ГЛАВА 6

Проблема обеспечения требований

по эксплуатационной технологичности ВС

6.1. Предпосылки возникновения и научное содержание проблемы

В составе ЭТХ ВС значится и эксплуатационная технологичность - свойство конструкции, характеризующее ее приспособленность к проведению всех видов работ по ТОиР с использованием наиболее экономичных технологических процессов. Это означает приспособленность конструкции к прогрессивным стратегиям и методам ТОиР, а также приспособленность к выполнению отдельных операций ТОиР, в том числе операций по устранению отказов и повреждений.

Эксплуатационная технологичность определяется рядом конструктивно-производственных факторов, таких как: доступность, контролепригодность, взаимозаменяемость и др.

Улучшение эксплуатационной технологичности как самостоятельная проблема возникла главным образом в связи со значительным усложнением конструкций ВС и усилением требований в отношении эффективности их использования. Разработка требований по обеспечению эксплуатационной технологичности является одной из важных и сложных задач рассматриваемой проблемы. При ее решении следует иметь в виду, что обеспечение высокого уровня эксплуатационной технологичности ВС часто влечет за собой усложнение их конструкции. Дополнительная индексация, встроенный контроль, автоматизация поиска отказов и повреждений, обеспечение доступности, легкосъемности, взаимозаменяемости и контролепригодности изделий ФС обычно усложняют конструкцию ВС, приводят к увеличению его массы и стоимости. Однако без осуществления этого эффективная эксплуатация ВС становится невозможной.

Процесс эксплуатации ВС сопровождается непрерывным изменением его технического состояния. Необратимые процессы, происходящие в материалах, изменяют свойства деталей, узлов, блоков и условия их работы. Вероятность безотказной работы последних со временем уменьшается, появляются повреждения и отказы.

Конструкции современных ВС, как и всяких сложных машин и технических устройств, не являются равнопрочными. Поэтому замены их агрегатов, узлов, блоков по отработке ресурса и при внезапных отказах производятся в разное время, на разных формах технического обслуживания и этапах подготовки ВС к использованию.

На практике стремятся к максимальному сокращению объемов ТОиР без ущерба, конечно, для показателей безотказности. Однако не везде и не всегда это получается. Наиболее ощутимые результаты достигаются там, где обеспечен высокий уровень эксплуатационной технологичности конструкций ВС, позволяющий запланированные объемы технического обслуживания и текущий ремонт выполнять при наименьших затратах времени, труда и средств.

Между характеристиками безотказности, объемами профилактических работ и показателями эксплуатационной технологичности ВС существует определенная взаимосвязь. Так, для ВС с невысокими характеристиками безотказности агрегатов и узлов требуются большие объемы профилактических работ и, следовательно, более высокий уровень эксплуатационной технологичности . И, наоборот, ВС с идеальными характеристиками безотказности не нуждаются в профилактике, а понятие эксплуатационной технологичности теряет для них всякий смысл. Однако это крайние случаи. На современном этапе развития техники все сложные машины нуждаются в профилактике, а отдельные их агрегаты, блоки, узлы имеют также и внезапные отказы при эксплуатации, которые требуется своевременно устранять. Следовательно, проблема обеспечения высокого уровня эксплуатационной технологичности конструкций АТ, как и проблема обеспечения их безотказности, имеет исключительно важное значение.

В силу ряда причин вопросы теории и практики эксплуатационной технологичности оказались менее разработаны, нежели вопросы безотказности. Слабо разработан математический аппарат теории эксплуатационной технологичности и совершенно недостаточно исследованы пути обеспечения необходимых эксплуатационно-технических характеристик конструкций ВС на этапах их проектирования и производства. Уровень знаний по этим вопросам не соответствует требованиям научно-технического прогресса в области гражданской авиации.

К числу основных причин сложившегося положения, по-видимому, следует отнести следующие:

во-первых, эксплуатационная технологичность машин как область знаний рождается в настоящее время на стыке науки о конструировании и технологии изготовления и науки о технической эксплуатации машин. А процесс рождения всегда сопряжен с серьезными трудностями методического, теоретического и практического плана в проведении исследований;

во-вторых, в связи с новизной данной проблемы ею заняты еще слишком малые коллективы специалистов;

в-третьих, очень многие конструкторы и технологи промышленности основной упор в работе делают только на обеспечение безотказности агрегатов и узлов и не считают обеспечение высокого уровня эксплуатационной технологичности машин важной задачей. Между тем опыт передовых отечественных предприятий и зарубежных фирм свидетельствует о том, что только совместная проработка задач безотказности и эксплуатационной технологичности при создании машин обеспечивает последующую успешную их эксплуатацию.

С каждым годом эксплуатационная технологичность, рассматриваемая как одна из сторон надежности, привлекает все большее внимание организаций и специалистов, работающих в области проектирования, производства и эксплуатации ВС гражданской авиации. В последнее время разработан и введен в действие ряд нормативно-технических материалов на отраслевом и межотраслевом уровнях, обновлены отдельные государственные стандарты в области Системы ТОиР техники, ее надежности, ремонтопригодности, эксплуатационной технологичности. Накоплен определенный опыт по анализу и оценке эксплуатационной технологичности. Вместе с тем, задачи обоснования нормативов эксплуатационной технологичности, способов задания ее показателей в требованиях на новую АТ, управления эксплуатационной технологичностью ВС на всех этапах жизненного цикла остаются еще до конца не решенными.

Конструкторы и технологи промышленности, работники эксплуатационных предприятий, стремясь к достижению наиболее высоких показателей эксплуатационной технологичности, ищут ответы на эти и другие интересующие их вопросы.

Теоретическое исследование эксплуатационной технологичности сложных систем и, в частности, самолетных конструкций может быть выполнено на основе анализа достаточно правдоподобной математической модели. Наиболее естественной с этой точки зрения моделью может служить так называемый процесс восстановления, математический аппарат для изучения которого хорошо развит, а некоторые положения теории восстановления в этом плане стали классическими и приобрели фундаментальную ценность.

Применительно к задачам эксплуатационной технологичности могут успешно использоваться одно- и двумерные процессы восстановления. При этом, говоря об одномерном процессе восстановления, имеется в виду некоторый поток четко выраженных событий (например, моментов начала или окончания ремонта системы) с неотрицательными промежутками времени Х между событиями, распределенными по одному и томе же закону.

В зависимости от обстоятельств указанные события можно называть моментами восстановления или регенерации, хотя, следуя традиции, эти события нужно было бы назвать отказами. Интерпретация времени может быть самой различной. В частности, можно ввести стоимостную интерпретацию непрерывного времени.

Обобщение процесса восстановления достигается введением двумерного процесса или процесса с двумя состояниями, в каждом из которых развивается свой собственный процесс восстановления, а взаимосвязь состояний обеспечивается так называемой вложенной Марковской цепью. Практически это означает, что переход процесса в новое состояние не зависит от его предыстории.

Следующее обобщение, которое также может использоваться, получается путем введения многомерного процесса восстановления с конечным числом состояний и с многомерной вложенной Марковской цепью. Наличие вложенной цепи и неотрицательность отрезков времени в любом случае позволяет дать весьма наглядный графический аналог математической модели многомерного и, в частном случае, двумерного процессов восстановления. Дальнейшее развитие математической модели позволяет найти самые разнообразные характеристики эксплуатационной технологичности. В частности, достаточно строго определяются функция эксплуатационной технологичности и функция потерь, находятся предельные (стационарные) соотношения, такие как среднее число восстановлений за заданное время и различного рода коэффициенты [6].

При исследовании эксплуатационной технологичности особое внимание уделяется вопросам корреляционного анализа, на основе которого можно оценивать приспособленность конструкции сложной машины к тому или иному заданному режиму обслуживания с учетом характеристик безотказности ее отдельных элементов, агрегатов и узлов.

Основная задача корреляционного анализа – изучение и измерение степени зависимости случайных величин и событий. Для изучения характера влияния одной величины Х на другую У необходимы наблюдения или опыты с измерениями значений этих случайных величин.

При корреляционном анализе изучаются зависимости условных средних Y_X от X или X_Y от Y. При этом следует иметь в виду, что часто на практике мы имеем дело с изменением величины X, например, в таком ограниченном интервале, что изменение Y_X в нем достаточно близко отображается отрезком прямой линии. Поэтому в дальнейшем можно условно предполагать, что рассматриваемая функция, которая выражает изменение Y_X в зависимости от X, является линейной или близкой к ней.

В более сложных случаях, когда, например, функция Y_X от X нелинейная, требуется определять корреляционное отношение, так как коэффициент корреляции здесь не может служить мерой тесноты связи. При изучении корреляции между случайными функциями в некотором стохастическом процессе определяют функцию корреляции. Однако применительно к простейшим задачам оценки эксплуатационной технологичности в большинстве случаев достаточно только определить коэффициент корреляции.

Коэффициент корреляции обладает следующими основными свойствами.

1. Он может быть как положительным, так и отрицательным числом или равным нулю. При положительной корреляции процесс накопления монотонно растет, пересекая некоторый заданный уровень снизу вверх в единственной точке. При отрицательной корреляции процесс монотонно убывает с ростом Y_t.

2. Коэффициент корреляции не превышает значения ±1. Если r =±1, то между Y_t и X_t существует точная линейная зависимость.

3. Коэффициент корреляции равен нулю только в случае, когда Y_t и X_t независимы.

Рассмотренная нами схема возникновения корреляционной связи между случайными величинами Y_t и X_t является простейшей.
6.2. Нормирование эксплуатационной технологичности
Одной из сложных задач проблемы эксплуатационной технологичности является задача нормирования ее показателей и, в частности, обобщенных показателей. К числу таких показателей относятся:

- удельная суммарная оперативная продолжительность ТОиР K_ОП, представляющая отношение суммарной оперативной продолжительности ТОиР t_оТОиР к налету Т_С за рассматриваемый период;

- удельная суммарная оперативная трудоемкость ТОиР К_ОТ, представляющая отношение суммарной оперативной трудоемкости ТОиР τ_оТОиР к налету Т_С за рассматриваемый период;

- вероятность выполнения непланового текущего ремонта (устранение отказа) Р{t≤t_З} за заданное время t_З.

В ряде случаев могут использоваться и такие показатели, как:

- вероятность успешного выполнения непланового текущего ремонта (устранения отказа) за заданное время в оперативном цикле эксплуатации Р{Т_Т.Р≤ Т_ЗАД} при ограниченных трудовых ресурсах Т_ЗАД. Здесь Т_Т.Р - случайная величина трудовых затрат на устранение отказа в оперативном цикле эксплуатации ВС;

- вероятность успешного выполнения непланового текущего ремонта (устранение отказа) за заданное время Р{З_Т.Р≤ З_ЗАД} при ограниченных затратах на запасные части З_ЗАД. Здесь З_Т.Р - случайная величина расхода запасных частей на устранение отказов в оперативном цикле эксплуатации.

В основе механизма нормирования показателей эксплуатационной технологичности лежат два основных фактора: заданные значения показателей эффективности процесса технической эксплуатации (ПТЭ) ВС, требуемые значения показателей безотказности и долговечности создаваемых изделий, функциональных систем и ВС в целом. Эти факторы принимаются в качестве исходных при решении задачи нормирования эксплуатационной технологичности. Они предполагают дифференциацию норм, определяют их структуру и формы задания в требованиях на новую технику.

Показатели эффективности ПТЭ для нормирования эксплуатационной технологичности задаются заранее либо определяются путем моделирования для конкретного типа ВС, исходя из обеспечения заданных в требованиях значений показателей более высокого иерархического уровня, таких, например, как:

- годовой налет часов на списочное ВС Т_ГС;

- масса пустого ВС m_o;

- себестоимость тонно-километра C_Т·КМ;

- регулярность отправлений (вероятность своевременного вылета с учетом технических причин) Р_ТП и др.

Эти показатели становятся известными на ранних стадиях создания ВС и могут быть приняты в качестве основы для дальнейших расчетов показателей эффективности ПТЭ и показателей эксплуатационной технологичности.

Нормирование показателей эксплуатационной технологичности осуществляется путем последовательного решения задач в соответствии со схемой (рис. 6.1) и предусматривает следующие этапы: анализ эффективности и моделирование ПТЭ, анализ эксплуатационной технологичности ВС – аналогов, определение нормативных значений показателей эксплуатационной технологичности, задание показателей в требованиях на новые типы ВС.

Между обобщенными показателями эксплуатационной технологичности и показателями эффективности ПТЭ ВС существуют вполне определенные зависимости. Так, удельную оперативную продолжительность ТОиР можно представить в зависимости от показателей использования ВС К_И, удельной продолжительности ТОиР в цикле восстановления К_П.П., сезонности перевозок К_СЕЗ:

Удельная оперативная трудоемкость ТОиР К_О.Т определяется в зависимости от показателя К_Т - удельной суммарной трудоемкости ТОиР, массы пустого ВС m_o, средней длительности беспосадочного полета t_Б.П..

Удельная стоимость запасных частей и материалов К_О.З, непосредственно расходуемых при проведении ТОиР, определяется в зависимости от стоимости нового ВС С_Н и удельной стоимости ТОиР С_УД.

Вероятность устранения отказов (выполнение непланового текущего ремонта) за заданное время Р_Y{t≤t_З} определяется в зависимости от показателей эффективности ПТЭ, такие как регулярность полетов Р_ТП, заданное (располагаемое) время t_З для поиска и устранения возникших в полете отказов и повреждений при плановой стоянке ВС в транзитных аэропортах.

Из этих и других подобных зависимостей можно путем моделирования ПТЭ получить соответствующие формулы, которые учитывали бы все основные факторы, влияющие на значения показателей при конструировании и технической эксплуатации ВС. С помощью таких формул с приемлемой для практики точностью в каждом из показателей эффективности ПТЭ определяется та доля, которая приходится непосредственно на эксплуатационную технологичность ВС.

Этапы

1

Анализ эффективности ПТЭ серийных ЛА

2

Анализ ЭТ серийных ЛА

3

Определение нормативных значений показателей ЭТ

1

Анализ эффективности ПТЭ серийных ЛА

<предыдущая страница | следующая страница>