ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
6.1. СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВС
Эксплуатация ВС реализуется последовательной сменой организационных и технических состояний процесса эксплуатации (Пэ), исследование и анализ которого выполняются статистическими методами [12]. Процесс эксплуатации (Пэ) включает технические состояния ВС, связанные с объективными закономерностями изменения технических качеств ВС как объекта эксплуатации, и организационные состояния, определяющие субъективный процесс организации и планирования использования ВС. Объективный процесс технической эксплуатации (Птэ) реализуется в системе ТОиР, которая не включает организацию и планирование эксплуатации и представляет совокупность взаимосвязанных элементов: ВС, средств ТОиР, исполнителей и устанавливающей правила их взаимодействия документации для поддержания надежности и готовности ВС к полетам. Эффективность системы ТЭ определяется затратами труда, времени и средств, необходимых для обеспечения требуемых уровней надежности и готовности ВС в ожидаемых условиях эксплуатации. Таким образом, для анализа системы ТЭ необходимо из Пэ выделить объективный Птэ, параметры которого и определяют эффективность системы ТОиР.
В системе ТЭ реализуются два процесса:
1. Процесс изменения технического состояния АТ на последовательных этапах жизненного цикла ВС с начала эксплуатации и до списания (ПТс);
2. Процесс последовательной смены организационных состояний ВС в эксплуатации (Птэ).
Задача информационного обеспечения в системе ТЭ заключается в определении количественных характеристик указанных процессов и формировании информационного процесса (Пиу), устанавливающего соответствие между техническими и организационными состояниями ВС:
Пиу, = Пхс, є ПT3j при і є {/}. (6.1)
Техническим состоянием ВС в процессе эксплуатации возможно управлять следующими способами:
■ изменением условий эксплуатации (уровней функциональных и региональных факторов) — Птс(у);
■ изменением конструкции систем, изделий и оборудования — ПТС(Д> ■ изменением режимов ТОиР — Птс(ТОиР).
Изменение реальных условий эксплуатации ВС и, соответственно, их систем, изделий и оборудования связано с введением эксплуатационных ограничений, что сужает эксплуатационные допуски и область применения ВС по назначению. Такое направление по управлению техническим состоянием ВС принимается в исключительных случаях, как временная внеплановая мера на период исследования обстоятельств и условий появления в эксплуатации нерасчетных изменений технического состояния конкретных изделий, которые привели к особым ситуациям в полете в реальных условиях эксплуатации данного типа ВС. Процесс Ищу) в этом случае изменяется скачкообразно и управляющим воздействием Птэ возвращается к положению до скачка.
Изменение конструкции проводится с целью адаптации ВС к реальным условиям эксплуатации таким образом, чтобы расширить область применения ВС и устранить причины появления нерасчетных изменений технического состояния конкретных изделий. Такое управление процессом ПТс(д> также является неплановым и выполняется либо после временного изменения условий эксплуатации до их возвращения к начальным, либо для придания изделию лучших эксплуатационных качеств и повышения надежности.
В системе ТЭ управление ТС реализуется путем выполнения работ ТОиР в 1-х состояниях технической эксплуатации {ф,}. Согласно разделу 4.3 любая последовательность технических состояний ВС между полетами описывается простыми путями ориентированных графов S и (рис. 6.1 и 6.2). Узлы ( Ф,) графа S
представляют плановые состояния ТОиР ВС, а узлы (ф,. ) графа £, представляют внеплановые технические состояния ВС.
Рис. 6.1. Граф плановых состояний ТОиР самолета S: |
ВС — работы по встрече; ОС — работы по обеспечению стоянки; А] — транзитное обслуживание; А2 — суточное обслуживание; Б — базовое обслуживание; Пк — периодическое обслуживание или плановый ремонт; ОВ — работы по обеспечению выпета; П и П1 — состояния «полет» »
Рис. 6.2. Граф неплановых состояний ТОиР самолета St: С — специальное ТО; О — осмотр; X — хранение; Д — доработки; 3 — замена агрегатов; СП — списание |
Процесс технической эксплуатации полностью определяется множеством {Ф„Фі,} узлов графов S и Sb каждый из которых описывается параметрами распределения множеств {/,}, {*!,-} времени нахождения ВС в г’-м техническом состоянии, а также вложенной цепью, определяющей вероятность (Р,) нахождения ВС в і-m состоянии и частотой (л;) попадания ВС в i-e состояние на рассматриваемом интервале времени.
Нужно отметить, что РО некоторых типов самолетов не соответствуют требованиям стандарта на регламент ТО и включает в себя формы оперативного ТО под другими обозначениями. Так, для самолетов Ан-24, Як-42 названные формы оперативного ТО обозначаются буквами русского алфавита от А до Ж. Для описания различных соответствий ВС в течение летного дня можно получить следующий граф состояний (рис.6.3), который несколько отличается от приведенного на рис. 6.1, а именно — в его структуру введено организационное состояние «ПС», определяющее подготовку ВС в начале летного дня после стоянки.
В реальных условиях эксплуатации ВС плановое управление техническим состоянием ВС, а через него и процессом технической эксплуатации определяется только режимами ТОиР при заданной структуре видов и форм ТОиР и, соответственно, принципами назначения видов работ ТОиР к выполнению, обусловленных технологическим обслуживанием, методами эксплуатации и стратегиями восстановления ВС в целом и всех его изделий в совокупности. Реализация планового процесса ПТС(ТоиР) определяет и реализацию постоянной составляющей процесса Птэ-
В общем случае в эксплуатации реализуется процесс:
Птс = Птс(У)+Птс(Д) + Птс(тоиР)- (6-2)
Переменные составляющие Птс(у> и Пщд) определяют случайные отклонения процесса Птс от его стационарного значения ПщтоиР), тогда процесс Птс в целом можно описать моделью
Рис.6.3. Граф состояний самолета в течение летного дня |
Птс = пТС(ТОвР)< + 2{пТС(У)(0;ПТС(д)(о}- (б. з)
Значение функции z(u) и ее характеристики определяются случайными моментами времени т(. появления опасных неисправностей ВС при развивающихся повреждениях или их мгновенном появлении при эксплуатации за пределами у-мерной {Д, у} области определения условий эксплуатации (раздел 3.1).
Стационарный процесс ПщтоиР) описывается графом связей S, в узлах { ф.} которого осуществляется мгновенный переход состояний. Узлы графа S в общем случае имеют вид (см. рис. 6.1) и определены в разделе 4.1.
Процесс ПщтоиР) осуществляется реализацией простых путей ориентированного графа S через { ф.} от состояния выполненного полета П к последующему полету П1:
Реализация функции z(u) определяется ее параметрами (6.3) и приводит к дополнению от любого узла графа S (кроме Пк) простого пути ориентированного графа S% причем, если граф Si реализуется по пути, заканчивающемся А2 или Б, то путь графа S продолжается от соответствующих состояний если Si реализуется окончанием КП, то граф S реализуется полным повторением, а в остальных случаях после реализации графа S{ граф S реализуется от узла ОС (см. рис. 6.2).
Таким образом, процесс Птс характеризуется семью плановыми организационными состояниями, определяющими последовательную подготовку ВС к использованию по назначению (причем, состояние Пк определяет целый комплекс периодических форм, различных по объемам работ, но общих по назначению), шестью неплановыми состояниями, определяющими процесс нарушения регулярной эксплуатации по техническим или организационным причинам, и состоянием использования по назначению. Исследование процесса ПТс, выполняемое статистическими методами [5], показывает эргодичность и стационарность процесса на небольших интервалах времени, однако эвристическая оценка параметров процесса Ттс позволяет сделать вывод о его нестационарное™ на протяжении срока службы с начала эксплуатации и до списания ВС на основе следующих результатов опыта эксплуатации:
Состояние полета — (ГГ). Значения частоты и параметров состояний «полет» (состояний П) изменяются по годам эксплуатации ВС, авиапредприятиям, в зимний и летний периоды эксплуатации, соответственно, изменяются и параметры Pj и тс(., вложенной цепи состояний графа S. Так, интенсивность попадания самолета Ил-86 в состояние П изменяется в 2 и более раз по годам эксплуатации и сезону (рис. 6.4). Поскольку реализованные пути графа S соединяются состояниями П, то параметры Р(п) и Л(П) этого состояния определяют и параметры остальных состояний графа S. Продолжительность нахождения ВС в отдельном состоянии П относительно конкретного j-го маршрута имеет эффективную оценку среднего (Гш) при а(/П|) <0,05/ц,, однако относительно всех маршрутов полета для каждого авиапредприятия a(fn)>0,2Fn соответственно, при уровне значимости 0,99 вероятность нахождения ВС в состоянии П, заданной продолжительности (6=7) будет Рп (t — =Г)<(0,05н-0,і)Рп, причем, Р(П) изменяется от 0,05 до 0,3 в зависимости от этапа эксплуатации, сезона года и авиапредприятия базирования ВС.
Рис. 6.4. Интенсивность попадания самолета Ил-86 в состояния эксплуатации в течение года: |
A,|-j — интенсивность попадания в состояние «полет»;
Х. п (м) — интенсивность появления задержек вылета по метеоусловиям
В реальных условиях эксплуатации ВС, определяемых маршрутами полетов, расписанием и количеством ВС в данном авиапредприятии, оптимизация ПТЭ может быть достигнута путем локальной оптимизаций параметров каждого состояния Ф,, в жестких связях ориентированных графов 5и5|.
Характеристика параметров состояний Ф,.
Состояния ВС и ОВ взаимосвязаны между собой через состояние П и имеют равную частоту тсвс = появления, a /Job) и Р(вс) определяются распределениями {ґ0в} и {/вс}) значением тсп и параметрами нормального распределения {/п}- Распределения {/0в} и {/вс} имеют эффективную оценку средних /ов и /вс при о < 0,05, поэтому Р(ОВ) и Р(ВС) с достоверностью Р = 0,99 моїуг быть получены через параметры состояния П. Состояния ВС и ОВ не связаны с техническим состоянием конкретного ВС и определяются постоянным составом работ ТОиР. При обнаружении на ОВ неисправности, воздушное судно переводится из состояния ОВ в состояние ВС с частотой, равной отменам вылета по техническим причинам с изменением вероятностей перехода из состояния ОВ в П. Поскольку состояние П в производственной деятельности АТБ считается от начала загрузки ВС до окончания выгрузки, а ОВ и ВС выполняются именно в эти периоды, то продолжительность ОВ и ВС не включается в продолжительность реализации простых путей графа S.
Состояние ОС является промежуточным между ОВ и ВС, причем частота этого состояния определяется организацией и планированием ТОиР ВС парка, их использованием по назначению и ограничениями на применение по назначению, по климатическим и техническим причинам. Состояние ОС определяет ожидание неисправным ВС ТОиР или ожидание ОВ в исправном состоянии.
Состояния «оперативное техническое обслуживание А|, А2, и Б» связаны с продолжительностью полетов ВС каждого авиапредприятия и количеством полетов, т. е. годовой наработкой на каждый экземпляр ВС данного типа. Частота появления состояний А|, А2 и Б в сумме всегда равна частоте состояний ВС или ОВ при регулярной эксплуатации ВС. При перерывах в эксплуатации, частота состояний А|, Л2 и Б увеличивается на величину, определяемую качеством планирования ВС к использованию по назначению, сроками перерывов в эксплуатации и сроками действия форм Аь А2 и Б.
Состояния А|, А2 и Б определяются параметрами распределения {/п} и пп. При регулярной эксплуатации и правильном планировании использования ВС я(А,) + тс(А 2) + 7с(Б ) = к(П), так как в пределах диспетчерского планирования ПТЭ является стационарным. Трудоемкость работ ТОиР, выполняемых в состояниях А|, А2 и Б, определяется постоянной и переменной составляющими (раздел 5.4). Поскольку около 80% всех неисправностей ВС устраняется в состояниях А|, А2 и Б, в том числе все неисправности, приводящие к задержкам вылета, переменная составляющая трудоемкости ТОиР в этих состояниях составляет примерно 30% постоянных работ ТОиР и определяет параметры распределения времени {/,} нахождения ВС в этих состояниях.
Частота появления состояний Пк (к=1,2…п) полностью определяется наработкой ВС, т. е. параметрами {ґп} и тс(П), прямо связана с интенсивностью эксплуатация ВС и их количеством. Трудоемкость работ ТОиР, выполняемых в состояниях Пк, также определяется постоянной и переменной составляющими, однако относительная величина переменной составляющей не более 10% от постоянной и не определяет параметры распределения {fac}-
Для дуг графа S по количеству передаваемых состояний справедливы соотношения (см. рис. 6.1).
ТС, = Яг + ТСз + 7І4 + Я5 = 7:9 + 7С|0 + Я| I + Л|2 + Я]3 = Я|8
Щ = 7t6 + ТС7 + Я8 = 7С|3 + тс12 + щ’ + п7‘ + %в’ тс4 + п6′ = л6 + я,,;
Щ + щ’ = П7 + Я, о; ТС2 + Я8′ = Я8 + Щ", Я|4 = Я|6; Я|5 = Я17; Я|3 = Я|4 + Я|5,
из которых при известных Р(П), {7П} и я(П) определяются частоты я,- всех состояний графа S.
При регулярной установившейся эксплуатации, с выполнением каждым ВС хотя бы одного полета в сутки, частота некоторых состояний определится следующим образом:
(6.4)
где Гр — рассматриваемый календарный интервал времени (в пределах действия расписания);
х — периодичность выполнения формы; tfii — наработка і-го ВС за период; п — количество ВС типа;
ГБ — установленная календарная периодичность формы Б.
Среднее время нахождения некоторых типов ВС в состояниях Ф(. (в процентах годового фонда времени) за 1985 г. приведено в таблице 6.1, причем состояние П включает время загрузки — разгрузки ВС. (Примечание: статистические данные приведены за 1985 г. в период интенсивного развития отрасли ГА. После 1991 г. в связи с резким снижением интенсивности использования ВС статистический анализ несостоятелен).
Частота попадания ВС в состояния графа S в 1,5-3 раза меньше частоты задержки вылета по метеоусловиям (см. рис. 6.3), что не позволяет с требуемой достоверностью прогнозировать эти состояния в плановой деятельности авиапредприятия.
Распределение времени нахождения ВС в состояниях технической эксплуатации, % годового фонда времени
|
Основными параметрами состояний графа S для авиапредприятий являются продолжительность и трудоемкость работ ТОиР. Продолжительность каждого состояния определена технологическими графиками, т. е. является величиной постоянной для планирования, а дополнительная продолжительность работ по устранению неисправностей сказывается только на форме А|, не имеющей резерва времени. Аналогичное положение и по трудоемкости работ, которая постоянна для состояний ОВ, ОС и ВС, для состояний А|, А2 и Б в среднем выше плановой на 30%, а для Пк — на 10%.
В общем случае вероятность попадания ВС в Ф,-е состояние графа S определяется выражением
Г2
ДФ,) = ^:Xn(t)dt, (6.5)
Л
где /; — функция связи /-го состояния с состоянием П;
А. п (() — интенсивность попадания ВС в состояние П ;
ЛТ — Т2-Тх — календарный интервал времени;
К — региональный коэффициент для th
а полная вероятность реализации процесса ПТЭ между полетами равна сумме вероятностей P(S) и P(St) реализации графов S и £,.
Таким образом, ПТЭ допустимо рассматривать как заданную последовательность реализации простых путей графа S с детерминированными параметрам продолжительности и трудоемкости работ каждого состояния, а параметры вложенной цепи процесса полностью определяются состояниями П, узлами графов S и £| и расписанием полетов данного типа ВС в авиапредприятии.
Некоторые результаты эксплуатации различных типов ВС приводятся в табл. 6.2 и 6.3, анализ которых подтверждает вывод о нестационарности процесса Птс по периодам эксплуатации и о его неэргодичности по авиапредприятиям. Такой же вывод следует из рис. 6.4, определяющего интенсивность попадания самолета Ил-86 одного из авиапредприятий в состояние «полет». По другим типам ВС картина аналогична.
Рассмотрим условия попадания ВС в организационные и технические состояния процесса технической эксплуатации в системе ТОиР.
Организационные состояния ВС определяются узлами графа S, при реализации возможных простых путей от состояния П к состоянию П1. Реализуемый простой путь для каждого конкретного ВС определяется его предыдущим использованием по назначению и последующим назначением и не зависит от фактического технического состояния и, соответственно, от принятых стратегий восстановления систем и изделий. В состояниях ВС, ОС и ОВ техническое состояние ВС не изменяется, поскольку выполняются только работы технологического обслуживания и попадание ВС в эти состояния целиком определяется состоянием «полет» и организацией процессов ТОиР. В состояниях А, и А2 техническое состояние ВС в плановом порядке также не изменяется, поскольку выполняются только плановые работы по контролю состояния и технологического обслуживания. Работы по поддержанию и восстановлению надежности, изменяющие техническое состояние ВС, выполняются только по результатам контроля, как неплановые. Попадание ВС в состояния Ai и А2 полностью определяется состоянием «полет» и организацией процессов ТОиР. В состояниях Б и Пк техническое состояние ВС изменяется в плановом порядке в зависимости от принятых стратегий восстановления изделий, однако ВС попадает в эти состояния независимо от плановой потребности в работах по поддержанию и восстановлению надежности, так как необходимость попадания ВС в состояния Б и Пк определяется также работами по контролю. Попадание ВС в состояния Б и Пк также полностью определяется накопленными состояниями «полет».
Таким образом, попадание ВС в организационные состояния графа S полностью определяется частотой и параметрами состояний «полет» и не зависит от процесса изменения технического состояния ВС. Продолжительность каждого организационного состояния узлов графа S определяется технологическим графиком подготовки одиночного ВС и является постоянной при условии отсутствия внеплановых работ по устранению неисправностей. При выполнении работ по устранению неисправностей продолжительность состояний узлов графа S увеличивается, но только из-за работ большей продолжительности, чем плановая продолжительность соответствующего состояния. При таком условии продолжительность Б и Пк не изменяется, продолжительность ОВ, ОС, ВС также не изменяется, а число состояний А| и А2 увеличенной продолжительности и приводящих к задержкам вылета составляет не более 1%, что примерно на порядок меньше, чем задержки вылета по организационным причинам и по метеоусловиям, поэтому данной величиной можно пренебречь.
В общем случае суммарная продолжительность нахождения ВС в состояниях графа S (кроме П, П1) составляет 10 — 25% , в том числе — в состояниях Б и Пк 10-15% календарного фонда времени (табл. 6.2). Продолжительность нахождения ВС в состояниях графа Sі составляет 5 -10% календарного фонда време-
ни, причем половина этого времени приходится на внешние организационные причины (отсутствие запчастей, хранение в неисправном состоянии и т. д.), не связанные с изменением технического состояния ВС в процессе эксплуатации.
Из изложенного следует, что управление техническим состоянием ВС осуществляется в плановом порядке в узлах БиПк ірафа S реализацией стратегий восстановления изделий и в узлах Аі и А2 внепланово, реализацией графа S по устранению выявленных отказов и неисправностей. Эффективность процесса управления определяется соответствием плановых режимов ТОиР фактической потребности в их выполнении и объемами неплановых работ ТОиР по устранению отказов и неисправностей, т. е. соответствием модели (6.3) реальному физическому процессу изменения технического состояния ВС. Оптимальное управление состоянием ВС выбирается на основе принципа оптимальности Веллмана (разд. 5.4). Поскольку конструкция и технические качества ВС уже созданы на этапах разработки, изготовления и испытаний, то в эксплуатации управление техническим состоянием этой конструкции будет оптимальным при условии применения оптимальных методов эксплуатации и стратегий восстановления для отдельных элементов этой конструкции и задача оптимального управления сводится к задаче выбора оптимальных методов эксплуатации и стратегий восстановления, решение которой требует соответствующего информационного обеспечения по условиям эксплуатации, техническому состоянию АТ в процессе эксплуатации и режимам ТОиР.
Таблица 6.2 Распределение календарного фонда времени по состояниям технической эксплуатации ВС, %
|
Тип ВС |
Состояния/Годы |
Полет |
ОВ+А, (А2)+ВС |
ОС |
ПК+(Б) |
С |
д |
3 |
СП |
о+х |
Як-42 |
85 |
27,2 |
6,3 |
35,9 |
17,2 |
3,8 |
1,9 |
0,2 |
— |
7,5 |
86 |
15,3 |
1,8 |
3,4 |
1,2 |
— |
5,2 |
||||
84 |
18,6 |
6,9 |
33,8 |
11,3 |
1,0 |
16,4 |
7,2 |
— |
4,8 |
|
Ил-86 |
85 |
23,5 |
7,8 |
26,3 |
14,8 |
0,5 |
14,6 |
8,4 |
— |
4,1 |
86 |
13,5 |
0,5 |
6,1 |
17,8 |
1,3 |
3,1 |
Таблица 6.3 |
Количественные характеристики состояния эксплуатации ВС
|
6.2. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕТОДОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ И СТРАТЕГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ
Основным информационным потоком в системе ТОиР является информация о техническом состоянии АТ, характеризующая надежность АТ в процессе эксплуатации.
Согласно нормативным требованиям НЛГ, безопасность полетов, выражаемая через безотказность АТ, ранжированную по последствиям, обеспечивается в целом для парка ВС данного типа. В общем случае реализация процесса Птс для парка ВС данного типа представляется простейшей схемой фис. 6.5), дополнение которой блоками анализа, преобразования, сравнения и т. д. приводит к частным схемам. Рассматривая процесс Птс как совокупность составляющих его процессов £ Птс, 1-х изделий ВС, входные (X К, Q) и выходные (Pi) параметры
каждого ПТо процесса разделяют по каждому /’-му типу изделий таким образом, чтобы значение выходных характеристик Р по парку ВС соответствовало заданным нормативам.
{ХІ} |
парк ВС |
m |
W |
||
1 (Р(П<Тн)} |
А |
{ki} |
Рис.6.5. Информационная схема реализации процесса технических состояний парка ВС |
Каждый Птсі процесс для множества {/} изделий, находящихся в эксплуатации, реализуется в системе ТОиР ВС принятым методом эксплуатации и стратегией восстановления этого типа изделий.
Парк ВС и соответственно множество {А/}} /’-х изделий в эксплуатации рассматриваются как «черный ящик» относительно ТС каждого /-го изделия находящегося под воздействием входных факторов xtJ с {х,};
ку d {А;}; Вц а В(}• Техническое состояние {Щ изделий характеризуется выходной функцией P,{t) таким образом, что фактическое ТС каждого изделия на интервале наработки (t, t + At) остается неизвестным.
Множество работ ТОиР {Ву), распределенных во времени 0<t<TiH (7’,, — назначенный ресурс /-х изделий), определяет режимы ТОиР, управляющие ТС изделий в эксплуатации. Эффективность режимов ТОиР, с одной стороны, характеризуется затратами труда, времени и средств на обеспечение значений выходной функции Рі(І) не ниже заданных нормативов [Р(Н]. С другой стороны, режимы ТОиР формируются из работ трех видов: технологического обслуживания, контроля состояния, поддержания и восстановления надежности, выбор которых зависит от вида изделия, метода его эксплуатации и стратегии восстановления, что требует и соответствующего информационного обеспечения.
Работы технологического обслуживания {Віт} назначают только для обслуживаемых изделий в объемах, определяемых видом изделия, формой (Ф,) организационного состояния, в котором находится ВС, его последующим назначением и в зависимости от условий эксплуатации. Информационная схема обеспечения режимов работ технологического обслуживания (рис. 6.6) замкнута по входным факторам jc, и Аг, и выходным параметрам {Ф,} на работы (Д-). Выполнение работ Вт без изменения ТС изделий обеспечивает последовательную смену организационных состояний Ф, ВС в процессе эксплуатации.
Рис.6.6. Информационная схема реализации работ технологического обслуживания изделия в эксплуатации |
Плановые работы по контролю состояния {ДА}П обусловлены методом эксплуатации изделия, и их выполнение не изменяет ТС изделия, а обеспечивает процесс технической эксплуатации информацией о ТС изделий и их соответствии нормативному уровню заданного вида предельного состояния. Реализация методов эксплуатации до выработки ресурса (ТЭР), до предотказного состояния (ТЭП) и до отказа (ТЭО) обеспечивается соответствующими информационными схемами (рис. 6.7). При несоответствии ТС изделий заданным нормативам, выполняются внеплановые работы по поддержанию и восстановлению надежности {Дн}„, т. е. выходной параметр, достигший предельного значения для данного метода эксплуатации 1-го типа изделий замкнут на входные внеплановые работы
При методе ТЭР (рис.6.7, а) выходным параметром является наработка изделия ty до установленного ограничения ресурса [Г;], что приводит к прекращению дальнейшей его эксплуатации за счет выполнения работ по замене. Входные факторы Xj и ki в этом случае не замкнуты на выходной параметр ty.
При методе ТЭП (рис.6.7, 6) выходными параметрами являются контролируемые значения {Щ, определяющего параметра Ц-. Достижение данным параметром заданного ограничения [Ц] приводит к последующему восстановлению или изъятию j-то изделия из эксплуатации. В общем случае значение [П,]
Рис. 6.7. Информационные схемы реализации методов эксплуатации изделия: а — ТЭР; б — ТЭП; в — ТЭО |
Рис. 6.8. Информационные схемы реализации стратегий восстановления изделия: а — С\ б — Су, в — С4 |
зависит от t, т. е. [П(]=[Щ/)], и от условий эксплуатации, поэтому входные факторы Ху. и ку в этом случае замкнуты на выходной параметр П,,(<), зависимость которого от наработки (/) требует и наличия контролируемого выходного параметра Ц.
При методе ТЭО (рис.6.7, в) выходным параметром является надежность изделия, выраженная через безотказность P,{t). При достижении безотказностью заданного ограничения [Р(] становится необходимым поддержание надежности за счет выполнения работ {В, н}. Входные факторы х,- и к, в этом случае также не замкнуты на выходной параметр P,{t), зависимость которого от наработки требует наличия контролируемого выходного параметра ty.
При всех методах эксплуатации требуется выполнение плановых работ по контролю состояния {Д-К}п для определения заданного вида предельного состояния. Такой контроль проводится при заданных ограничениях [fj на его периодичность, что характеризуется замкнутой цепью ty = [/,] выходного параметра ty на входные работы {/?,*} п.
Следует учесть, что метод ТЭО применим для восстанавливаемых и невос — станавливаемых изделий, что определяет и вид плана исследований надежности.
При ТЭО невосстанавливаемого изделия необходимо установить факт его отказа и заменить на новое. Отказавшее изделие в эксплуатацию не возвращается. Контроль надежности изделий на календарном интервале времени [Г/] рассматривается в этом случае как одновременные испытания на надежность N объектов с заменой отказавших новыми и прекращением испытаний по истечении заданного времени. На следующем интервале процесс повторяется. Такой план соответствует плану [NRT] испытаний на надежность (здесь и далее планы испытаний на надежность по ГОСТ 27.002). Безотказность этих изделий характеризуется интенсивностью отказов (t) и контролируется значениями наработки на отказ в полете 7оп или наработки на неисправность в межрегламентный период Гм — для необслуживаемых изделий, или наработки на неисправность, выявленную в полете и на земле Тс — для обслуживаемых изделий.
При ТЭО восстанавливаемого изделия необходимо установить факт его отказа и заменить на исправное. Отказавшее изделие восстанавливается и возвращается в эксплуатацию на замену очередному отказавшему. Контроль надежности этих изделий на данном интервале времени [7] рассматривается как одновременные испытания на надежность объектов с восстановлением отказавших и прекращением испытаний по истечении заданного времени Т. Это соответствует плану испытаний [NMT], Безотказность этих изделий характеризуется параметром потока отказов со(/) и контролируется значениями Т0п или Гм для необслуживаемых изделий и Тс для обслуживаемых.
Контролируемые уровни надежности могут устанавливаться для всей совокупности изделий данного типа или для групп изделий эксплуатирующихся в одинаковых условиях или на ВС одного авиапредприятия. При контроле всей совокупности изделий необходимо обеспечить однородность результатов наблюдений относительно условий эксплуатации.
Получение в эксплуатации значений контролируемого параметра надежности изделия ниже установленного контрольного уровня является сигналом для принятия решения о последующих действиях с целью восстановления надежности. Эти действия могут заключаться в проведении дополнительных плановых восстановительных работ или ремонта восстанавливаемых изделий, проведении доработок или ограничении ресурса восстанавливаемых и невосстанавливаемых изделий.
При введении дополнительных плановых работ ТОиР контрольные уровни надежности изделий и план исследований надежности на последующих этапах остаются без изменений. В случае конструктивной доработки изделия после доработки могут приобрести новые качества и соответственно могут измениться контрольные уровни и план исследования надежности этих изделий.
При ограничении ресурса изделия списываются по отработке ресурса или ремонтируются. Превышение контрольного уровня с последующим ограничением ресурса и списанием изделий приводит к снятию с эксплуатации всех изделий, наработка которых на данном этапе превышает установленное ограничение, и замене их новыми. План испытаний в этом случае принимает вид [NU(r, nі)(г2Пі)…(гк-і)(пк-/)/■*]. Новые изделия, установленные взамен списанных, в дальнейших исследованиях надежности не учитываются.
Превышение контрольного уровня с последующим ограничением ресурса и ремонтом изделий приводит к плану испытаний [NMT] в случае неполного восстановления качеств изделий при ремонте и плану [NRT], если изделия после ремонта рассматриваются как новые.
Ограничение по наработке может вводиться не для всех изделий, а ранжированно, по условиям эксплуатации групп изделий. После ограничения по наработке эти изделия в дальнейшем эксплуатируются по методу ТЭР.
Расчет надежности изделий при ТЭО производится известными методами математической статистики на основе плана испытаний, выбранного в соответствии с изложенными рекомендациями. В зависимости от плана испытаний значения получаемых оценок надежности могут различаться в 1,5-2 раза.
Таким образом, план исследования надежности изделий при ТЭО определяется правилами замены отказавших изделий, их классификацией относительно работ ТОиР и последующими действиями в системе ТОиР с целью восстановления надежности этих изделий в эксплуатации. Схема информации о техническом состоянии изделий в эксплуатации при ТЭО является разомкнутой, т. е. нет прямой связи между ТО каждого изделия и выходной информацией.
Входные эксплуатационные факторы {х,} и {kt} не замкнуты на выходной параметр Pit), зависимость которого от наработки требует контроля и выходного параметра Ц. Если Pt(t <ТН) = const, где 7н — назначенный ресурс ВС, то контроль Pit) не имеет смысла и /-е изделие эксплуатируется без контроля безотказности и наработки изделия до списания ВС.
Статистическая оценка безотказности P,{t) в процессе эксплуатации требует следующей информации: о количестве изделий в эксплуатации (Щ и количестве их отказов (л,0), суммарной наработке изделий за оцениваемый период (7) и виде плана испытаний.
Прогнозирование интенсивности отказов изделий требует информации о видах отказов и наработке изделий на момент отказа, с начала эксплуатации этих изделий, включая и результаты испытаний на надежность.
При методе ТЭП (см. рис. 6.7, б) выходным параметром являются контролируемые значения {П,}у определяющего параметра П, (или £П,. ), достижение которым заданного ограничения [П,] приводит к необходимости восстановления или изъятия у’-го изделия из эксплуатации выполнением работ {ВІИ}, которые могут быть плановыми или неплановыми. В общем случае, значение [Щ зависит от наработки и от условий эксплуатации, т. е. [П,] = [П,{ґ,*„£,)], поэтому информация о текущих значениях {х,}7, {&,}у, {/,}у замыкается на контролируемое значение П, у, и информационная схема является замкнутой.
Метод ТЭП требует информации о текущем значении определяющего параметра П, у для каждого у-го изделия данного типа і и его сравнения с предельным значением [П,]. Контроль значений Пу может выполняться непрерывно или периодически, однако управляющие воздействия {By} могут выполняться только периодически через интервалы наработки или времени в соответствии с организационными состояниями процесса ТОиР. Множество измеренных значений {Пу} обеспечивает в конечном счете решение задачи недопущения в эксплуатации появления значений П, у>[П(] или П, у<[П,] с заданной вероятностью, что соответствует общим положениям испытаний на надежность, рассмотренным для метода ТЭО, в зависимости от классификации изделий и правил восстановления исправности ВС при достижении предельного состояния [Щ для данного /’-го типа изделий в эксплуатации. Поэтому планы испытаний на надежность для метода ТЭП являются аналогичными как и для метода ТЭО, а контрольный уровень надежности устанавливается относительно допускаемого числа появления в эксплуатации предельных значений П, у>[П,] или П, у<[П,].
Таким образом, метод ТЭП требует информации об условиях эксплуатации Ху и ку каждого /-го изделия и его наработке, если Hy=H{tj. Xy, ky), и информации аналогичной методу ТЭО для подтверждения обоснованности предела [Ц], допускаемого в эксплуатации, и оценки надежности ВС в целом.
В предельном случае применения метода ТЭП, когда определяющий параметр П, контролировать невозможно или нецелесообразно по конструктивным, технологическим или организационным причинам, вводится ограничение по наработке таким образом, чтобы
где [Г4] предельная величина наработки изделий в эксплуатации, равная межремонтному ресурсу для восстанавливаемых изделий или назначенному ресурсу для невосстанавливаемых.
Величина [7/] устанавливается на основе комплексов исследований при проектировании, изготовлении, испытаниях и эксплуатации изделий. Контроль наработки ty для каждого изделия не позволяет прогнозировать отказ конкретного j-го изделия 1-го типа, однако обеспечивает заданную вероятность безотказной работы совокупности {/} изделий при условии, что наработка любого j-го элемента этой совокупности не превышает [77]. По мере накопления информации о техническом состоянии изделий в эксплуатации повышается достоверность оценки Pi, и значение [77] поэтапно увеличивается, пока (6.6) не превратится в равенство. Ограничение [77] может устанавливаться единым для всех изделий данного типа или ранжировано по группам изделий в зависимости от условий эксплуатации {*,} и {&,}. В этом случае цепь &,} (см. рис. 6.7, а) замыкается на ограничение [77]. Планы испытаний на надежность при методе ТЭР также соответствуют рассмотренным для ТЭО в зависимости от классификации и правил восстановления изделий. Схема информации о ТС изделий в эксплуатации является разомкнутой, так как контроль наработки у-го изделия не фиксирует его фактического ТС и нет прямой связи между ТС j-го изделия, выходной информацией ty и управляющими действиями {Ву}.
Применение метода ТЭР требует информации о текущей наработке каждого изделия, о соответствии условий эксплуатации {ху} и {ку} j-го изделия установленным ограничениям [х,] и [&,], что обеспечивает заданную вероятность безотказности этих изделий при отработке ресурса [77], а также информацию, аналогичную при ТЭО для оценки обоснованности ресурса [77] и надежности ВС в целом.
Классификация информации по групповому признаку (для всей совокупности изделий, выборке изделий или индивидуально по изделию) определяется логическими условиями применения каждого метода эксплуатации при обеспечении безопасности полетов.
Реализация методов эксплуатации по достаточному условию обеспечения эффективности ПТЭ сводится к выбору метода эксплуатации ТЭО или ТЭП, обеспечивающего максимальное сокращение затрат на ТЭ относительно альтернативного метода ТЭР согласно условию (5.1). Соответственно информационное обеспечение достаточного условия выбора и реализации метода эксплуатации ТЭО или ТЭП требует статистической информации об эффективности применения метода ТЭР и дополнительной информации об относительной эффективности применения методов ТЭО или ТЭП по каждому типу изделий. Расчет эффективности всех методов эксплуатации производится относительно удельных затрат на ТЭ одного изделия данного типа по каждому авиапредприятию при условиях, что годовой объем летной работы и срок службы ЛА в целом не меняется, а парк ЛА (изделий данного типа) остается неизменным в данном авиапредприятии.
Расчет эффективности базового варианта ТЭ i’-го типа изделий при методе ТЭР и состав исходной информации определяют в соответствии с разделом 5.1, а дополнительные удельные затраты с учетом (5.7) допустимо представить как
&Cydi~~ /02i>U2i>^2f)» (6-7)
ТГ •«!
где 32,- — затраты на доработку или модернизацию і-х изделий;
и2,- — дополнительные текущие эксплуатационные издержки на ТОиР 1-х изделий;
кц — сопутствующие капитальные вложения;
Тг, Пі — годовой налет на ВС и количество i’-ых изделий в авиапредприятии
соответственно.
Значения 32/ и кц приводятся на год эксплуатации и относительно срока службы ВС и срока амортизации капвложений. Средний ресурс Тср из (5.6) определяется как м. о. наработки изделий до предельного состояния, соответствующего методам эксплуатации ТЭП и ТЭО.
Выполнение работ, соответствующих стратегии восстановления, согласно определению, непосредственно изменяет ТС изделия или ФС ВС, поэтому реализация стратегии восстановления обуславливает информационный процесс обеспечения системы ТОиР данными о выполнении работ по поддержанию и восстановлению надежности изделий в эксплуатации, влиянии этих работ на надежность и эффективности применения принятой стратегии восстановления.
Реализация стратегий восстановления из необходимого условия обеспечения безопасности полетов выражается структурными информационными схемами (рис. 6.8), определяющими процесс изменения и восстановления ТС изделий в эксплуатации. При всех стратегиях восстановления отказ изделия приводит к необходимости выполнения работ непланового восстановления {Дн}н, проводимого по результатам работ планового контроля работоспособности {Д*}н через установленные интервалы [/,-], что характеризуется цепью, замыкающей значения выходного параметра ty = [Г,] на работы {Д*}пИ {Дн}н-
При стратегии С| (см. рис.6.8, а) выходным параметром является наработка изделия ty, через интервалы [дг,] которой выполняются плановые работы (Дн}п независимо от потребности в них каждого j-го изделия. При отказе проводится неплановое восстановление {Дн}н, что требует планового контроля {Д*}п — Выходной параметр Ц замкнут на входные управляющие факторы {Д*} и {Дн}. Следовательно, стратегия Сі характеризуется дополнительной к Сз информационной цепью ty — [дг,], замкнутой на {Дн}п-
При стратегии С3 (см. рис. 6.8, б) выходным параметром также является наработка ty, через интервалы которой [6] выполняются плановый контроль {Д*}п, а при отказе — неплановое восстановление (Дн}н — Выходной параметр Г, у замкнут на входные факторы {Да} и {Дн}, т. е. стратегия С3 полностью характеризуется общей цепью для всех стратегий восстановления.
При стратегии С4 (см. рис. 6.8, в) выходным параметром являются контролируемые по наработке Ц значения определяющего параметра Д(ґ), при отклонении которых от заданных ограничений [ДРД/)] выполняются работы {Дн}п — Контроль П, требует выполнения плановых работ {Д*}П- Выходные параметры Пу и Гу замкнуты на входные {Дн} и {Д*}.
Поскольку П(у = /(Гу, Ху, к у), то значения {х,}у и {&,}у замкнуты на выходной параметр П,. Относительно С3 стратегия С4 характеризуется дополнительной цепью Пу(Гу, Ху, ку), замкнутой на работы {Д*}п {Ди}п-
Информационные схемы стратегий С2 и С5 по выполнению работ {Дн} и {Д*} через календарные интервалы времени аналогичны стратегиям С| и С4 соответственно.
При всех стратегиях восстановления общим выходным параметром является безотказность P,{t) изделий, что позволяет контролировать выполнение условия обеспечения безопасности полетов.
Выбор и реализация стратегий восстановления по достаточному условию обеспечения эффективности ПТЭ требует следующей информации: о виде и параметрах функции распределения по изделию в целом и каждому /-му виду его неисправности при выполнении работ {Дн} и их отсутствии; об оперативной трудоемкости и продолжительности каждой 1-й работы Дк и Дн, плановой и неплановой соответственно; о простоях ВС при плановом и неплановом выполнении каждой работы {Дн}.
Сравнение схем на рис. 6.7 и рис. 6.8 показывает, что имеется информация, общая для методов эксплуатации и стратегий восстановления, по безопасности полетов и по эффективности эксплуатации. Такая взаимосвязь информации определяется ПТЭ, составными характеристиками которого являются и методы ТЭ, и стратегии восстановления.
Информационная схема управления ТС изделий в процессе эксплуатации формируется сложением информационных схем, соответствующих виду изделия, его методу эксплуатации и стратегии восстановления.
Приведенные информационные схемы разработаны на основе необходимого условия обеспечения заданного технического состояния изделий на уровне нормативных требований безопасности полетов. Однако выбор метода эксплуатации и стратегии восстановления изделия требует информационного обеспечения и по эффективности эксплуатации в соответствии с (5.7 и 6.7) для обеспечения достаточного условия применения того или иного метода эксплуатации и стратегии восстановления (табл. 6.4 и 6.5).
Рассмотренный метод позволяет полностью определить потребности в первичной информации при выборе методов эксплуатации и стратегий восстановления изделий для формирования и корректировки эксплуатационной документации и оптимизации режимов ТОиР.
Для обслуживаемых изделий АТ в системе ТОиР дополнительно реализуется технологическое обслуживание, которое, не изменяя ТС изделий, обеспечивает последовательную смену организационных состояний {Ф} в узлах графа S (4.1). Информационный процесс обеспечения технологического обслуживания представлен на рис. 6.6.
Состав работ технологического обслуживания обусловлен организационным состоянием ВС, его предшествующим использованием и последующим назначением, а также зависит от условий эксплуатации ВС. Информационная схема технологического обслуживания является замкнутой на {QTt} относительно условий эксплуатации {х,}у-, {*,}у и узлов графа S.
Таким образом, рассмотренные условия информационного обеспечения выбора методов эксплуатации и стратегий восстановления изделий АТ позволяют определить достаточные условия их применения с позиции не только экономической эффективности, но и в зависимости от располагаемой и потребной информации, общие требования к которой сформированы на основе изложенных принципов. Конкретные информационные потоки формируются в системе ТОиР для каждого изделия АТ и ВС в целом. Схема информационного обеспечения методов эксплуатации по состоянию приведена на рис. 6.9.
Таблица 6.4 Информационное обеспечение методов эксплуатации изделий
|
|
Информационное обеспечение стратегий восстановления изделий
|