ФОРМИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТОиР ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

4.1. МЕТОДЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Метод эксплуатации изделия АТ определен в разделе 1.2 как «…совокуп­ность правил выбора критерия предельного состояния изделия, по достижении которого дальнейшее использование изделия по назначению прекращается или приостанавливается». Данная формулировка в целом соответствует сложивше­муся в практике пониманию этого термина, но переносит акцент с «технической эксплуатации» на «эксплуатацию», в которой реализуется и ограничивается использование изделий по назначению.

Согласно критериям предельного состояния, устанавливающим пределы ис­пользования по назначению, выделены следующие методы эксплуатации:

■ до выработки ресурса;

■ до предотказного состояния;

■ до отказа.

Для выявления предельных состояний изделий в системе ТОиР необходимо выполнять целевые плановые работы по контролю состояния, поэтому каждому методу эксплуатации ставятся в соответствие следующие плановые работы ТО:

■ методу эксплуатации до выработки ресурса (ТЭР) — работы по контролю наработки;

■ методу эксплуатации до предотказного состояния (ТЭП) — работы по контролю значений определяющего параметра состояния;

■ методу эксплуатации до отказа (ТЭО) — работы по контролю работоспособности.

Следует отметить, что дополнительно к указанным группам работ, в системе ТОиР могут выполняться и другие работы этого вида для выявления случайных, неучитываемых и нерасчетных нарушений технического состояния каждого из­делия в процессе его эксплуатации в реальных условиях.

Все указанные группы работ ТО связаны с контролем состояния изделий АТ, и общим признаком этих работ является то, что их выполнение не изменяет тех­нического состояния изделия и его безотказность. Восстановление технического состояния изделия АТ или предупреждение его отказа осуществляется после­дующими действиями в системе ТОиР (ремонт, регулировка, замена) по резуль­татам контроля.

Выбор критерия предельного состояния изделия, до которого допускается его использование по назначению, обусловлен последствиями отказа изделия в

функциональной системе ВС по его влиянию на безопасность и регулярность полетов, а также приспособленностью конструкции ВС в целом и данного изде­лия к проведению работ по контролю данного вида предельного состояния и экономической эффективностью выполнения этих работ. Таким образом, выбор метода эксплуатации изделия базируется на условиях:

■ необходимое — обеспечение нормативного уровня безопасности и регуляр­ности полетов;

■ достаточное — обеспечение экономической эффективности работ по контро­лю предельных состояний, т. е. решается задача оптимизация контроля слож­ной многофункциональной системы ВС по выходным параметрам, при структурных и информационных ограничениях.

Нормативные уровни безопасности полетов задаются на ВС в целом соглас­но требованиям НЛГ, далее эти уровни распределяются по функциональным системам ВС методами экспертных оценок или по аналогу, а в каждой системе безотказность отдельных изделий нормируется методами равномерного, про­порционального или оптимального распределения между изделиями системы.

Исследование и анализ надежности каждого изделия в составе функциональ­ной системы ВС выполняются известными методами теории надежности слож­ных систем.

Из принятого определения метода эксплуатации формулируются следствия:

■ метод эксплуатации до выработки ресурса (ТЭР) устанавливает, что вероят­ность отказа любого изделия данного типа за установленный интервал нара­ботки в ожидаемых условиях эксплуатации не превысит заданной величины, что соответствует установлению одинакового ресурса всем изделиям данно­го типа без дополнительного контроля состояния и условий эксплуатации. Значение ресурса устанавливается известными способами расчета, ранжиро­вано по особым ситуациям полета вследствие отказа данного изделия;

■ метод эксплуатации до предотказного состояния (ТЭП) устанавливает, что вероятность отказа каждого конкретного изделия в реальных условиях экс­плуатации не превысит заданной величины, что соответствует установлению индивидуального ресурса каждому изделию по результатам параметрическо­го контроля состояния и условий эксплуатации.

■ метод эксплуатации до отказа (ТЭО) устанавливает, что количество отказов изделий за установленный интервал наработки не превысит заданной вели­чины, что соответствует установлению гамма-процентного ресурса парку изделий без дополнительного контроля их состояния и условий эксплуата­ции.

Эти следствия распространяются и на установление сроков службы изделий.

Установление ресурса г-м изделиям АТ из условия обеспечения требуемой их безотказности в эксплуатации по данным испытаний на надежность допусти­мо представить соотношением

ад = Ры>[ 1 -т}Q(X) ] (7-Pi), (5.1)

где т] = T)1rj2rj3r)4 — коэффициент надежности; х — искомое значение ресурса;

Р,„ — нормативное значение функции надежности 1-го изделия;

Q(x) — вероятность отказа изделия в интервале наработки (0,х);

Р, — риск эксплуатанта при принятом плане испытаний на надежность;

т), — коэффициент, учитывающий эквивалентность программы испытаний

ожидаемым условиям эксплуатации;

т}2- коэффициент, учитывающий адекватность математической модели на­дежности изделия реальному физическому объекту;

ц3 — коэффициент, учитывающий эквивалентность ожидаемых и реальных условий эксплуатации изделий;

tj4-коэффициент, учитывающих качество изготовления изделий.

Согласно установленным следствиям для различных методов эксплуатации 1-го изделия при заданных Р,„ и Р,- фактически реализуемая наработка изделий показана на рис. 5.1.

При эксплуатации изделия по методу ТЭР наработка любого изделия огра­ничивается значением Г (или Т при г|,=1), по достижении которого произ­водится замена или восстановление. При эксплуатации по методу ТЭП наработ­ка любого изделия ограничивается значением Т2, а при методе ТЭО — значением Тт, . В частном случае, если отсутствует ограничение на безотказность, реали­зуемая наработка каждого изделия соответствует м. о. наработки изделий до от­каза. Различие в значениях Т-Т3 определяет эффект в реализации средней нара­ботки изделия до замены или ремонта при различных методах эксплуатации.

Во всех случаях реализуемая наработка изделия базируется на последова­тельной модели надежности изделий, имеющих возрастающую или возрастаю­щую в среднем функцию интенсивности отказов (ВФИ или ВСФИ распределе­ния).

Следовательно, надежность изделия должна зависеть от наработки, причем эта зависимость может быть выражена функционально или стохастически. Па­раметр безотказности X (или w) должен быть возрастающим (возрастающим в среднем): X(t)<X(t + At) или w {t)<w{t + At), т. к. при х([) = X = const ограниче­ние наработки лишено физического смысла, а убывание параметра X (или w) со­ответствует периоду приработки, который для изделий АТ реализуется на этапах изготовления и испытаний.

А

Поскольку изделия АТ в полете не восстанавливаются, а время полета t есть случайная величина с распределением F(t), то вероятность безотказной работы 1-х изделий заJ-й полет

оо оо

Ру= J P(t)dF(t)= | P(t)f(t)dt, (5.2)

о о

где f(t) — плотность распределения F(t).

При нормальном распределении F(t) (разд.3.2) продолжительность произ­вольного j-го полета стремится к продолжительности типового полета, вероят­ность безотказной работы изделия, в котором для пуассоновского потока отка­зов равна [39,40):

3 V 2і

-Xjto+——^

V

Тогда надежность j-x изделий при отработке ресурса Т допустимо предста­вить как последовательную отработку п = T/to типовых полетов, т. е. как после-

довательное соединение п элементов с безотказностью каждого, равной Ру, от­куда

Тогда (5.1) принимает вид

причем количество типовых полетов, для которых выполняется (5.4) определя­ется значениями коэффициентов Ц/ г4 и может различаться в 2 — 8 раз, что и определяет сравнительную эффективность различных методов эксплуатации из­делия.

Установление ресурса изделию АТ при его эксплуатации по методу ТЭР производится известными способами расчета ресурсов по результатам проекти­рования, испытаний и эксплуатации. Альтернативный выбор методов эксплуа­тации ТЭР — ТЭП — ТЭО изделий АТ, учитывая их высокую надежность, целе­сообразно проводить из необходимого условия обеспечения безопасности поле­тов на основе экспертных оценок последствий отказов, определяемых по логи — ческой схеме (рис. 5.2), или ее аналогов [17]. Схема на рис. 5.2 состоит из трех блоков: информация — анализ — метод. В блоке «информация» формируется вся располагаемая информация об изделии, используемая для выбора метода экс­плуатации. В блоке «анализ» производится выбор метода по логической схеме, а в блоке «метод» группируются результаты. Достаточное условие для примене­ния методов ТЭП и ТЭО определяется их эффективностью относительно метода ТЭР из условия

где С — выходной экономический эффект;

СИЗд— стоимость изделия;

АСуд — дополнительные (к ресурсной эксплуатации) удельные эксплуатаци­онные затраты;

Т — установленный ресурс изделия;

Гер — средний фактически реализуемый ресурс изделия.

Дополнительные удельные эксплуатационные затраты в общем виде опреде­ляются как

где d и С — затраты при ресурсной и безресурсной эксплуатации изделия соот­ветственно;

Методе эксплуатации

Информация

Анализ

Функциональные параметры систем и изделий, контролируемые бортовыми средствами контроля, индикации и регистрации

Функциональные параметры систем и изделий, контролируемые наземными средствами контроля и диагностики

Статистика изменения функциональных параметров от наработки изделий и условий эксплуатации

ДА

НЕТ Можно ли обнаружить ДА Можно ли ввести дополнительные приближение к отказу дополнительными -► средства контроля в состав штатной КПА? средствами контроля и диагностики? НЕТ

Статистика видов отказов: по карточкам учёта отказов и неисправностей; по результатам лабораторных и ресурсных испытаний; по результатам исследований отказавших изделий

ДА

ТЭР

НЕТ

Бланки-карты иа агрегаты и изделия

Перечень минимально допустимого исправного оборудования, необходимого для выполнения рейса. Перечень неисправностей, с которыми разрешается эксплуатация до очередной периодической формы ТО. Результаты расчётов схемной надёжности

Конструктивная доработка изделия или системы

НЕТ

Рис. 5.2. Логическая схема выбора метода эксплуатации изделия

ТО, Р, КПА, HP — затраты на ТО, ремонт, контрольно-поверочную аппаратуру, накладные расходы, которые, при необходимости, раскладываются на составные части эксплуатационных расходов в соответствии с нормативными документами.

А общим правилом расчетов АС°уд является учет всех изменившихся рас­ходов на ТОиР при методах ТЭП или ТЭО, отнесенных к величине установлен­ного ресурса изделия при методе ТЭР. При этом следует учитывать только за­траты на дополнительные работы по контролю состояния (включая стоимость и затраты на эксплуатацию дополнительных средств контроля, а при необходимо­сти и стоимость неплановых замен изделий и убытки от простоев) дополнитель­но к затратам на ресурсную эксплуатацию изделия.

При выборе границ применения различных методов эксплуатации необхо­димо учитывать следующие особенности изделий авиатехники.

Эксплуатация до выработки ресурса назначается для наиболее ответствен­ных изделий, изменение состояния которых описывается последовательной мо­делью надежности, однако, контроль промежуточных состояний изделий в про­цессе эксплуатации невозможен по технологическим или производственно­организационным причинам, к числу которых относятся: низкая контролепри­годность изделия, отсутствие методов и средств контроля, отсутствие диагно­стических признаков, технологическая невозможность или экономическая неце­лесообразность контроля состояния изделия в реальных условиях эксплуатации ВС данного типа. Поэтому в условиях эксплуатации производится исследование причин отказов изделий и подтверждение обоснованности ресурсов изделий, эксплуатирующихся до выработки ресурса, что не исключает возможности пе­ревода этих изделий на эксплуатацию по другому методу (ТЭП, ТЭО) при изме­нении функций изделия или указанных выше причин.

Ресурс изделия при методе ТЭР с позиций обеспечения безотказности изде­лий в эксплуатации определяется согласно (5.1), а средний реализуемый ресурс изделия при эксплуатации по методу ТЭО равен гамма-процентному ресурсу или (при отсутствии ограничений на уровень надежности) средней наработке изделия на отказ в эксплуатации и определяется параметрами F(t). Гамма­процентный ресурс изделия назначается таким образом, чтобы средняя наработ­ка изделий до отказа была не ниже заданной, т. е.:

(5.8)

при условии, что 1-F(r3)>^.

Эксплуатация до предотказного состояния назначается для ответственных изделий, изменение состояния которых описывается последовательной моделью надежности, когда имеется диагностический параметр состояния изделия, опре­делены методы и средства контроля этого параметра в эксплуатации, обеспечена контролепригодность изделия и решены производственно-организационные во­просы. Метод ТЭП также назначается для малоответственных изделий, контроль состояния которых при указанных выше условиях экономически целесообразен относительно эксплуатации по предупредительно заданному ресурсу.

Для оценки эффективности эксплуатации изделия по методу ТЭП необхо­димо определить средний фактически реализуемый ресурс ( Тср ф ) изделий, а также оптимальное допустимое значение параметра Допт (табл. 5.1). В общем случае, изменение диагностического параметра U(t) может быть выражено мо­делью [41]

U(t) = Vcta + Z(t) + ЛП, (5.9)

где Vc — коэффициент скорости изменения параметра;

t — наработка изделия;

а — показатель степени аппроксимирующей функции;

Z(t) — случайный процесс отклонений реализации значений параметра от

теоретической кривой;

ДП — изменение параметра за период приработки.

Значение ДП реализуется для изделий АТ на этапах изготовления, испыта­ний и ремонта, а случайный процесс Z(t) имеет стандартизованные харак­теристики:

M[Z(t)]=0; Д [Z(t)J = ; R [Z(t), Z(t+At)]=p(At);

где т — среднее время корреляции в единицах наработки изделия.

Для гладких функций изменения U(t) при показателях а =1 и а2 = 0 и нор­мальном распределении Тср, фактический ресурс составит [42]

Дф (До>> -/i (Jb) +fi (До; + fi (ДоЛ

где

Г	/До-До 1	„и
ч	<*0 )	Ч
г?	[•■/До-Ї’о]	/ /г
Г 0	ч ст0	0 1

Фо

/2(До) = ^1 1=1 /з(До)=

/=П|+1

(«-1)/Д0-Г0

Таблица 5.1 Схема расчетов для метода ТЭП Условие оптимизации Исходные данные Целевая функция Допустимое отклонение параметра Прогнозируемый остаточный ресурс Обеспечение максимальной безотказности Пн, Пп, а, 8г, А, С, т, 7ср, U 2<Д,)- min Г і Л. _ О о ч—^ О* О) 1 — і До=[ДГ(“ = 1)а] Двяг-ДГ^п Попт =Пн+Допт при 5, ^ 0.05 Д = 0.5“ЦП 5, <0.05 Д = о. зас/п Q[t0CTlU(tK) = UK] = -P Vи V/a f к. =i+<; x V-a ^ J xJl-—(l682-0.S)-^- U„ 2 + U Обеспечение минимальных затрат Пн, Пп, ДП, а, §г, Л, С, Гор, U, Qy, То~ Т’ср/Тц А0 = А/С До = №п t/n = |Пп — пн| С(Д0,Тц)= min 0£До — S1 ‘ф(До.’ц) t qi-eWo./J]! <ф(До<^|) ВШ0,1и) ‘ф(До.’ц) — «- C^CHA-QQlt^/UiO^u, ^фОк’^ост) ^ф(^к’^ост) = (^к +^ocr)- — Jo" St’ocr /и({к) = UK]<*oct

Пн. П„ — номинальное, предельное значение параметра; ГСР — средний ресурс по параметру;

U — коэффициент вариации ресурса; — периодичность контроля;

— А, В, С-средняя стоимость устранения отказа, диагностирования и предупредительного восстановления, соответственно.

 

в(Л)=І

1=1

<р0- индекс плотности вероятности F0.

При а * 1 в (5.10) вместо Д, применяется До’/а. Средний фактический ресурс /-го изделия по параметру U(t) составляет

*ост

^ф/# ^осх^ ” ^ОСТ “ [ tocr / U(t) = UkJ dt, (5.11)

о

где tK — наработка изделия в момент контроля;

/ост =tK[(Un/UJl, a при о, <0,05 1 = 1;

tOCr = ( и„/ Vj’hl — tK при о2 < 0,05 / >1;

ШГ/± tia.

i=i i=i

Q [ /ост / и ft) = UK] = 1 — exp { — [(toct -1 Z)/aJb}.

где о, b, t™ — параметры масштаба, формы и сдвига.

Остаточный ресурс с заданной вероятностью Pjh безотказной работы при сг>0,05 определяется как корень уравнения

Q[t0cr/U(tJ = UJ = -PjH, (5.12)

откуда при і = 1

/ост=/к {[( + Броя) / (1+ Броя)]1/п — 1 )К, (5.13)

где Бр — квантиль нормального распределения, соответствующий PjH; а„ — относительная погрешность прогнозирования.

или при i=m > 3 рассчитывается предварительное значение

аГс*ГЧ+Гс*м-Е/.

которое при /ост — т является искомым, в противном случае

Далее при каждом последующем контроле через интервалы производится очередной расчет /ост. Эксплуатация изделия прекращается, если при контроле установлено, что /ОСт</ц— Индивидуальный ресурс 1-го изделия, реализуемый при методе ТЭП, будет равен:

^,=’o + iV (5-16)

Ц=1

Схемы расчетов остаточного ресурса для метода ТЭП приведены в табл. 5.1. Подобные условия выбора /ф и U(t) изложены в ГОСТ 21571, однако для изде­лий АТ, по выражениям (5.9 — 5.16) рассчитываются только предварительные значения /ф и U(t) для решения вопроса об экономической целесообразности применения метода ТЭП данного типа изделий. Эксплуатация конкретных изде­лий по методу ТЭП производится по рабочим методикам контроля параметров изделий и принятия решений в эксплуатации, обеспечивающих требуемый уро­вень безопасности полетов, однако во всех случаях при выборе метода эксплуа­тации ТЭП изделие АТ рассматривается как невосстанавливаемое, а средний реализуемый ресурс изделий при методе ТЭП составит

Тср — ЕФ. (5.17)

п i=i

где п — количество изделий в эксплуатации.

Значение Тер подставляется в (5.6) при определении эффективности приме­нения метода ТЭП. Эксплуатация до отказа назначается для изделий, отказ ко­торых в сочетании с любым другим приводит к ситуации не сложнее усложне­ния условий полета. Если изменение технического состояния изделия описыва­ется последовательной моделью, но контроль промежуточных состояний невоз­можен или экономически нецелесообразен, то устанавливается контрольный уровень надежности таким образом, чтобы средняя наработка изделий до отказа была не ниже заданной

аэ

Тср= jP(x)dx > 7^

О

или в статистической форме:

где t,(i) — наработка t-ro изделия до отказа, т. е. по данным усеченной выборки производится контроль средней наработки изделий до момента превышения за­данного уровня, свидетельствующего о приближении к среднему ресурсу сово­купности изделий. В частном случае при простой модели надежности изделий реализуется их средний ресурс.

Контролируемым параметром при методе ТЭО является интенсивность отка­зов X(t), значение которой определяется для всей совокупности изделий по эта­пам их эксплуатации. Для различных типов распределений времени наработки изделия до отказа модели изменения параметра Г имеют вполне определенный вид (Приложение 2). Поскольку значение (t) в эксплуатации всегда определя­ется по статистическим данным, то функция Z(i) в (5.9) определяет случай­ное отклонение эмпирической функции X(t) от ее прогнозируемого значения при наработке t. Поэтому функция X(t) для высоконадежных изделий АТ при малом количестве наблюдаемых отказов всегда имеет вид ломаной кривой при стг>0,05, a Z(t) имеет характеристики согласно (5.10). Тогда для определения эффективности эксплуатации изделий по методу ТЭО применяют выражения (5.9-5.16) при о*>0,05.

Таким образом, определены условия выбора методов эксплуатации изделий АТ по различным критериям их предельного состояния, как невосстанавливае — мых элементов функциональных систем ВС относительно плановых работ по контролю состояния, выполняемых в системе ТОиР.

Необходимо отметить, что методы ТЭП и ТЭО, экономически эффективные для всего парка 1-х изделий, могут оказаться убыточными в эксплуатации для отдельного авиапредприятия при малом количестве этих изделий в данном авиапредприятии или их эксплуатации в неблагоприятных условиях, что следует из полученных выше определений средних реализуемых ресурсов изделий при эксплуатации по методам ТЭП и ТЭО.