КРИТЕРИИ ВОССТАНАВЛИВАЕМОСТИ. (РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ) И ГОТОВНОСТИ
5.1. Принципы и виды технического обслуживания
Основным показателем эффективности системы технического обслуживания авиационной техники является полное исключение возможности отказа планера или одной из бортовых систем в период полета. Выполнение этого требования определяет высокую готовность авиационной техники и низкую стоимость обслуживания, так как готовность и стоимость и конечном счете сопоставляются с последствиями отказа авиационной техники в полете. Следовательно, выбор перио — иншостн и объема работ по выявлению, устранению и предупреждению нзносовых и внезапных отказов (допуская, что криработочных отказов в период нормальной эксплуатации не будет), должен производиться с учетом выполнения условий максимальной готовности авиационной техники на земле и стопроцентной ее безотказности в полете.
Таким образом, объем н периодичность технического обслуживания зависит, с одной стороны, от законов распределения времени между износовыми и между внезапными отказами и, с другой, — от эффективности работ, планируемых ии — кенерно-авиационной службой по выявлению, устранению и предупреждению изноеовых н внезапных отказов.
Учитывая различные условия появления нзносовых н вне — пшных отказов, готовность авиационной техники достигается путем замены (ремонта, регулировки) отказавших элементов или замены работоспособных, но близких к отказу элементов. 11оэтому для краткости будем называть замену элементов до пх отказа из-за износа первой стратегией, а замену элементов после внезапного отказа — второй стратегией, понимая здесь «мово «стратегия» как принцип технического обслуживания.
179
Первая стратегия применяется для систем с одиночно и резервно соединенными элементами. Она предназначается для предупреждения износа элементов н систем путем создания в условиях эксплуатации расчетного режима функционирования элементов, а также путем замены элементов, близких к износу. Эта стратегия осуществляется в процессе выполнения регламентных работ и проведения профилактических ремонтов авиационной техники. Периоды между регламентными работами и профилактическими ремонтами определяются экспериментально-расчетным методом прн условии, что в течение этого периода отказы элементов из-за износа являются событиями практически невозможными.
Если в течение этого периода происходит внезапный отказ, то производится замена элемента в порядке обслуживания (вторая стратегия).
Вторая стратегия обслуживания применяется только для систем с одиночно соединенными элементами. Она состоит в том, что выявление и замена (ремонт, регулирование) внезапно отказавших элементов происходит после отказа системы. Применение этой стратегии обусловлено тем, что при отказе любого нз одиночно соединенных элементов отказ всей системы проявляется при проверке ее работоспособности в виде внешних признаков ненормальной работы системы илн в виде показаний приборов контроля системы. Последующий за проверкой работоспособности поиск отказа уточняет, какой именно элемент следует заменить на работоспособный.
Для систем с резервно соединенными элементами предупреждение внезапного отказа системы осуществляется по первой стратегии. Замена отказавших элементов происходит через заранее определенный период эксплуатации, в течение которого отказ всей системы является событием практически невозможным. Применение этой стратегии для профилактики отказа систем с резервно соединенными элементами обусловь лено тем, что отказы элементов резерва не всегда улавливаются при проверке работоспособности системы. Поэтому, если не применять первую стратегию для профилактики внезапного отказа системы, то приходится контролировать работоспособность каждого резервного элемента, что связано с работами большого объема. Отличие стратегий профилактики внезапного отказа систем с резервно соединенными элементами от профилактики отказов элементов по износу состоит в том, что в первом случае период между заменами внезапно отка — девших элементов резерва выбирается независимо от суммарной наработки авиационной техники с начала ее эксплуатации.
Таким образом, для профилактики отказов из-за износа как основных, так н резервных элементов применяется первая стратегия, а для устранения внезапных отказов — вторая стратегия. Для систем с одиночно соединенными элементами, так же как для ее указанных элементов, профилактика износа проводится по первой стратегии, а устранение внезапных отказов — по второй стратегии. Системы с резервно соединенными элементами обслуживаются только по первой стратегии, так как внезапные отказы этих систем, так же как н отказы из-за износа, поддаются профилактике. При этом следует подчеркнуть, что профилактика внезапных отказов систем с резервно соединенными элементами отличается от профилактики отказов из-за износа элементов. Отлнчие состоит в том, что профилактика внезапных отказов систем с резервно соединенными элементами проводится путем замены внезапно отказавшего элемента резерва, в то время как профилактика отказов из-за износа систем проводится путем замены еще работоспособного элемента, но близкого к износу. Однако если систему с резервно соединенными элементами эксплуатировать без профилактической замены внезапно отказавших резервных элементов, то обслуживание такой внезапно отказавшей системы осуществляется по второй стратегии.
Рассмотрим применение каждой нз перечисленных стратегий обслуживания для предупреждения н устранения отказов авиационной техники.
Предупреждение износа элементов (первая стратегия). Обслуживание авиационной техники по первой стратегии предусматривает замену работоспособных, но близких к износу элементов на новые элементы, имеющие требуемый запас безотказности по износу. Поскольку интервалы эксплуатации между отказами элементов нз-за износа распределены по нормальному закону, то замену элементов производят — через интервалы эксплуатации, внутри которых вероятность отказа из-за износа очень мала (отказы являются событиями практически невозможными).
Для вычисления наибольшего интервала эксплуатации tx, внутри которого с вероятностью не меньшей P(tx) не будет отказов нз-за износа, используем условие
1 — P(tx) < 0,5 — Ф„ ( у?’"-) ,
где tx—интервал эксплуатации без отказов из-за износа; /сРи — средняя наработка на один отказ из-за износа; с — среднее квадратическое отклонение времени между отказами из-за износа;
— функция Лапласа. Значение этой функции приведено в табл. Ill [10].
Интервал эксплуатации tx, при котором выполняется условие
1 — А>(/„) < 0,5 — Ф„ ‘ ~я<СР" ) ,
является наибольшим интервалом эксплуатации /t, внутри которого не будет отказов из-за износа.
Например, требуется с вероятностью не менее 0,999 вычислить по табл. III [10] интервал для гидронасосов, если известны их tCVii — 500 час и о — 40 час.
Решение. Запишем-исходное условие для определения
tx:
1 — 0,999 < 0,5 Фь
или
Ф0 = 0.5 — 0,(301 = 0,499.
Но іабл. Ill [10] Ф0 ^ j — 0,499, что соответст-
вет — ЗЛ. Следовательно, — -= — 3,1. Отсюда tx 500 — 124 = 376 час.
Таким образом, если гидронасосы, наработавшие не более 376 час, заменять на новые (заранее приработанные в двигательной и самолетной компоновке), то отказов гидронасосов из-за износа не будет. Такое состояние стопроцентной надежности гидронасосов может продолжаться сколь угодно долго. Приведенный выше пример простого вычисления интервалов
iv (рис. 5.1) основан на очень сложном эксперименте по определению величин среднего времени безотказной работы гидронасосов £сРи и среднего квадратичного отклонения з. Как правило, подобные эксперименты проводятся в условиях, максимально приближенных к условиям массовой эксплуатации авиационной техники.
Зона Pu(t)*1
І, час
t~tcp~5004ac
Рис. 5.1. Определение интервала времени работы авиационной техники, внутри которого Ри (0 = I
В этом случае расчетными условиями называются те условия эксплуатации, которые будут соответствовать условиям эксперимента по определению tx и з. Если условия массовой эксплуатации не совпадают с условиями эксперимента (что может быть для новых конструкций авнацнонной техники), то производится коррекция как интервала так и самих расчетных условий. По мере накопления информации о надежности авиационной техники в условиях массовой эксплуатации устанавливаются величины интервала tx и формулируются расчетные условия эксплуатации авиационной техники.
Поэтому для предупреждения отказов из-за износа по причине превышения расчетных режимов работы через регулярные промежутки времени проводятся профилактические регламентные работы. Целью таких работ является сохранение авиационной техники в состоянии, обеспечивающем заданные значення вероятности безотказной работы по износу Р„ (/) = !.
В состав регламентных работ входят: глубокий контроль технического состояния авиационной техники с помощью специального оборудования, проверка ее работоспособности и внешние осмотры, в процессе которых выполняются по своем назначению три вида работ:
1. Обеспечивается поддержание расчетных условий работы элементов и подсистем в течение всего межрегламентного Срока.
2. Проверяются, заменяются или ремонтируются отказавшие резервные элементы н подсистемы, если система .резервирована.
3. Заменяются нли осматриваются элементы, близкие к сверхдопустнмому износу. Все эти работы выполняются с целью предотвратить рост параметра потока отказов элементов и системы и не допустить превышения его расчетного значения. В связи с этим эти работы и носят название профилактических регламентных работ. Однако в процессе выполнения регламентных работ также устраняются дефекты н внезапные отказы в системах с одиночно соединенными элементами, так как возможности подразделений регламентных работ по выявлению н устранению отказов (оснащенность, квалификация личного состава) больше, чем возможности подразделений технического обслуживания.
Периодичность выполнения первого вида регламентных работ для предотвращения уменьшения вероятности безотказной работы PK{t) зависит от физических характеристик применяемых элементов. Периодичность второго вида зависит от параметра потока элементов в резервированной системе и от требований к величине вероятности безотказной работы, с которой должна работать такая система. Периодичность третьего вида зависит от статистических характеристик износа элементов. Следовательно, периодичность этого вида будет различной для элементов каждого типа, так как интервалы, в которых появление сверхдопустнмого износа является практически невозможным событием, будут различными для элементов каждого типа. „
Для бортовых систем поддержание расчетных условий выражается в выполнении ряда работ по осмотру, контролю работоспособности элементов и систем в целом, замене элементов узлов и звеньев, близких к износу. Например, для механических систем — это поддержание режима смазкн, выявление и устранение люфтов, вышедших за пределы допуска, выявление деформаций тяг, качалок, трещин и т. д. Для гидравлических систем — выявление состояния фильтрующих элементов и степени фильтрации масел, поддержание режима охлаждения, устранение негерметичностн трубопроводов н различных соединений, устранение потертости трубопроводов, промывка баков, кранов и т. д. Для воздушных систем — поддержание заданных режимов фильтрации и охлаждения воздуха, осмотр и проверка работы воздушных редукторов баллонов сжатого воздуха, клапанов перепуска и т. д. Для пла — пера — осмотр трущихся поверхностей, возобновление смазки, замер люфтов и т. д. Для систем автоматического управления различными объектами — проверка регулировки, функционирования системы и т. д. Для всех без исключения бортовых систем — проверка состояния контровочных н крепежных элементов и степени отбортовки различных магистралей.
Безусловное и своевременное выполнение в полном объеме перечисленных работ позволяет создать в полной мере расчетные условия эксплуатации авиационной техники и тем самым реализовать расчетное (запланированное) время работы той или иной бортовой системы без отказов из-за износа.
Ряс. 5.2. Варианты соотношения между межремонтным ресурсом системы и техническими ресурсами элементов: Тэ — технический ресурс элемента; Тс — технический ресурс системы |
Кроме работ, связанных с поддержанием заданных, расчетных режимов работы авиационной техники, предупреждение износовых отказов производится методом замены элементов, близких к сверхдопустимому износу, на новые элементы с полным техническим ресурсом. Для случаев, когда внутри межремонтного ресурса системы требуется замена элементов, выработавших свой технический ресурс и близких к сверхдопустимому износу, рассмотрим варианты соотношения межремонтного ресурса бортовой системы н технических ресурсов элементов, ее составляющих.
На рис. 5.2 показаны четыре варианта соотношения между межремонтным ресурсом системы н техническими ресурсами элементов.
Первый вариант — технический ресурс элемента меньше межремонтного ресурса системы Тэ<С. Тс. Второй вариант— технический ресурс элемента равен межремонтному ресурсу системы Тэ = Гс. Третий вариант — технический ресурс элемента больше в некратное число раз межремонтного ресурса системы Тэ > Тс. Четвертый вариант — технический ресурс элемента больше в кратное число раз межремонтного ресурса системы Тэ — пТс {п = 1,2,3…).
Все необходимые работы по созданию расчетных условий функционирования системы и элемента назначаются для каждого из четырех перечисленных вариантов.
Для первого и третьего вариантов, кроме этого, в состав профилактических работ по предупреждению износовых отказов назначаются работы по замене элементов, выработавших технический ресурс. Для второго н четвертого вариантов замена элементов, выработавших технический ресурс, производится в процессе профилактического или среднего ремонта бортовой системы, в состав которой входит данный элемент.
Таким образом, в состав профилактических работ, проводимых с целью предупреждения износа планера и бортовых систем, входят работы по замене элементов, близких к износу, н работы по созданию заданных расчетных условий функционирования каждого элемента (смазка, промывка, регулировка н т. д.). Работы по замене элементов, близких к износу, проводятся в процессе профилактического ремонта системы (варианты 2-й н 4-й) нли в процессе регламентных работ (варианты 1-й н 3-й). Работы по созданию заданных расчетных условий функционирования каждого элемента (для всех четырех варнантов) проводятся в процессе регламентных работ. Как профилактические ремонты, так и регламентные работы проводятся регулярно через определенные постоянные периоды наработки элементов бортовой системы (илн через случайные интервалы календарного времени). Периоды наработки элементов между профилактическими ремонтами обычно совпадают с межремонтным ресурсом системы н зависят от статистических характеристик износа элементов. Периоды наработки элементов между регламентными работами зависят от статистических характеристик износа элементов (1-й или 3-й варианты), от физических характеристик применяемых элементов, от условий компоновки элемента в системе, от применяемых горюче-смазочных материалов, спецжилкос — тей и т. д.
Как правило, бортовые системы разрабатываются по 2-му или 4-му вариантам, чтобы облегчить эксплуатационникам 186
борьбу с отказами из-за нзноса элементов путем проведення только работ, связанных с созданием расчетных условий функционирования каждого элемента. Поэтому в условиях массовой эксплуатации регулярно через 50, 100, 200 и более часов наработки авиационной техники технический состав выполняет регламентные работы по осмотру, смазке, регулировке, очистке и т. д., т. е. выполняет только те работы, которые создают заданные условия функционирования для каждого элемента в пределах межремонтного ресурса системы. Что касается работ, связанных с заменой элементов, близких к износу, то они выполняются в процессе ремонта в стационарных условиях с использованием более сложного оборудования для контроля и замены элементов.
Устранение внезапных отказов элементов сложных систем (вторая стратегия). Работы но выявлению и устранению внезапных отказов, появляющихся в период межремонтного ресурса, проводятся тогда, когда наблюдается ненормальная работа авиационной техники. Ненормальная работа авиационной техники может улавливаться по внешним признакам нли по показаниям бортовой или аэродромной контрольно-проверочной аппаратуры. Таким образом, работы по выявлению и устранению внезапных отказов состоят из внешних осмотров, проверок работоспособности планера и бортовых систем, поиска отказавших элементов, замены или регулировки (ремонта) отказавших элементов н проверок работоспособности систем после устранения отказов элементов.
Интервалы функционирования бортовых систем, в которых внезапные отказы элементов являются событиями практически невозможными, гораздо менее продолжительны; чем аналогичные интервалы для износовых отказов системы. Это объективное обстоятельство значительно затрудняет профилактику внезапных, отказов на продолжительных интервалах эксплуатации.
Действительно, если какой-то элемент бортовой системы имеет наработку на внезапный отказ 500 час и мы попытаемся этот элемент еще в работоспособном состоянии, в порядке профилактики его от внезапного отказа, заменить, скажем, после 400 час функционирования, то этим не будет достигнуто никакой пользы. Наоборот, этим будет причинен только вред, іак как элемент, который заменил элемент, наработавший 400 час, еще не приработан в компоновке бортовой системы и может отказать гораздо раньше, чем снятый работоспособный элемент. ‘
Равенство ґСРв = о дЛя внезапных отказов — указывает на неопределенность в сроках их наступления н на практическую невозможность^ применения для внезапных отказов рассмотренную выше первую стратегию (профилактику) отказов из-за износа. Следовательно, для борьбы с внезапными отказами элементов и систем применяется более трудоемкая вторая стратегия обслуживания.
Выше было установлено, что если межрегламентный интервал выбран правильно, то между регламентными работами износовые отказы отсутствуют и бортовая система может потерять работоспособность только нз-за. внезапных отказов. Вероятность безотказной работы системы с одиночно соединенными элементами за время tpp будет равна
P{tpp) = e 4
где £сРв— средняя наработка системы на одни внезапный отказ элемента; /рр— суммарное время функционирования системы между двумя соседними моментами окончания регламентных работ.
Например, если fpp = 100 час, £СРв ~ 400 час, то
100
Р(<рр)=—Р(100) = е 400 =0,7788.
Следовательно, можно ожидать, что 23% однотипных систем откажет до момента t— tpv— 100 час. Из 100 однотипных систем 23 откажут и будут восстановлены до того, как истекут запланированные 100 час. Среднее время вср между восстановлениями 23 внезапно отказавших систем фактически есть среднее время безотказной работы 24 систем, считая, что внезапный отказ элемента 24-й системы произошел в момент t=tpp (рис. 5.3), поэтому среднее время безотказной работы каждой из систем, отказавшей внутри периода £рр, вычисляется для наработки 4Рв аналогично тому, как вычисляется время безотказной работы элемента интегрированием P{t) от 0 до /РР:
Таким образом, среднее время безотказной работы каж — юй из систем, отказавших до запланированного срока регламентных работ, равно произведению средней наработки на внезапный отказ на вероятность отказа за период между регламентными работами. Для нашего примера среднее время 0ср равно
есР — /сРв <2 (/р р) — 400 • 0,23 — 92 «тс.
* * И-*-* и *■
-8ср^92часа-
tpn-ЮОчас
8ср*1160 час
1рр~200час
Рис. 5.3. К выбору интервала между регламентными работами
Если время функционирования системы между регламентными работами увеличить со 100 до -200 час, предполагая, что эти 200 час не превышают межремонтный ресурс (износ отсутствует), то
200
Я(/рр)^Я(200) = с 400 — с~0,5 = 0.6.
т. е. к 200 час наработки уже 40 систем внезапно откажут н будут восстановлены, а среднее время безотказной работы этих отказавших систем будет равно
0ср = *cPbQ(*pp)=400Q(200) = 400-0,4 = 160 час.
На рис. 5.3 крестиками показаны моменты окончания устранения внезапного отказа каждой из отказавших систем на интервалах 100 н 200 час.
Дальнейшее увеличение интервала между регламентными работами приведет к дальнейшему уменьшению вероятности безотказной работы
300 I
Я(300) — с 4Ш = <Г°>75 = 0,472
и к увеличению среднего времени
е, р-400(1 0,412) — 2Ш час.
С увеличением интервала между регламентными работами налет (наработка системы) на внезапный отказ увеличивается. Так, для интервала в 100 час налет на внезапный отказ равняется 100:23 = 4,35 час; для интервала в 200 час — 200:40 = 5 час; для интервала в 300 час —- 300 : 53=5,65 час.
Допустим, что средние трудозатраты, потребные для устранения каждого внезапного отказа, составляют Т’п. а для проведения регламентных работ — 1,5 Т.(. Тогда средние трудозатраты, потребные для обеспечения часа полета, будут
inn 23Т„ — J — 1,оТ„ п Ой с т составлять для интервала в 100 час —”ioo ——————————————————————- —0,2451 Л;
Следовательно, с увеличением интервала между регламентными работами растет время налета на отказ и уменьшаются трудозатраты, потребные для обеспечения часа полета. Однако вывод, который напрашивается из сделанного анализа, — увеличить интервал между регламентными работами до интервала, равного межремонтному ресурсу, — является несколько преждевременным, так как даже если качество применяемых смазок, фильтрующих элементов, защитных средств позволяет без контроля использовать их весь межремонтный период, то и в этом случае следует проверить, сможет ли летная часть располагаемыми силами и средствами устранить все накопившиеся к концу интервала между регламентными работами внезапные отказы элементов. Следовательно, ограничением в увеличении интервала между регламентными работами является готовность авиационной техники к полету.
Таким образом, прн выбранной стратегии борьбы с внезапными отказами элементов бортовых систем приходится считаться с требованием не только надежности, но и готовности авиационной техники к полету, а также с требованиями стоимости восстановления бортовых систем, потерявших работоспособность в период между регламентными работами.
Предупреждение внезапных отказов систем с резервно соединенными элементами. Для полноты учета всех факторов, влияющих на продолжительность периода между регламент
ными работами, рассмотрим влияние выбранного метода обслуживания на надежность бортовых систем с резервно соединенными элементами. Как было рассмотрено выше, эти системы теряют работоспособность прн отказе одного основного и всех элементов резерва. Поскольку до момента отказа системы наблюдается поток внезапных отказов элементов резерва, го всегда можно рассчитать период эксплуатации системы, в течение которого отказ последнего элемента резерва является событием практически невозможным.
Ранее в теме «резервирование» (см. гл. 3) был рассмотрен пример расчета вероятности безотказной работы систем с резервно соединенными элементами и вычислены средние наработки на отказ /СГо этих систем. В среднем такие резервированные системы откажут по одному разу за каждые tcPi час, если резервно соединенные подсистемы (элементы) не были заменены еще до момента отказа (183 час). Однако если заменять отказавшие элементы до отказа системы, то можно значительно увеличить период ее работы до отказа (1000час), причем это увеличение зависит от того, насколько часто выявляются и устраняются внезапные отказы элементов резервированной системы. Прн устранении отказов сразу же после их появления система будет отказывать реже, чем при отсутствии осмотров и устранений отказов, поскольку при этом каждый новый период после выявления и устранения отказа начинается при полном восстановлении резерва.
Рассмотрим пример определения периода между регламентными работами в системе с тремя резервно соединенными элементами и с наработкой на отказ каждого элемента tcрв — 400 час. Кратность резервирования этой системы равна трем, т. е. система отказывает при совместном отказе трех элементов. Для определения периода, в течение которого резервированная система остается работоспособной, поступаем так же, как мы поступали при определении периода работы системы, в течение которого появления отказов из-за износа были событиями практически невозможными.
Задаваясь, например, вероятностью 0,99, определяем период эксплуатации системы, в течение которого внезапные отказы более двух элементов являются событием практически невозможным. Используя формулу (3.35), получаем 0,99=1—
( -&У
— 1-е 11 /.После несложных преобразований получим пе
риод эксплуатации системы /рр = 40 час, в течение которого
не может быть более двух внезапных отказов резервных по і систем.
Следовательно, если выявлять и устранять отказы резервированной системы через 40 час, то система может функционировать безотказно в течение всего межремонтного ресурса. При проведении в сроки профилактических ремонтов система безотказно будет функционировать в течение всего технического ресурса. Очевидно, что для данной системы интервал между регламентными работами следует выбрать 40 час. Из этого примера видно, что внезапные отказы резервированных систем поддаются определенной профилактике, т. е. отказ всей системы удается предупредить путем периодического устранения отказов резервно соединенных элементов этой системы.
Таким образом, наиболее эффективной стратегией обслуживания авиационной техники являются:
— профилактика отказов из-за износа элементов (замена элементов, близких к сверхдопустнмому износу, регламентные работы);
— выявление и устранение внезапных отказов элементов всякий раз после их появлений в системах с одиночно соединенными элементами;
— профилактика внезапных отказов систем с резервно соединенными элементами (замена части элементов резерва через расчетный период эксплуатации).
Прн выбранном способе борьбы с износовыми и внезапными отказами иа продолжительность периода между регламентными работами оказывают существенное влияние следующие факторы:
— параметр потока внезапных и износовых отказов;
— среднее время, потребное для проведения профилактических работ, и время, потребное для выявления и устранения внезапных отказов;
— величина времени, которым располагает ннженерно-тех нический состав летной части для устранения и предупреждения отказов.