тыс. ч налета. После 25 тыс. ч налета может потребоваться модернизация самолета. Считается, что стоимость обслуживания и ремонта при этом составит 10... 15 % стоимости эксплуатации самолета.
Заслуживает внимания опыт работы английской авиакомпании «Бритиш Эйрвейс» по совершенствованию режимов обслуживания и ремонта самолетов своего парка. За последние годы циклы проведения форм технического обслуживания и ремонта на многих типах самолетов увеличились до 2—4-х лет. В авиакомпании установлены следующие формы обслуживания и ремонта:
249
обслуживание в базовом и транзитном аэропортах (предполетное, транзитное, в аэропорту назначения);
обслуживание малой трудоемкости (Service Check). Эта форма выполняется на самолетах VC-10 и Б-707 через 700—800 ч налета, L-1011 через 800 и на Б-747 через 1350 ч налета. По содержанию эта форма представляет собой тщательный визуальный осмотр самолета в ангаре с использованием стремянок. Проверяется техническое состояние систем и отдельных узлов планера по специальной программе. Продолжительность выполнения формы не более 8 ч;
обслуживание средней трудоемкости (Intermediate Check). Периодичность выполнения этой формы на самолетах Б-707-400 через 1500 ч налета, Б-707-300 через 2000, Л-10 1 через 3000 и Б-747 через 4000 ч налета. При данной форме обслуживания, помимо тщательного визуального осмотра внешних частей планера и проверки состояния функциональных систем, производится тщательный контроль с помощью средств неразрушающего контроля внутренних зон конструкции. Продолжительность выполнения формы до 2 сут;
промежуточное (дополнительное) обслуживание (Inter Sapplemen-tal Check). Данная форма обслуживания выполняется на Б-707-400 и VC-10 через 6000 ч налета, или через 2 года, на Б-707-300 через 8000 ч налета, или 2 года, на L-1011 — через 6000 и на Б-747 через 8000 ч налета. Для этой формы обслуживания характерно широкое применение специальных средств неразрушающего контроля для оценки технического состояния определенных зон конструкции планера;
обслуживание большой трудоемкости (Major Check). Периодичность выполнения формы составляет: для Б-707-400—10000 ч налета, или 3 года, для Б-707-300—16000 ч налета, или 4 года, для VC-10—12 000 ч налета, или 3,5 года, для L-1011—16 000 и для Б-747—24 000 ч налета. При данной форме обслуживания и ремонта в дополнение к предыдущим проводится более глубокий контроль внутренних областей конструкции с применением специальных средств неразрушающего контроля.
Достигнутые на сегодня значения периодичности выполнения форм обслуживания и ремонта самолетного парка авиакомпании явились результатом настойчивой и последовательно проводимой работы по обобщению и использованию собственного опыта эксплуатации и опыта конкурентов. Для целого ряда изделий авиакомпания использует точные количественные параметры для планирования выборочных осмотров конструкции планера, учитывающие напряженное состояние планера, скорость развития повреждений, подверженность коррозии и вероятность обнаружения повреждения.
Большую работу по совершенствованию режимов технического обслуживания и ремонта самолетов парка проводит авиакомпания «Люфтганза» [59]. Значительную часть доходов она направляет на приобретение новых более экономичных самолетов и на расширение производственно-технической базы для их обслуживания и ремонта. Ведущая роль в решении этих задач отводится инженерному отделу компании.
Режимы технического обслуживания и ремонта парка самолетов авиакомпании (Б-747, ДС-10, А-300, Б-707, Б-727, Б-737) характеризуются следующими данными [591: предполетное обслуживание выпол-250
няется перед каждым полетом; первое оперативное обслуживание — через каждые 2... 3 дня; второе оперативное обслуживание — через 150...300 ч налета (через 3...4 недели); третье оперативное обслуживание— через 400...800 ч налета (через 2...3 мес); основное базовое обслуживание— через 1600...3500 ч налета (приблизительно через 10 мес); промежуточное обслуживание — через 5000... 10 000 ч налета (через 2...3 года); неполный ремонт — через 10 000 ... 20 000 ч налета (через 4...6 лет).
Первый основной ремонт конструкции планера Люфтганза практикует, как правило, после 10 лет эксплуатации самолета. Самолеты Б-747 не останавливаются для основного ремонта планера, не налетав 30 000 ч.
11.5. ОРГАНИЗАЦИЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ДВИГАТЕЛЕЙ МОДУЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ
Решение проблемы перехода на обслуживание и ремонт по состоянию двигателей обычно связано с модульностью их конструкций. Однако практика показывает, что создание модульного двигателя еще не означает, что он будет обслуживаться и ремонтироваться по состоянию. Важную роль в этом играют вопросы организации технического обслуживания и ремонта и материально-технического обеспечения.
Опыт эксплуатации отечественного двигателя Д-36 модульной конструкции показывает, что замена отдельных модулей двигателя связана с серьезными трудностями [39]. Практически в эксплуатации проводилась замена лишь модуля вентилятора и задней опоры. Специалисты высказывают опасения относительно того, что при замене модулей с большой наработкой возможны неблагоприятные сочетания параметров, суммарную результирующую которых трудно оценить из-за отсутствия непосредственного замера тяги на самолете. В связи с этим предлагается провести исследования двигателя Д-36, подтверждающие реальную взаимозаменяемость его модулей и достаточную контролепригодность. При этом под реальной взаимозаменяемостью понимается ряд определенных качеств, обеспечивающих минимум затрат на обслуживание и ремонт, и работоспособность двигателя в целом после замены модулей.
Повышенные требования к взаимозаменяемости и контролепригодности объясняются необходимостью обеспечить «термодинамическую приработку» всех частей двигателя при замене любой из них, а также с достоверностью определить причину отказа без полной разборки двигателя и достаточность замены того или иного модуля.
Не менее важным является вопрос организации замены модулей. Для этого необходимы прежде всего специальные приспособления, наличие квалифицированного технического состава. Замена модулей должна производиться в закрытых помещениях для предотвращения возможности попадания пыли и влаги во внутренние полости двигателя. Наконец, должен быть обеспечен определенный оборотный фонд модулей, а также решены задачи их хранения, транспортирования, ре.
251
монта. В свою очередь, для транспортирования и хранения модулей должны быть обеспечены специальные способы защиты и упаковки.
Ряд специфических трудностей возникает при ремонте модулей. Они связаны в основном с контролем отремонтированных модулей. Обеспечить контроль модулей на специальном стенде, по мнению авторов [391, невозможно. Поэтому каждый модуль должен проверяться либо с комплектом определенных модулей, либо в произвольном сочетании контролируемых модулей. Произвольная комплектация модулей при испытаниях потребует ужесточения точности их изготовления, касающейся обеспечения газодинамических параметров.
Вместе с тем зарубежные фирмы и авиакомпании продолжают настойчиво искать пути решения задач, связанных с обслуживанием и ремонтом двигателей модульных конструкций. Так, фирма «Дженерал Электрик» разработала и ввела систему обслуживания ТРДДТ F-34-100 на самолетах А-10, состоящую из подсистемы слежения за перемещением модулей и подсистемы регистрации их наработки, учитывающей использование максимальных режимов, температуры газов, циклические нагрузки. Система работает с использованием ЭВМ.
Фирмой «Гамильтон Стандарт» (США) разработана математическая модель контроля состояния двигателей путем анализа параметров газового тракта на ЭВМ применительно к IT9D и CF-6. Модель построена на использовании эталонных зависимостей между основными и структурными параметрами исправного двигателя, которые учитывают влияние различных дефектов модулей двигателя на отклонения параметров от нормы. Данные контроля со встроенной бортовой системой вводятся в ЭВМ для выявления возникших при эксплуатации дефектов на уровне отдельных модулей. Модель позволяет также оценивать эффективность различных мероприятий по устранению дефектов при техническом обслуживании и подбирать наиболее «совместимые» модули при необходимости их замены. Данная модель используется рядом авиакомпаний, в том числе «Люфтганза», САС, КЛМ.
Однако в связи с ростом цен на топливо в последние годы в ряде авиакомпаний намечается тенденция к ужесточению технических условий на отбраковку деталей при ремонте модулей и при переборке всего двигателя. По мнению автора работы [601, например, стало выгодным, заменять при переборке двигателя RB. 211 даже частично изношенные, но еще работоспособные лопатки компрессора и другие детали, если достигаемое при этом улучшение удельного расхода топлива компенсирует дополнительные затраты на ремонт. Примерно такой же точки зрения придерживается и автор другой работы [54]. Он отмечает, что переход на обслуживание и ремонт авиационных двигателей по состоянию потребовал введения рабочих параметров, применения новых методов и средств неразрушающего контроля без снятия двигателя с самолета, создания двигателей модульных конструкций.
Применение в конструкции двигателя модульного принципа упростило проведение технического обслуживания и ремонта. Но практический эффект от внедрения модульных конструкций оказался не таким высоким, как ожидалось [541. Это связано с тем, что возможность замены какого-либо модуля (компрессора, камеры сгорания, турбины и т.д.) 252
в двигателе, имеющем достаточную наработку, ограничена требованием обеспечения «термодинамической приработки» всех составных частей — модулей двигателя. Роль и значение данного фактора заметно возрастают в связи с ростом цен на топливо. В последнее время ставится задача, чтобы номинальные расходные характеристики, гарантируемые поставщиком для нового двигателя, по возможности сохранялись в процессе эксплуатации. В таких условиях требуются некоторое увеличение объемов работ по обслуживанию и ремонту и ужесточение технических условий на отбраковку отдельных деталей и модулей двигателя.
Группа экспертов Ассоциации западно-европейских авиакомпаний предложила эмпирическую формулу для подсчета ориентировочной стоимости технического обслуживания и ремонта двигателя, приходящейся на 1 ч налета. Эта формула связывает стоимость обслуживания и ремонта с тягой двигателя, степенью его двухконтурности, значением дросселирования на различных этапах полета и средней продолжительностью полета [541.
Авиакомпания «Люфтганза» уже длительное время практикует обслуживание и ремонт двигателей по состоянию, осуществляя непрерывный контроль и регистрацию данных о состоянии отдельных узлов, модулей и двигателей в целом. Она практикует обмен модулями между двигателями одного типа, доказав тем самым, что правильно сбалансированный модуль может быть установлен на любом двигателе. Вычислительный центр авиакомпании во Франкфурте-на-Майне хранит данные по всем двигателям парка и обновляет их каждые 24 ч. В центр поступают такие регистрируемые в полете данные, как расход топлива и масла, значение тяги, степень повышения давления, температура выхлопных газов и другие параметры.
Для определения потребности планирования заказов модульных двигателей ВВС США используют метод MOD-METRIC, который позволяет определять оптимальное число закупаемых двигателей и модулей, а также их размещение в системе ремонта. Критерий оптимальности — минимум числа неудовлетворенных заявок баз на двигатели и модули при ограниченных затратах средств на их закупку. Исходными данными для расчетов являются число и размещение баз, программа налета по месяцам, время заказа и транспортировка двигателя (модуля) со склада на базу и обратно, время ремонта, стоимость двигателя (модуля) и их ремонта, показатели безотказности двигателя (модулей), значение максимально разрешенной наработки в эксплуатации двигателя (модулей).
Метод MOD—METRIC, помимо своего прямого назначения, широко используется для исследования различных стратегий замен модулей и выбора наиболее эффективной. Наряду с известными стратегиями замен после выработки ресурса и после отказа находит применение и так называемая «оппортунистическая» стратегия замен модулей двигателя. При этом замена модуля (узла) для выполнения на нем какой-то ремонтной операции проводится при возникновении возможности, т. е. когда двигатель попадает в ремонт или на переборку в связи с отказом или выработкой ресурса другим узлом или модулем. По своему существу эта стратегия напоминает известную стратегию групповых 253
замен деталей при ремонте сложного изделия. «Оппортунистические» замены модуля считаются целесообразными, если интенсивность отказов возрастает с ростом наработки, а затраты на замену после отказа больше, чем до отказа. В эти затраты входят убытки от простоя самолета при замене модуля и затраты, связанные с заменой.
11.6. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ БАЗЫ ПРЕДПРИЯТИЙ
Внедрение технического обслуживания и ремонта по состоянию требует существенного совершенствования производственно-технической базы и организационно-штатных структур предприятий гражданской авиации. В первую очередь это относится к АТБ и ремонтным заводам.
При техническом обслуживании и ремонте используются большие потоки информации. Уже в настоящее время диспетчерские пункты производственно-диспетчерских отделов предприятий не справляются с переработкой все возрастающих информационных потоков. С внедрением же обслуживания и ремонта по состоянию потоки информации еще более возрастают. Повышаются требования к оперативности ее обработки и анализа для обеспечения своевременности принятия решений, что диктует необходимость существенного расширения информационно-диспетчерской службы предприятий, совершенствования ее производственно-технической базы и организационной структуры. В этой связи представляют интерес работы фирмы «Аэротех Пабли-кейшс» (США). Она предложила новую систему нормативно-технической документации, регламентирующей техническое обслуживание и ремонт самолетов разных типов.
Система, получившая название АДЛОГ, представляет собой комплект учетных форм, позволяющих легко и быстро установить потребный объем работ по техническому обслуживанию и ремонту, который необходимо выполнить к данному моменту времени на самолете. Это касается также и выполнения обязательных директив FAA по летной годности. Система позволяет значительно сократить объем канцелярской учетной работы при проведении технического обслуживания и ремонта.
Потоки информации о техническом состоянии систем и изделий авиационной техники, о ее надежности и исправности, трудоемкости и стоимости технического обслуживания требуют соответствующего упорядочения по уровням организационной структуры предприятия (бригада, смена, цех, предприятие). При этом для каждого из этих уровней требуется определить, с использованием какой информации и какие конкретные вопросы анализа и оценки технического состояния тех или иных систем и изделий ЛА решаются для установления их пригодности к дальнейшей эксплуатации [21]. Предполагается, что для хранения, обработки и анализа этой обширной информации в авиакомпаниях все в больших масштабах будут использоваться ЭВМ, а также другие технические средства регистрации, обработки и поиска информации. Это 254
позволит создать на предприятиях технические предпосылки внедрения автоматизированных информационно-справочных систем.
Информационные системы в АТБ могут быть также реализованы с помощью специального комплекса, работающего в режиме реального времени технических средств, построенного на базе мини-ЭВМ. В качестве источников первичной информации в таких системах предполагаются терминалы, установленные в цехах АТБ, специальная служба диагностики технического состояния авиационной техники, а также бортовые средства контроля.
Некоторые авиакомпании уже в течение длительного времени с успехом применяют современные мини-ЭВМ в управлении деятельностью инженерно-авиационной службы. Применение мини-ЭВМ облегчает ведение учета: выполненных работ, расхода ресурса агрегатов, трудовых и материальных затрат на техническое обслуживание и ремонт, резерва запасных частей и агрегатов, выполненных доработок. В этих условиях имеется возможность получить полную информацию по определенному аспекту деятельности в течение 5 мин, на что ранее требовалось несколько часов. За счет улучшения оперативности управления заметно повышаются уровень технической готовности самолетов и вертолетов (на 35...40 %) и показатели эффективности их использования.
Создание информационно-справочных систем бесспорно является одним из важных условий широкого применения технического обслуживания и ремонта по состоянию. Однако не следует полагать, что информационно-справочные системы решат всю проблему совершенствования процесса технической эксплуатации ЛА. Требуется уже сейчас, не дожидаясь внедрения средств автоматизированного учета, обработки и передачи информации, проводить исследования по созданию научно-методического обеспечения вопросов анализа, оценки и погнози-рования технического состояния изделий и функциональных систем авиационной техники, формализации алгоритмов принятия решений о периодичности, объемах и технологии выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту на основе результатов контроля технического состояния и уровня надежности, а также по совершенствованию организационной структуры и производственно-технической базы АТБ и ремонтных заводов.
Внедрение обслуживания и ремонта авиационной техники по состоянию требует широкого применения различных средств и методов технической диагностики и неразрушающего контроля. Состав таких средств разработан и рекомендован для оснащения лабораторий надежности и диагностики, которые создаются во всех крупных АТБ. Основным назначением этих лабораторий является внедрение передовых методов и средств контроля, диагностирования и прогнозирования технического состояния авиационной техники для обеспечения безопасности и регулярности полетов и повышения эффективности технического обслуживания и использования самолетов. К числу основных задач лабораторий относятся: сбор, обобщение информации и анализ технического состояния и надежности приписного парка самолетов; оперативный контроль, диагностирование и прогнозирование технического состояния парка самолетов; разработка оперативных рекомендаций по эксп
255
луатации конкретных изделий на основании анализа информации об их техническом состоянии; накопление и обобщение данных по техническому состоянию авиационной техники, опыту применения в эксплуатации методов контроля, диагностирования и прогнозирования технического состояния самолетов.
Представляемые лабораторией надежности и диагностики рекомендации по дальнейшей эксплуатации отдельных изделий или самолета в целом должны содержать ответы и на такие вопросы: допускать ли изделие в очередной полет или снять его; подвергать ли изделие углубленному контролю перед полетом; если изделие допущено к полету, то ставить ли его на особый контроль. При необходимости решение принимается группой экспертов, включающей представителей промышленности .
В своей работе лаборатория надежности и диагностики взаимодействует с другими звеньями АТБ, такими, как: технический отдел, отдел технического контроля, техническая лаборатория, цех лабораторной проверки и ремонта авиационного и радиоэлектронного оборудования, метрологическая лаборатория, группа расшифровки полетных записей, кустовой информационно-вычислительный центр, производственно-диспетчерский отдел. По мере накопления опыта работы функции лабораторий надежности и диагностики будут существенно расширяться. На определенном этапе значительная часть перечисленных звеньев АТБ войдет в состав лабораторий надежности и диагностики, а сами лаборатории превратятся в крупные диагностические центры АТБ.
Диагностические центры должны взять на себя выполнение всех функций, связанных с оценкой и управлением надежностью и техническим состоянием эксплуатируемой авиационной техники. Производственные цехи и участки в этих условиях должны выполнять главным образом функции исполнительного органа: выполнять на самолетах те стандартные операции, которые предписаны регламентами, а также работы по заявкам диагностических центров.
Данная задача не может решаться самостоятельно. Она тесно связана с задачей дальнейшего перспективного развития структуры АТБ в целом в связи с переходом на обслуживание и ремонт по состоянию. Должны быть выделены и обозначены промежуточные этапы развития структуры и четко определен облик перспективной структуры АТБ. На наш взгляд, перспективная АТБ должна представлять собой предприятие, состоящее укрупненно из двух взаимосвязанных блоков: центра управления надежностью и техническим состоянием авиационной техники, возглавляемого главным инженером, и производственного блока, возглавляемого начальником производства. Причем центр надежности и диагностики должен занять прочное место в основном технологическом процессе технического обслуживания авиационной техники.
На данном этапе должны последовать существенные изменения структуры и штатного расписания всех производственных цехов и участков АТБ в связи с изменением их основных функций и необходимостью перераспределения штатной численности между диагностическим 256
центром и производственными цехами и участками. В этих условиях особую актуальность приобретает задача обеспечения материального стимулирования и заинтересованности эксплуатационных и ремонтных предприятий во внедрении обслуживания и ремонта по состоянию. Без решения этой задачи трудно рассчитывать на успех даже при условии своевременного решения всех других задач. Помимо таких составляющих, как совершенствование системы премирования, развитие фонда предприятия, данная задача включает и такой вопрос, каким путем (хотя бы частично) сохранить высвобождающиеся от снижения трудоемкости обслуживания штатные единицы в производственных цехах и использовать их (эти штатные единицы) для развития необходимых подразделений будущих центров надежности и технической диагностики АТБ. Другими словами, как за счет внутренних резервов АТБ решить задачу перераспределения штатов в соответствии с требованиями перспективного развития структуры АТБ?
Важной является задача подготовки и переподготовки кадров АТБ, способных решать задачи обслуживания и ремонта техники по состоянию.
Аналогичные задачи совершенствования производственно-технической базы, информационного и организационного обеспечения будут решаться и на ремонтных предприятиях при внедрении ремонта авиационной техники по состоянию. Для организации ремонта конструкции планера самолета по состоянию потребуется создание крупных, хорошо оснащенных служб по применению методов и средств неразрушающего контроля.
Применительно к новой авиационной технике требуют решения и такие задачи, как обеспечение эксплуатационной технологичности конструкций и разработка комплексных программ технического обслуживания и ремонта. Задача разработки комплексных программ обслуживания и ремонта относительно новая. Она продиктована требованиями практики. В организационном плане суть ее сводится к установлению такого порядка, при котором одновременно с каждым новым типом самолета промышленность будет выдавать и программу его технического обслуживания и ремонта на длительный период эксплуатации. Содержащееся в программе развернутое изложение основных принципов и решений по режимам, организации и обеспечению обслуживания и ремонта самолета в целом и его функциональных систем позволяет существенно сократить сроки освоения новой авиационной техники и осуществить перевод ее на обслуживание и ремонт по состоянию.
ПРИЛОЖЕНИЕ I
АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ ДОПУСТИМЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
ПЛАНЕРА ПАРКА САМОЛЕТОВ С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРИСТИК ЖИВУЧЕСТИ И РЕЖИМОВ КОНТРОЛЯ И РЕАЛИЗУЮЩАЯ ЕГО ПРОГРАММА ДЛЯ ЭВМ
1. Алгоритм оценки
Сформулированная в разделе 7.4 задача относится к частично целочисленным нелинейным задачам математического программирования. Требуется определить периодичность контроля AT", чтобы не превысить требуемое по условиям безопасности полетов значение QH.
Пусть п — число самолетов парка; QA — вероятность обнаружения повреждений при единичном контроле; б — разброс живучести данного элемента планера; Т — ресурс этого элемента.
Используя Qi, i — 1,4. определяем QA, Qc. Затем для каждого QA вычисляются значения функции:
1оё(< —QC) 'U^ log(l-Q4) •
Моделирование осуществляется для дискретных значений АТ. Путем сравнения значения /0 с заданным q определяются правильность выбора АТ н необходимость ее корректировки. Такой процесс продолжается до получения потребного QK.
При неудовлетворительных результатах следует изменить или рассмотреть ’ возможность сокращения 7'6.
Описанный алгоритм реализован в виде программы для ЭВМ.
2. Инструкция по использованию
Программа написана на алгоритмическом языке PL-1 и реализует рассмотренный алгоритм расчета функции f0, т. е. позволяет проводить оценку допустимых повреждений планера при известных значениях живучести (ресурса) Т. периодичности обслуживания н ремонта, вероятности обнаружения повреждения Qa, заданном общем числе парка самолетов п и разбросе живучести Т&.
Для проведения расчетов по программе необходимо задать следующие данные (в скобках приведены обозначения, используемые в разд. 7.4): N Т СВ DT 1 F2 QB (л); (Тьу, (АГ); (ф); (у); ((?„).
Подготовка исходных данных заключается в записи их на стандартном бланке для последующего перенесения на перфокарты. Для повышения точности вычислений использован оптимизирующий вариант языка PL-1.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ ВАРИАНТОВ ПРОГРАММЫ
ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАНЕРА САМОЛЕТА И РЕАЛИЗУЮЩАЯ ЕГО ПРОГРАММА МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕТОДА ELECTRE ДЛЯ ЭЦВМ
I. Алгоритм оптимизации
Сформулированная в разделе 7.5 задача относится к классу математического программирования, а именно, к задачам многокритериальной оценки, когда имеются множество вариантов программы ТОиР Ej и некоторая система Г, их оценки, где i -- I, л; / —• 1, т. Требуется определить превосходство произвольно выбранного варианта е над любым другим е'. При одновременном учете п кри-258
териев каждому варианту е ставится в соответствие список из п оценок — у,- (е), вводится понятие отношения превосходства е над е' на основе индекса согласия С (е, е') и индекса несогласия d (е, е').
Вариант е превосходит е' тогда и только тогда, когда: совокупность критериев, по которым вариант е не хуже е', достаточно представительна (порог Q); оценки по остальным критериям не дают основания (порог Р) для отказа от предложения о превосходстве е над е'.
При этом предполагается, что информация позволяет выбрать диапазон изменения порогов р и q таким образом, что отношение превосходства устойчиво:
С(е, е') > р, pQP, d (е, е') < Ч, q£Q.
Тогда, рассматривая пару (е, е'), можно вариант е исключить из дальнейшего анализа. Варьируя Р и Q, можно добиться того, что путем последовательного рассмотрения всех пар (е, е') можно выделить наилучший вариант из множества Е по всем рассматриваемым критериям.
Схема метода. Пусть для г-ro конкретного элемента планера известны значения п показателей эффективности для т вариантов обслуживания и ремонта.
Веса важности каждого показателя эффективности W, определены при усло-п
вин, что У, = 1, где л — число показателей.
<= I
Исходная матрица значений показателей эффективности переводится в нормализованную матрицу по единой шкале при условии, что
где 1 — место показателя в строке; / — место показателя в столбце.
Формируется взвешенная нормализованная матрица
II = 1|.
Определяются согласованное и несогласованное D;je множества:
Gfee'— [l I ^kj Xej); Dhc== {j \ X^j <Z Xej].
Рассчитываются и формируются матрицы согласия и несогласия:
che = 2 wi I 2 wr<
'eCke I 1
. Г” ^d>|
&ke — гахе-/|^-ие>|
Задаются из диапазона [0,1] пороговые значения по согласованию (порог Q) и несогласованию (порог Р) и формируются матрицы F и G предпочтения по согласованию и несогласованию. В качестве порогов можно взять, например, средние значения:
Q == 2 S C-Wn (m-1);
I 1= 1
P = 2 У dhe/n(m— 1).
4= 1 /=1
259
Обобщенная матрица Е предпочтений определяется путем совмещения двух предыдущих матриц F и G. Анализ Е проводится по вертикали и горизонтали, исключаются менее предпочтительные альтернативы. Оптимальный алгоритм реализован в виде модифицированной программы ELECTRE для ЭЦВМ.
2. Инструкция по использованию модифицированной программы.
Программа написана на алгоритмическом языке PL-1, который включен в математическое обеспечение ЕС ЭВМ. Программа реализует рассмотренный алгоритм выбора оптимального варианта программы ТОиР элементов планера, т. е. позволяет определить оптимальный, согласно выбранным критериям, JG вариант программы ТОиР элемента планера из множества вариантов JE. Приоритет варианта е наде' зависит от задаваемых пороговых значений Q и Р отношения превосходства и определяется с точностью вычисления пяти первых значащих цифр после запятой.
Для проведения расчетов по программе необходимо задать следующие данные:
IE — число вариантов, подлежащих оценке;
IG — число критериев параметров сравнения;
XQ — пороговое значение отношения превосходства в матрице согласования;
ХР — пороговое значение отношения превосходства в матрице несогласования;
С (IG) — массив коэффициентов важности критериев;
LR3 (IG) — массив признаков минимальности (0) или максимальности (1) критериев;
XMG — 1 (IE, IG) — массив оценок объектов по всем критериям. Эти оценки могут быть как количественными, так и качественными и представляют собой фактические значения параметров сравниваемых вариантов;
XMG — 2 (I£, IG) -— те же параметры, ио взвешенные по некоторой шкале.
Подготовка исходных данных заключается в записи их на стандартном бланке для последующего перенесения на перфокарты.
Данные отделяются друг от друга запятыми. В дробных данных целая часть отделяется точкой. Данные записываются и перфорируются в следующем порядке: IE, IG, XQ, ХР, С (1), С (2). С (IG);
LR3(1), LR3 (2)...LR3(IG);
XMG\ (1, 1), XMG(1, 2), .... XMG1 (IE, IG);
XMG2(l, 1), XMG2(l,2), .... XMG2(IE, IG);
XQ1, XP\.
Результаты расчетов для приведенных данных прилагаются.
Ограничения — т 10.
Используемые внешние устройства — устройство ввода ПК, АЦПУ.
Сообщения оператору — нет.
Работа с программой осуществляется под управлением ОС ЭВМ.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
АЛГОРИТМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОГРАММЫ
ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ САМОЛЕТА
Алгоритм формирования вариантов программы первого уровня (рис. П.3.1). Блоки 1, 2, 3 обеспечивают начало работы программы, описание данных и ввод их в память ЭВМ. В блоке 4 происходит формирование вектора LF, определяющего влияние или невлияние отказов элементов функциональной системы на безопасность полетов. Для этого поочередно сравниваются вероятности возникновения особых ситуаций, соответствующих каждому элементу с их допусти-260
Рнс. П.3.1. Блок-схема алгоритма формирования вариантов программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы на ЭВМ: ТОСКН — стратегия технического обслуживания и ремонта по состоянию с контролем уровня надежности; ДОРАБ — до работка конструкции; ТОСКП — стратегия технического обслуживания и ремонта но состоянию с контролем параметров; ТОВАР — стратегия технического обслуживания и ремонта по наработке
мыми значениями. Если для каждой ситуации эти вероятности меньше допустимой величины, то компонента вектора, соответствующего рассматриваемому элементу, принимает значение 1. В противном случае компонента вектора LF принимает для рассматриваемого элемента значение 0.
В блоках 5, 6, 7 производится логические операции над векторами (каждая компонента векторов /у, /2 описывает характер изменения интенсивности отказов рассматриваемого элемента и соотношение затрат на аварийную и профилактическую замену соответственно), в результате которых каждому элементу назначается стратегия технического обслуживания и ремонта (или их совокупность) или конструктивная доработка с целью обеспечения возможности назначения рациональной стратегии технического обслуживания и ремонта. Печать осуществляется в блоках 10, 11. 12.
Операция формирования вариантов программы технического обслуживания и ремонта проводится до тех пор, пока все элементы функциональной системы не будут рассмотрены (блоки 8, 9).
Алгоритм моделирования процесса технической эксплуатации самолета (рис. П.3.2). Блоки 1, 2, 3 обеспечивают начало работы программы, описание и ввод данных в транслятор. В него вводятся следующие данные: статистические условия перехода из состояния в состояние процесса технической эксплуатации; законы распределения вероятности безотказной работы элементов функциональной системы (см. табл. 8.8); Ф(х.) — табличная функция стандартного нормального распределения; постоянные характеристики и коэффициенты для переменных характеристик процесса технической эксплуата
ции в условиях применения сформированного варианта программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы (см. табл. 8.9); описание расчетной схемы (количество блоков, количество цепочек, элементов в каждом блоке. количество элементов в каждой цепочке каждого блока).
В блоке 4 осуществляется присвоение начальных значений переменных. К основным переменным относятся: межремонтный ресурс самолета VR; частота проведения расчетов показателей, определяемая временем ТР; значение счетчика попаданий в усложнение условий полета; значение счетчика отказов элементов функциональной системы; исходное значение датчика случайных чисел; интервал накопления статистики WVR.
Под одним путем графа состояния подразумевается прохождение самолетом последовательности состояний от состояния 1 (полет) до возвращения в состояние/(см. рнс. 8.7). Просчет одиночных путей продолжается ТР =1000 "ч полета Организация цикла ТР осуществляется в блоках 13. 14, 15.
Цикл заканчивается расчетом показателей и выводом их на печать (блоки 10, 11 иа рис. П. 3.2).
261
При переходе к следующему циклу ТР все статистические данные сохраняются. Циклы ТР повторяются до накопления VR полета. Организация цикла VR осуществляется в блоках 7, 8, 12. Организация цикла WVR — накопления статистики — осуществляется в блоках 5,6,9.
Блок 16 иа рис. П. 3.2. реализован в виде блок-схемы, представленной на рис. П. 1.3. При прохождении одного пути (рис. П. 3.3) графа состояний производится подсчет числа попаданий для всех состояний.
Для состояния «полет» вычисляются время наработки каждого элемента расчетной схемы (блок /) и вероятность их безотказной работы (блок 2). Моделирование отказов элементов в полете осуществляется с помощью стандартного генератора случайных чисел, распределенных по нормальному закону (блок 3). По формуле (8.8) определяются условия перехода в состояние усложнения условий полета, и в счетчике К накапливается число попаданий в усложнение условий полета (блок 4).
Обнаружение отказов в полете с заданной вероятностью моделируется с помощью генератора случайных чисел (блок 5).
По заданным статистическим условиям перехода иа другие формы обслуживания осуществляется моделирование перехода с помощью генератора случайных чисел (блок 6).
Рис. П.3.2. Блок-схема алгоритма моделирования процесса технической эксплуатации самолета с учетом изменения технического состояния элементов функциональной системы
262
Начало
1
Вычисление _ , Tt Z
Вычисление P
Моделирова— ние отказов
- 3
[5 Моделирование обнаружения отказов
| ff моделирование перехода к формам обслуживания
11
____f
SOST (2, 1)= =S0ST(2,1)+1
t '
SOST (7,1) = =S0ST(7,1)+1
[/Г DI AG
19
KR
12
16
SOST (8,1) = =S0ST(8,1)+1
.... !_______
SOST(3,1) = =S0ST(3,1)+1
SOST (9,1)= =S0ST(9,1)+1
---_y------
9 SOST (9,1) = =S0ST(9,1)+1
SOST (5,1) = =S0ST(5,1)+1
13
17
_!_________
SOST (10,1) = =S0ST(10,1)+1 —t---------
10
74
18
SO ST (6,1) = =S0ST(6,l)+l
SOST (12,1) = =SOST(12,1)+1
T(I)=O
IS(I)= 1
21
KMWN
PALL
20
7
8
Рис. П.3.3. Блок-схема расчета одного пути графа состояний н переходов процесса технической эксплуатации самолета
Пребывание в состояниях фиксируется в счетчиках числа попаданий. Переход в другое состояние осуществляется в соответствии с заданными статистическими условиями перехода. Пребывание в состояниях 7, 8. 9, 10, 11 означает проведение розыгрыша обнаружения не обнаруженных в полете отказов и восстановление минимального (из всех возможных) количества элементов до заданного уровня работоспособности системы (блок 20, 21). В состоянии 12 происходит полная замена всех элементов системы (блок 18).
В блоках 22, 23, 24 фиксируются попадание в состояние 18, переход в состояние 19 и далее переход в состояние 1 (полет).
Вычисление и накопление данных о характеристиках состояний процесса технической эксплуатации и надежности элементов функциональной системы в этих состояниях осуществляются в блоках 7—14, 16—18. Блок D1AG моделирует обнаружение отказов элементов (блок 15). Блок PALL выполняет следующие функции (блок 20)- .моделирование обнаружения отказавших элементов; счет обнаруженных отказов; моделирование восстановления обнаруженных отказавших элементов, моделирование перехода в следующее состояние.
Блок KMWN (блок 21) выбирает минимальное число обнаруженных неисправных элементов, которые при восстановлении обеспечивают заданный уровень работоспособности функциональной системы Для каждой функциональной системы данная процедура программируется заново.
В блоке KR (19) производится проверка логических условий перехода в состояние технического обслуживания и ремонта с переменным объемом работ.
263
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
ДОКУМЕНТЫ УЧЕТА ИСПРАВНОСТИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ САМОЛЕТОВ
Границы состояний процесса технической эксплуатации самолетов
Таблица П.4.1
<Ns п/п Индекс Состояние эксплуатации Границы состояния Условные обозначения на диспетчерском графике
Начало | Окончание
1 К Исправные В рейсе Момент взлета Момент посадки в базовом Зеленая штриховая линия
9 Е Обеспечение рейса » посадки аэропорту Окончание Ф-А по прилету Зеленая волнистая линия
3 м Задержки по метеоусловиям Начало Ф-А (Ф-В перед вылетом Время вылета но плану Момент вылета » фактического вылета То же Зеленая сплошная линия с ПО*
4 г и в связи с запретами В резерве Момент назначения в резерв Момент окончания (снятия) ре- меткой «Метео» или «Запрет» Зеленая сплошная линия с по*
5 А Исправный ненспользу- Момент приема готовности са- зерва Момент начала подготовки но меткой «Резерв» Зеленая сплошная линия
6 У емый Неисправные Устранение неисправностей молста Запланированный срок окопча- Ф-А Момент приема готовности са- Синяя волнистая линия
7 °б прн оперативном техническом обслуживании (Ф-А) Ожидание технического об- ння технического обслуживания по Ф-А Момент посадки молета Момент начала технического Красная штриховая линия с по*
8 гб служнвания по Ф-Б Техобслуживание по Ф-Б » начала технического об- обслуживания Окончание технического обслу- меткой Ф-Б Синяя сплошная линия г но-
9 °п Ожидание периодического служнвания Момент посадки живаиия Момент начала технического меткой Ф-Б Красная штриховая линия с но-
10 гп техобслуживания Техобслуживание по иерио- » начала технического об обслуживания Окончание технического об- меткой индексом периодической формы технического обслуживания Синяя сплошная линия с помет-
1 I U1 дическим формам Межсмеиные или иочиые служнвания Момент начала перерыва в ра- служиваиия Момент начала работы после кой индексом периодической формы технического обслуживания Красная штриховая линия
I 2 °р перерывы Ожидание ремонта боте Окончание технического обеду- перерыва Момент взлета для перегонки в Коричневая штриховая
жнваиия после последнего полета ремонт
№ Продолж. табл. П.4.1
11/11 Индекс Состоя it и е экс пл у ат а ци и Границы состояния Условные обозначения на диспетчерском графике _ •
Начало Окончание
13 р В ремонте Момент посадки в аэропорту ремонтною завода Окончание приемки из ремонта Коричневая сплошная
I 4 3 Отсутствие запчастей Момент прекращения технического обслуживания из-за отсутствия запасных частей Момент возобновления ского обслуживания тсхниче- Красная сплошная линия
1 5 и* » двигателей То же. Телей из-за отсутствия дни га- 1о же То же с пометкой «Дв»
16 Д Доработки ио бюллетеням Момент начала доработки Окончание доработки Синяя штриховая линия
17 ж Рекламации промышленности Момент кости обнаружения пененрав- .Момент устранения неисправности Красная штрихпунктирная линия
18 *'р Ре кл а м а ци и ре м з а вод а м То же То же То же. с пометкой «ГА»
19 л Расследования летных происшествий. поломок. по- вреждений н т. д. Момент в ня совершения ироисшест- Окончание расследования Красная пунктирная линия с пометкой «Расслед.»
20 в Восстановление самолета в авиационно-технической базе после повреждения Момент начала работ Получение готовности самолета Красная пунктирная линия
21 с Ожидание списания Момент посадки после последнего рейса или окончания расследования происшествия Дата приказа МГ А о списании Желтая сплошная линия
ю о СЛ
Таблица П.4.2
Табель учета исправности и использования самолета ---------------
(тип, иомер)
АТБ --------------------------УГА за ------------------—19 г.
(месяц)
Состояние эксплуатации [ Условные обозна- Пребывание самолета в различных состоя-иях при эксплувта-1ии по дням месяца. ч Итого за
чения I . 2. 3, 1. 5. 6. 7, 8.9. I 0 в т. д. месяц
Всего самолето-часов » исправных самолето-часов В том числе: время в рейсе обеспечение рейса простои по метеоусловиям и запретам в резерве исправные — неиспользованные Всего неисправных самолето-часов В том числе: устранение неисправностей прн Ф-А ожидание обслуживания по Ф-Б техобслуживание по Ф-Б ожидание периодического технического облуживания Периодические формы технического обслуживания: Ф-1 Ф-2 Ф-3 этап 1 этап II этап 111 этап IV этап V этап VI смена двигателей Ночные и межсменные простои в техническом обслуживании Ожидание ремонта В ремонте Отсутствие запасных частей Отсутствие двигателей Доработки по бюллетеням Рекламации промышленности » ремзаводам ГА Расследова н не п роисшествий Восстановление после происшествий Ожидание списания Процент исправности ф и к Е VI Г А Н У От, Тс. 0.. 7‘., III °Р1' 3 ДВ д ж Жр л в с
Итоговые данные за месяц
20.
Налет часов
число посадок.
Число вылетов в рейсы ----------------
Отчет об исправности и использовании самолетов и вертолетов за
ни фонда времени по состояниям эксплуатации Неисправные Ю1ИВЗИНЗ »HHI’VH>EO |
MEtfoaEE HHUEWBirxdrf |
HXOOHHdirllIRKOdll WEtfOQEC М1ЧН -XHOKdd инПЕиви-мэз 1
KKHaxoL-iroip Oil HMXOQEdo'Ij'
цэиэхв JHHtfBHHB аизхэхЛэхо
У9X3Eh -иве эиахэхЛэхО co
yHHdtfwadaou ai.'3ou эииагнонвхэзод X
EXHOWBd dHHEtfHWQ s’
«XLHUWOd fl -
И ИНВНИЖЛ1ГЭ9О иомэаьинхэх рц
Сведения о распределен! Исправные 1 В том числе Hoxairoii amuHBindauoa an •djqtitiedioH *r
ВХЭ1ГОП KexadiiBt- и ИКИ«01ГЭЛОЭХ •эи ou voxjodu
dodacad e
u/в кое -Ot'BQ H ЕХЭ1Г1ЧЫ эинэьдпзаро
aoyad н KW^du <
h-oxairowes хпиеиёпэи ojo^fl
н-охэ1гоивэ *инаи •ade йноф yrmdetf нд1гв}1 s
j eh Hoxairoidsfl • eoxairovigo оехэдышо)!
ExaL*Oxdaa ‘вхагоивэ них
u/u 6.\-
267
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автоматизация контроля и диагностики технического состояния самолетных систем. Рига: РИИГА, 1981. 91 с.
2. А р о н о в И. 3., Б у р д а с о в Е. И. Методы обработки цензурированных данных о надежности. М.: Знание, 1983. 107 с.
3. Барзиловнч Е. Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Высшая школа, 1982. 231 с.
•>4. Барзиловнч Е. Ю., Воскобоев В. Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию. М.: Транспорт, 1981. 197 с.
5. Барлоу Р., П р о ш а и Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность/Пер. с англ. И. А. Ушакова. М.: Наука, 1985. 328 с.
6. Беляев Ю. К. Приемочный контроль по альтернативному признаку. М.: Знание, 1979. Вып. 1, 52 с.; вып. 2, 56 с.
7. Б е л л м а н Р. Введение в теорию матриц. — М.: Наука, 1969. 367 с.
8. Бешел ев С. Д., Гуревич Ф. Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Статистика, 1980. 264 с.
9. Б е ш е л е в С. Д., Моро з о в А. А. Экономика эксплуатации само-летор_США. Экон, полит, идеол. 1980, № 9. С. 75—85.
(10 ) Биргер А. И. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. 239 с.
11. В е н т ц е л ь Е. С- Исследование операций. М.: Сов. радио, 1972. 552 с.
12. Волков Л. И. Управление эксплуатацией летательных комплексов. М.: Высшая школа, 1981. 368 с.
13. Вопросы математической теории надежности./Е. Ю. Барзиловнч, Ю. К. Беляев, В. А. Каштанов и др.; Под ред. Б. В. Гнеденко. М.: Радио и связь, 1983. 524 с.
v 14. Г е р а с и м о в а Е. Д. Методическое обеспечение технического обслуживания функциональной системы самолета по состоянию со статистическим регулированием уровня надежности// Научи, основы построения и реализации программы техн, обслуж. и ремонта летат. аппаратов. М.: МИИГА, 1981. С. 65— 70.
1)5) Диагностирование и прогнозирование технического состояния авиационного оборудования/В.Г. Воробьев, В. В. Глухов, Ю. В. Козлов и др.. Под ред. И. М.Сиидеева. М.: Транспорт, 1984. 191 с.
16. Д о м о т е н к о Н. Т., Пугачев А. И. Распределение агрегатов системы кондиционирования воздуха самолета Як-42 по методам технического обслуживания и ремонта / Техническая эксплуатация летательных аппаратов и авиационных двигателей. Рига: РИИГА. 1981. С. 3—7.
17 Д о р о ж к о С. М. Контроль и диагностирование технического состояния газотурбинных двигателей по вибрационным параметрам. М.: Транспорт, 1984. 128 с.
18 Доценко Б. И. Определение эффективности проверки технического состояния систем//Самолетостр. техн. возд. флота. 1982, №49. С. 83—86.
19. Игнатов В. А., Маньшии Г. Г.. Константиновский В В. Элементы теории оптимального обслуживания технических изделий. Минск: Наука и техника, 1974. 190 с.
268
20. Ицкович А. А.Обоснование программ технического обслуживания и ремонта машин. М.: Знание, 1983. 78 с.
21. Ицкович А. А. Повышение эффективности технической эксплуатации самолетов //Обзор по материалам отечественной и зарубежной печати. М.: ЦНТИ ГА, 1982. 48 с.
22. Ицкович А. А. Основные принципы построения комплексной программы технического обслуживания и ремонта самолетов //Научные основы построения и реализации программ технического обслуживания и ремонта летательных аппаратов. М.: МИИГА, 1982. С. 11—22.
23. Кини Р. Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях предпочтения и замещения. М.: Радио и связь, 1981. 274 с.
24. Комаров А. А, Надежность гидравлических устройств самолетов. М.: Машиностроение, 1976. 223 с.
25. Крылов К. А., X а й м з о н М. Е. Долговечность узлов трения самолетов. М.: Транспорт, 1976. 184 с.
26. Лозицкий Л. П., Я н к о А. К , Л а п ш о в В. Ф. Оценка технического состояния авиационных ГТД. М.: Транспорт, 1982. 160 с.
27. Методика анализа эффективности процесса технической эксплуатации самолетов в авиапредприятиях. М.: Воздушный транспорт, 1979. 61 с.
28. Михайлов А. В. Эксплуатационные допуски и надежность в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Сов. радио, 1970. 216 с.
29. Научные основы построения и реализации программ технического обслуживания и ремонта летательных аппаратов: Межвуз. сб. научн. тр. М.: МИИГА, 1981. 100 с.
30. Нормы летной годности гражданских самолетов СССР. М.: Межведомственная комиссия по нормам летной годности гражданских самолетов и вертолетов СССР, 1974. 343 с.
31. Общие требования к программе технического обслуживания и ремонта самолетов гражданской авиации. М.: ЦНТИ ГА, 1985. 20 с.
(32 у Основы технической диагностики. Кн. 1. Модели объектов, методы и алгоритм диагноза/Под ред. П. П. Пархоменко. М.: Энергия, 1976. 467 с.
33. П а п а д и м и т р и у X., Ст ай гл и ц К. Комбинаторная оптимизация. Алгоритмы и сложность. М.: Мир, 1985. 512 с.
34. Поспелов Г. С..Ириков В. А., Программно-целевое планирование. М.: Сов. радио, 1976. 440 с.
35. Р у а Б. Классификация и выбор при наличии нескольких критериев// Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, 1976.
36. Система сбора и учета информации об отказах эксплуатации и недостатках. Перевод № 3605, М.; ГосНИИ ГА, 1974. С. 125—134.
37. Смирнов Н. Н. Техническое обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию /Воздушный транспорт: В. т. 11. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1983. 168 с. (Итоги науки и техники).
38. Смирнов Н. Н., Ицкович А. А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. М.: Транспорт, 1980. 229 с.
39. Смолин А. А., Ш и у к о в А. Г., Ш и ш к о в В. П. Особенности эксплуатационной технологичности авиационных ГТД модульной конструкции— Тр. ГосНИИ ГА, вып. 208, 1982 С. 3—9.
40. Такакува Хидэо /Фунэ-но кагаку, 1982, 35. № 1. С. 101—107.
41. Техническая эксплуатация летательных аппаратов и авиационных двигателей: Межвуз. сб. научи, тр. Рига, РИИГА 1981. 128 с.
42. Т и т о в Ю. В.. Л и т в и н е н к о А. Н. Техническое обслуживание самолетов и вертолетов'/ Техническое обслуживание машин, оборудования и приборов зарубежными фирмами. Кн. 1. М.: Внешторгреклама, 1978, с. 31—71
43. Т ихомировА. Эксплуатация авиационной техники по состоянию Авиация и космонавтика. 1982. №2. С. 36—37.
44. Тихонов В. И.. Миронов М. А. Марковские процессы. М.: Сов. радио, 1977. 488 с.
45. Филипе Д., Гарей а-Д нас А. Методы анализа сетей. М.: Мир, 1984, 496 с.
46. Чалов А. В., И ц к о в и ч А. А. Диагностика состояния технической системы в задаче индивидуального регламента// Эффективность и оптимиза
269
ция систем и процессов гражданской авиации. М.: МИИГА, 1978, вын. 3. С. 70—74.
47. Шиидовский Э., Ill ю р ц О. Статистические методы управления качеством. Контрольные карты и планы контроля. И.: Мир, 1976. 598 с.
48. Шор. Я. Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. — М.: Сов. радио, 1962. 552 с.
49. Штейн Б. Е., Шт е й и М. Е. О задаче размещения компонент сложных систем,/Изв. ЛИ СССР «Техническая кибернетика». 1970, № 1, С. 40—42.
50. Эксплуатационная надежность и режимы технического обслуживания самолетов/Н. Н. Смирнов, А. М. Андронов, Н. И. Владимиров, Ю. И. Лемин. М.: Транспорт, 1974. 303 с.
51. Airline/Manufacturer maintenance program planning document. MSG—3, ATA, 1980. 38 p.
52. A-310— Design for maintenance. — «Tech Air», 1981, 38, N7, p. 8—13.
53. Bishop F. E. IMACSS cost savings estimator a trade — off analusis for abuilt — in monitoring system. «US Dep. Commer. Nat. Bur. Stand. Spec. Publ». 1981, № 622. p. 195—219.
54. Collin G. La maintenance des moteurs: des budgets tres lourds. «Air et Cosmos», 1981, 18, №846, p. 31—33.
55. Cutler R. Design for Maintenance. AIRMEC Conference, Zurich, 11 —13 February, 1981, 15p.
56. Fielding J. P. How Do Aircraft Break Down? Some Studies of Reliability Data Feedback. «Aircraft Eng.», 1980, 52, N 11, p. 15—19.
57. Heathcote A. J. Some Recent Advances in non-destructive testing applied to Aircraft in Service. «Spring Conv., Longlife Aircraft Struct., 14—15 May, 1980» London, s.a.
78. Jung S. Houe Verfahren und Methoden der technischen Diagnostic und Prognostic beiin Triebwerk NK—8—4. «Techn. — okon. inf. Ziv. Luftfahit», 1981. 17. N 4, p. 193—195.
59. Lufthanson Engineering. Advanced Technology beats Spiralling Costs. Interavia». 1981, №2, p. 138—142.
60. Marks P. A. Design for Economy. «Aircraft Eng.», 1981, 53, N 3, p. 11 —15.
61. Masayuki Ibusiki. Aircraft Maintenance by means of Operation Monitoring System. Hussn koky yth zakkacten., J. Jap. Soc. Aeronaut, and SpaceS ci.», 1981, № 333, p. 533—537.
62. Spring Convention: Long— Life Aircraft Structures. 14—15 May, 1980 London: Roy. Aeron. Soc., s. a. Yar. pag.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .............................. ......................... . 3
Глава 1. Методологические вопросы теории технической эксплуатации самолетов. . . 5
1.1. Системный подход к повышению эффективности технической эксплуатации ......................................... .... 5
1.2. Система технического обслуживания и ремонта...........7
1.3. Изменение технического состояния объекта при его эксплуатации .............. .......................................8
1.4. Взаимосвязь процессов технической эксплуатации изменения технического состояния объекта.......................... . 11
1.5. Формальное описание процесса технической эксплуатации и критерии его оптимальности................................15
1.6. Стратегии эксплуатации, технического обслуживания и ремонта ................................................. ... 19
Глава 2. Обеспечение конструктивно-эксплуатационных свойств современных самолетов ................ 24
2.1. Экономические и технические аспекты разработки и эксплуатации самолетов............. ............................24
2.2. Конструирование ЛА с учетом требований технического обслуживания и ремонта........................................30
2.3. Требования к эксплуатационной технологичности..........34
2.4. Анализ доступности и легкосъемности изделий функциональной системы.................................................40
2.5. Обеспечение эксплуатационной технологичности самолетов зарубежными фирмами.........................................44
Глава 3. Техническое обслуживание с контролем уровня надежности 49
3.1. Характеристика и область применения...................49
3.2. Контроль уровня надежности при техническом обслуживании однотипных изделий .... 51
3.3. Методы статистического контроля показателей надежности 60
3.4. Оперативная оценка надежности изделий, эксплуатируемых до безопасного отказа . ... 65
Глава 4. Техническое обслуживание и ремонт с контролем параметров 69
4.1. Общая характеристика и область применения...............69
4.2. Параметры технического состояния объектов и их изменение 72
4.3. Диагностирование технического состояния объектов .... 80
4.4. Реализация стратегии обслуживания и ремонта с контролем параметров . . ....................... ... 88
Глава 5. Режимы технического обслуживания и ремонта...............97
5.1. Классификация .........................................97
5.2. Модели режимов диагностирования и замены комплектующих изделий................................................. 99
5.3. Модели процесса технической эксплуатации изделий . . . 108
5.4. Формирование регламента технического диагностирования ЛА НО
5.5. Диагностирование технической системы в задаче индивидуального регламента ....................................... 112
Глава 6. Общие вопросы формирования программ технического обслуживания и ремонта.................................................116
6.1. Характеристика и структура программы...................116
6.2. Общие требования к программе....................... 120
6.3. Развитие методов формирования программ за рубежом . . . 123
6.4. Реализация программ....................................>28
271
Глава 7. Формирование программы технического обслуживания и ремонта планера самолета......................................... 132
7.1. Структура программы и основные принципы ее формирования 132
7.2. Формирование программы на уровне элементов планера . 135
7.3. Формирование программы на уровне планера самолета. . . 138
7.4. Формирование программы на уровне парка самолетов . . . 142
7.5. Оценка эффективности вариантов программы. 145
Глава 8. Формирование программы технического обслуживания и ремонта функциональной системы самолета . ..............150
8.1. Структура программы и основные принципы ее формирования 150
8.2. Анализ конструктивно-эксплуатационных свойств функциональной системы самолета....................................156
8.3. Моделирование процесса технической эксплуатации самолета с учетом изменения технического состояния элементов функциональной системы................................ .... 160
8.4. Формирование программы технического осблуживания и ремонта системы кондиционирования воздуха............ . . 170
8.5. Оценка эффективности программы....................... 178
Глава 9. Эффективность системы технического обслуживания и ремонта ЛА . ...................................188
9.1. Особенности системы технического обслуживания и ремонта по состоянию......................................... 188
9.2. Структура показателей эффективности процесса технической эксплуатации ЛА.........................................(90
9.3. Статистический анализ процесса технической эксплуатации 192
9.4. ^Методика анализа эффективности процесса технической эксплуатации ЛА................................................198
9.5. Влияние технического обслуживания и ремонта по состоянию на эффективность процесса технической эксплуатации самолетов ....................................................... 212
Глава 10. Информационное обеспечение технического обслуживания и ремонта самолетов . 217
10.1. Назначение и общая характеристика .... 217
10.2. Информационное обеспечение анализа надежности авиационной техники..............................................222
10.3. Информационное обеспечение анализа регулярности движения самолетов..............................................229
10.4. Информационное обеспечение анализа исправности и использования самолетов......................................230
10.5. Информационное обеспечение анализа трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта ... . . 232
Глава 11. Организационные аспекты технического обслуживания и ремонта по состоянию........................................... 2.35
11.1. Участие предприятий-изготовителей в организации обслуживания и ремонта...........................................235
11.2. Направления исследовательских и экспериментальных работ 237
11.3. Организация работ по обеспечению эксплуатационной технологичности ...............................................243
11.4. Совершенствование режимов технического обслуживания и ремонта................................................. 247
11.5. Организация обслуживания и ремонта двигателей модульной конструкции.............................................251
11.6. Совершенствование производственной базы предприятий 254
Приложения........................................................258
Список литературы.................................................268
272