CC BY
159
2007 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 122
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735.015.
МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ И РЕМОНТЕ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
В.П. МАХИТЬКО, С.М. СТЕПАНОВ, Д.С. СТЕПАНОВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
В статье приведены методы контроля и обеспечения надежности воздушных судов в процессе технического обслуживания и ремонта, позволяющие существенно сократить затраты на техническую эксплуатацию и обслуживание воздушных судов по состоянию.
Совершенствование авиационной техники и методов ее обслуживания в настоящее время невозможно без систематического анализа изменения состояния авиационных систем в процессе их эксплуатации. Такой анализ выполняет роль обратной связи, позволяющей оценивать эффективность проводимых промышленностью и личным составом гражданской авиации мероприятий, для систематического повышения надежности самолетов и обеспечения безопасности полетов. Работу различных организаций при проведении анализа регламентирует Государственный центр по надзору безопасности полетов на ВТ, который является составной частью комплексной системы контроля качества.
Определение и контроль надежности ВС в процессе их эксплуатации — одна из основных задач технического обслуживания и ремонта (ТОиР) ВС. Для успешного решения этой задачи необходимы современные количественные методы исследования надежности, практическое применение которых обеспечивает:
• уточнение оптимальной по критерию надежности структуры ВС;
• разработку наиболее эффективной стратегии совершенствования находящихся в эксплуатации ВС;
• составление наиболее эффективной программы обеспечения требуемой надежности ВС в течение эксплуатации;
• разработку и практическую реализацию регламента ТОиР в процессе эксплуатации ВС;
• разработку и обоснование необходимости проведения доработок и ремонтновосстановительных работ с целью повышения надежности ВС;
• разработку технических требований к надежности создаваемых и модернизируемых ВС с заданным уровнем надежности.
Под надежностью ВС принято понимать комплексное свойство, заключающееся в их способности выполнять заданные функции, сохраняя основные характеристики при определенных условиях эксплуатации в установленных пределах в течение заданного гарантийного срока эксплуатации. Надежность ВС обусловлена безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью ее элементов [1].
Основными характеристиками ВС являются количественные показатели, которые определяют выполнение заданных функций (производительность, себестоимость, рентабельность, качество, быстродействие, КПД и т.д.). Заданные функции при этом определяются целевым назначением ВС.
Имеются и другие подходы к определению понятия надежности ВС. Рассмотрим три из них [2]:
1. Используют общепринятое определение надежности ВС, а в качестве определения неисправного состояния ВС принимают установленную заранее долю потери эффективности (например, 25 %). При этом под вероятностью безотказной работы ВС понимают вероятность того, что обобщенный показатель W эффективности ВС в течение заданного времени не ниже его критического значения Wкр, т.е.
R=P{W>Wкр}, (1)
где R - обобщенный показатель надежности ВС.
Значение Wкр определяют из условия совместной работы рассматриваемой системы с другими системами.
2. Вместо характеристики надежности ВС рассматривают абсолютное или относительное снижение его эффективности вследствие недостаточной надежности функциональных систем (ФС) ВС, те.
ДW=W0-WH (2)
или
Ж = (» -» )/»0, (3)
где W0 - значение обобщенного показателя эффективности ВС при абсолютной надежности его ФС; WH - значение обобщенного показателя эффективности ВС при реальной надежности
его ФС. Показатели ДW и А» характеризуют надежность ВС в целом.
3. Рассматривают не надежность ВС, а его эффективность. При этом обобщенный показатель эффективности ВС W определяют как функцию характеристик надежности ФС ВС:
W= ф(Х1,Х2,...,Хт), (4)
где XI — интенсивность отказов 1-й ФС (1 = 1, 2,..., т).
Иногда под надежностью ВС понимают свойство сохранять эффективность при появлении отказов ее элементов на уровне эффективности идеальной системы, элементы которой абсолютно надежные. В качестве показателя надежности ВС при этом принимают величину [3]
АЯ* = Я* - Я* (5)
или
АЯ; =|Я° -Я*|, (6)
где ЯН и R0 — показатели эффективности ВС, вычисляемые в предположении, что все его ФС абсолютно надежны (интенсивности отказов ФС равны нулю); Я* - показатель эффективности
ВС, вычисленный в предположении, что интенсивности отказов ФС соответствуют их расчетным значениям.
Показатели АЯН, определяемые по формулам (5) и (6), не характеризуют надежности ВС с точки зрения выполнения ВС заданных функций и решения стоящих перед ним задач, а также соответствия фактической (реальной) эффективности ВС идеальной эффективности, поскольку показатель эффективности Я* учитывает не фактическую (реальную) интенсивность отказов
ФС, а расчетную. При этом под надежностью ВС понимают степень соответствия показателей его эффективности при заданных характеристиках надежности ФС значениям этих показателей при абсолютно надежных ФС.
Рассмотренные подходы к определению надежности ВС как свойства соответствия показателей реальной и потенциальной эффективностей ВС не являются универсальными, поскольку они не отражают непосредственно надежности выполнения ВС заданных функций и решения поставленных задач. Кроме того, определение обобщенного показателя эффективности ВС W как функции интенсивности отказов ФС XI, рассчитываемой обычными методами оценки надежности, не обеспечивает необходимой точности и достоверности. Дело в том, что современные ВС характеризуются не только большим числом элементов, но и сложностью структуры. В связи с этим для ВС классические методы теории надежности не применимы. Как известно, классические методы определения показателей надежности изделий по известным показателям надежности элементов основаны на гипотезе полной независимости отказов элементов, которая не подтверждается практикой.
Таким образом, необходимы принципиально новые методы определения, контроля и обеспечения надежности в процессе ТОиР, учитывающие специфику структуры и назначения ВС.
При определении надежности ВС важны не причинно-следственное описание и объяснение доведения отдельных ФС, а обобщающая оценка качества функционирования ВС. Критерием (обобщенным показателем) надежности ВС служит некоторая мера, количественно выражающая степень объективной возможности выполнения им заданных функций в реальных условиях эксплуатации. Во многих случаях достаточной количественной мерой надежности ВС является вероятность выполнения поставленных задач, т. е. вероятность получения некоторого полезного эффекта.
В общем случае эффект функционирования ВС - размерная величина У, но ее можно представить в безразмерном виде (У0), пронормировав У относительно максимального полезного эффекта утах, т.е.
У0 = У / утах. (7)
Обобщенный показатель надежности R ВС в этом случае представляют как вероятность получения полезного эффекта У0 в некоторых пределах [у0',у0'' ],т.е.
R=P(yo'<Уo<yo"). (8)
Надежность ВС зависит от условий, в которых оно функционирует. Так, система надежная в одних условиях и при решении одних задач, может быть ненадежной в других условиях при решении новых задач.
Следовательно, надежность ВС необходимо оценивать не по внутренним его свойствам (надежности ФС), а по вероятности выполнения конкретных задач, т.е. по эффекту его функционирования.
Таким образом, можно выделить два аспекта надежности - внутренний и внешний. Внутренний аспект касается надежности ФС ВС, качества структуры и в конечном итоге степени объективной возможности безотказного функционирования ВС в заданных условиях эксплуатации. Внешний аспект надежности отражает взаимодействие ВС с внешней средой — реальные возможности достижения ВС цели в реальных условиях эксплуатации, реальным обслуживающим персоналом при реальной организации функционирования ВС.
Для оценки условий эксплуатации ВС рассмотрим потенциальную и реальную надежность ВС. Потенциальная надежность ВС - это надежность, которая может быть достигнута при идеальной системе эксплуатации, обеспечивающей строгое соблюдение правил эксплуатации, своевременное обнаружение и устранение появляющихся в процессе эксплуатации отказов ФС. Реальная надежность ВС — это надежность достижения цели в реальных условиях эксплуатации при реальном обслуживающем персонале и реальной организации их функционирования.
На всех стадиях формирования надежности ВС (жизненного цикла ВС) главными факторами его обеспечения являются техника, люди и организация. В связи с этим возникает необходимость обеспечения надежности не только ВС, но и людей, организации ТОиР.
Безопасность ВС гражданской авиации и других видов пассажирского транспорта является решающим критерием их надежности. Все другие факторы надежности имеют смысл только в том случае, когда обеспечена практически абсолютная безопасность.
Надежность человеческого фактора в условиях эксплуатации ВС обеспечивается квалификацией пилотов, специалистов авиационно-технической базы (АТБ), обеспечивающих ТОиР ВС, строгое соблюдение режимов и правил эксплуатации, установленных документацией — вот факторы, которые формируют надежность системы эксплуатации и реальную надежность ВС. Практика показывает, что АТБ существенно влияют на надежность выполнения ВС поставленных задач. Она осуществляет планирование, учет, контроль, анализ, координацию, регулирование, активизацию и стимулирование деятельности авиакомпаний по обеспечению надежности ВС, разрабатывает комплексные планы мероприятий по совершенствованию эксплуатационных характеристик и повышению надежности ВС, обеспечивает их реализацию и проведение доработок, по результатам работ уточняет объем и сроки ТОиР, корректируют ЭД.
Надежность ВС проявляется в его производительности и экономичности достижения конечных результатов функционирования, поэтому в соответствии с требованиями системного
подхода при определении, контроле и обеспечении надежности ВС необходимо учитывать его место и роль в системе других определяющих характеристик эффективности ВС.
Поскольку эффективность действующих и создаваемых ВС определяется главным образом их надежностью, производительностью и экономичностью эксплуатации, модель формирования конечного результата ВС можно записать в виде
А = АНПЭ, (9)
где А - фактор, обозначающий получение некоторого конечного результата функционирования ВС; Н- фактор, обозначающий надежность ВС; П — фактор, обозначающий производительность ВС; Э - фактор, обозначающий экономичность ВС.
Поскольку любое ВС относится к классу случайных систем, факторы А, Н,П,Э случайны, и поэтому характеристикой каждого из них является вероятность.
На основании модели (9) можно записать
Р(А) =Р(А/НПЭ)Р(Н)Р(П/Н)Р(Э/НП), (10)
где Р(А) — полная вероятность получения конечного результата функционирования ВС (обобщенный показатель эффективности ВС); Р(А / НПЭ) — условная вероятность получения конечного результата функционирования ВС, определяемая при условии, что ВС надежно, производительно и экономично; Р(Н) — вероятность безотказного функционирования ВС с заданными показателями качества (обобщенный показатель надежности ВС); Р(П/Н) -условная вероятность обеспечения производительности ВС при условии, что ВС безотказно функционирует с заданными показателями качества, т.е., что оно надежно (обобщенный показатель производительности ВС); Р(Э/НП) — условная вероятность обеспечения экономичности ВС при условии, что оно надежно и производительно (обобщенный показатель экономичности ВС).
Анализ выражения (10) показывает, что надежность входит во все составляющие эффективности ВС и в то же время выступает в качестве безусловного фактора эффективности ВС,
определяемого обобщенным показателем надежности Р(Н). При Р(Н) = 0 остальные составляющие эффективности ВС теряют свое значение, поскольку при этом Р(А) = 0.
Надежность СТС как событие можно представить в виде
Н = НСФ, (11)
где С — фактор, означающий сохранение параметров, определяющих состояние ВС, в заданных пределах в течение заданного срока эксплуатации; Ф — фактор, означающий выполнение ВС заданных функций.
По аналогии с (10) можно записать
Р(Н) = Р(Н/СФ)Р(С)Р(Ф/С), (12)
где Р(Н/СФ) — условная вероятность безотказного функционирования ВС, определяемая при условии сохранения заданного уровня технического состояния и выполнения ВС заданных функций; Р(С) — вероятность сохранения заданного технического состояния в течение срока эксплуатации; Р(Ф/С) — условная вероятность выполнения ВС заданных функций, определяемая при условии сохранения заданного технического состояния.
Все составляющие надежности системы (12) являются функциями технического состояния. Можно сделать предварительно вывод, что надежность технического состояния ВС (структурная надежность системы) должна быть главным объектом ТОиР в части обеспечения надежности ВС.
Исключительно важным для построения программ обеспечения надежности ВС в процессе эксплуатации является факторный разрез надежности в виде
Н = НТЛО, (13)
где Т — фактор, выражающий надежность техники; Л — фактор, выражающий надежность людей; О - фактор, выражающий надежность организации функционирования ВС.
По аналогии с (10) и (12) можно записать
Р(Н) =Р(Н/ТЛО)Р(Т/ЛО)Р(Л/О)Р(О), (14)
где Р(Н/ТЛО) — условная вероятность безотказного функционирования ВС, определяемая при условии надежности функционирования техники, людей и надежной организации; Р(Т/ЛО) — условная вероятность обеспечения надежности функционирования техники при условии надежного функционирования людей и надежной организации; P(JI/O) — условная вероятность обеспечения надежного функционирования людей, определяемая при условии надежной организации; Р(О) — вероятность обеспечения надежной организации функционирования ВС.
Анализ опыта ТОиР показывает, что надежность организации в основном определяется надежностью эксплуатационно-технической документации и качеством организации работы специалистов АТБ в соответствии с этой документацией. Анализ выражений (14) доказывает, что надежность организации входит во все остальные составляющие надежности ВС и в то же время имеет самостоятельное значение. При P(O) = 0 остальные составляющие равны нулю, поскольку при этом общая надежность ВС потеряна (Р(Н) = 0).
Практика требует, чтобы АТБ осуществляли контроль за надежностью не только на стадии эксплуатации, но и на других стадиях жизненного цикла ВС. Необходимость такого подхода к ТОиР за надежностью ВС обусловлена тем, что, как показывает опыт, затраты на устранение выявленных отказов и неисправностей ВС на стадии эксплуатации на два порядка выше, чем на стадии проектирования, и на порядок выше, чем на стадии изготовления ФС ВС. Но дело не только в экономике: отказы основных ФС ВС в процессе эксплуатации приводят к невыполнению стоящих задач, а в ряде случаев и к нарушению безопасности полетов.
Наиболее важный и достаточно сложный вопрос теории и практики исследования надежности ВС — вопрос о конкретных формах рекомендуемых для практики моделей показателей надежности. Основными моделями показателей надежности ВС, как показывает опыт, являются модели параметрической, структурной и факторной надежности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. - М.: Высшая школа, 1982.
2. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1992.
3. Любушин Н.П. Комплексный экономический анализ деятельности предприятия. Учебное пособие. Изд. 2-е. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005.
4. Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. - М.: Транспорт, 1987.
METHODS OF PROVIDING RELIABILITY WHILE AIRCRAFT MAINTENANCE AND REPAIR
Mahitko V. P., Stepanov S. M., Stepanov D. S.
This paper deals with the methods of monitoring and providing aircraft reliability while maintenance and repair which allow reducing significantly the expenditure on aircraft maintenance and service.
Сведения об авторах
Махитько Вячеслав Петрович, 1945г.р., окончил Ульяновский политехнический институт (1968), кандидат экономических наук, доцент кафедры У и ЭВТ, автор 52 научных работ, область научных интересов - разработка компьютеризированных производств на основе ИПИ-технологий, организация и обеспечение логистической поддержки жизненного цикла авиационной техники.
Степанов Сергей Михайлович, 1959 г.р., окончил РКИИ ГА (1972), кандидат технических наук, преподаватель АУЦ УВАУ ГА(И), автор 35 научных работ, область научных интересов - система качества, управление, подготовка и управление персоналом.
Степанов Денис Сергеевич, 1984 г.р.,окончил УВАУ ГА (И) (2005), аспирант УВАУ ГА (И), автор 10 научных работ, область научных интересов - реинжиниринг, современные информационные технологии, моделирование бизнес-процессов.
