Методика формирования требований к эксплуатационно-техническим характеристикам бортового оборудования на основе математического моделирования из условия снижения суммарных расходов на эксплуатацию гражданских воздушных судов

Авиационная транспортная система представляет собой совокупность воздушных судов (ВС), комплексов наземных средств по подготовке и обеспечению полетов, личного состава, занятого эксплуатацией и ремонтом ВС и наземных средств, и системы управления процессом эксплуатации. Авиаци-онно-транспортную систему можно разделить на ряд функциональных систем летной эксплуатации, технической эксплуатации (ТЭ), управления воздушным движением, коммерческой эксплуатации, аэродромной эксплуатации. Качество авиационно-транспортной системы характеризуется совокупностью свойств, определяющих ее способность удовлетворять потребность страны в воздушных перевозках, обеспечивая при этом безопасность и регулярность полетов и экономическую эффективность эксплуатации ВС [57].

Поскольку применение ВС по назначению возможно только в случае, когда ВС и его функциональные системы работоспособны, то система ТЭ является одной из основных в авиационно-транспортной системе. Работы по ТЭ ВС выполняются в едином минимальном по продолжительности технологическом цикле совместно с аэродромной и коммерческой эксплуатацией.

Эффективность использования и ТЭ гражданских ВС в значительной степени определяется их эксплуатационно-техническими характеристиками (ЭТХ), которые характеризуют эксплуатационные качества ВС и определяют степень приспособленности ВС и его компонентов к ТЭ, основной частью которой является техническое обслуживание и ремонт (ТО и Р) [38,71].

Под эффективностью процесса ТО и Р следует понимать его результативность по обеспечению безопасности и регулярности полетов, поддержанию летной годности с минимальными суммарными эксплуатационными расходами. Суммарные расходы на эксплуатацию ВС включают затраты, не только связанные с непосредственной эксплуатацией, но и затраты на проектирование, изготовление и испытания, которые органически входят в стоймость авиационной техники (AT) и включаются в эксплуатационные расходы как отчисления на ее амортизацию [48].

Экономические аспекты качества AT затрагивают интересы эксплуатан-тов ВС как потребителей промышленной продукции. Сущность этих интересов заключается в том, чтобы приобрести более дешевое ВС с лучшими эксплуатационно-техническими характеристиками (ЭТХ), чтобы нести наименьшие расходы в процессе его эксплуатации. Создание AT с высокими ЭТХ требует вложения дополнительных средств, что повышает ее стоимость.

Эти две противоречивые тенденции выдвигают важную для практики задачу определения оптимальных или, по крайней мере, рациональных значений ЭТХ ВС и его компонентов из условия минимизации расходов на эксплуатацию ВС.

При существующей в нашей стране до недавнего времени системе хозяйствования и монополии производителей экономические рычаги при разработке AT практически не работали. Вследствие этого эксплуатируемые в настоящее время в России отечественные ВС по эффективности использования и рентабельности существенно отстают от зарубежных самолетов. Так, средний налет на один магистральный самолет (Ил-62, Ил-86, Ту-154) ГА до начала перестройки составлял 1900;2200 летных часов, а самолеты того же класса в зарубежных авиакомпаниях (В-747, ДС-10, А-310) имели годовой налет 4500−5000 летных часов [22]. Удельная трудоемкость ТО и Р отечественных самолетов более чем в два раза превышает удельную трудоемкость зарубежных самолетов того же класса. Это отставание обусловлено в том числе и низкими ЭТХ: большая трудоемкость ТО и Р, недостаточная безотказность, низкая ремонтопригодность и контролепригодность, эксплуатационная и ремонтная технологичность.

В последнее десятилетие при формировании эксплуатационных качеств и требований к ЭТХ ВС в России стали использоваться достижения зарубежных авиастроительных фирм. Так, требования к ЭТХ бортового оборудования (БО) самолетов Ил-96−300, Ту-204, Ил-114 и других формировались с учетом рекомендаций ARINC. Однако эти требования к ЭТХ БО реализованы в усеченном виде, в частности по надежности, контролепригодности и ремонтопригодности. При этом следует отметить, что рекомендации ARENC постоянно совершенствуются по мере накопления опыта разработки и эксплуатации гражданских самолетов. В частности, ЭТХ БО самолетов В-777, в которых реализованы последние рекомендации ARENC, существенно отличаются от ЭТХ самолетов фирмы Boeing предыдущих разработок.

В связи с существенным влиянием ЭТХ ВС и его компонентов на технико-экономические показатели гражданских ВС, совершенствование ЭТХ ВС и его БО в последние два десятилетия стали одним из важных направлений исследований в нашей стране и за рубежом.

В области теоретических и практических исследований по совершенствованию процессов ТЭ и формированию требований к ЭТХ гражданских ВС и их компонентов, оценке влияния этих характеристик на технико-экономические показатели использования ВС известны работы Воробьева В. Г., Смирнова Н. Н., Чинючина Ю. М., Кузнецова С В., Зыля В. П., Константинова В. Д., Ицковича А. А., Майорова А. В., Перова В. И., Харитонова Г. П., Неймарка М. С., Елистратова А. В., Авакяна А. А. и др.

На основании обобщения достигнутых результатов в области формирования требований к ЭТХ AT в нашей стране и за рубежом, в работе рассматриваются методические подходы к решению этой задачи и пути их реализации при обеспечении регулярности полетов и снижения суммарных расходов на эксплуатацию БО в составе ВС, что представляет особый практический интерес для эксплуатантов и разработчиков AT.

Для эксплуатантов этот интерес обусловлен прежде всего необходимостью:

• обоснования требований к ЭТХ при формировании ТЗ на разработку БО летательных аппаратов государственной авиации- 7.

• оценки авиакомпаниями эксплуатационно-технического качества БО вновь приобретаемых типов ВС и возможности их обслуживания в АТБ при имеющейся системе ТО и Р.

Выводы и основные результаты по разделу 4.

1. Машинная программа алгоритмических процедур модели ЭТХ ТО и Р БО разработана на языке программирования Turbo-Paskal и реализована на персональном компьютере IBM-PC. Общий объем программы составляет около 300 килобайт.

Результаты моделирования представляются в виде распечаток результатов расчетов, круговых диаграмм распределения расходов по статьям калькуляции, графических зависимостей основных показателей характеристик процессов ТО и Р БО от показателей ЭТХ и заданных условий эксплуатации.

Результаты исследований использованы ГосНИИ «Аэронавигация» при обосновании «Типовых требований к эксплуатационным характеристикам и их показателям комплексов бортового оборудования основных классов гражданских ВС», которые утверждены департаментом ВТ МТ РФ 14 сентября 1994 года.

2. Показана адекватность модели ЭТХ ТО и Р БО реальным процессам ТО и Р БО в составе ВС и эксплуатации БО на всем жизненном цикле. Эта адекватность подтверждается:

• полным соответствием общей структуры модели структуре реальных процессов ТО и Р БО;

• использованием метода динамики средних для установившегося процесса ТЭ, широко используемого и проверенного на практике при моделировании самых различных процессов:

• реализацией в модели соотношений теории надежности для расчета показателей, характеризующих суммарные потоки отказов и повреждений, неоднократно проверенных практикой;

• инженерной оценкой влияния принятых положений и допущений на реальные процессы ТО и Р.

Практически все принятые положения и допущения или не приводят к искажению средних значений характеристик процессов ТО и Р БО, или приводят к их оценке сверху.

3. Показано, что модель ЭТХ ТО и Р БО, кроме обоснования требований к ЭТХ БО и его составных частей из условия минимизации суммарных расходов на эксплуатацию БО в составе ВС с учетом затрат на всем жизненном цикле эксплуатации БО, может быть использована в интересах эксплуатационных и ремонтных предприятий для решения практических задач, обусловленных изменениями ЭТХ, условий эксплуатации, режимов ТО и организацией работ по ТО и Р БО эксплуатируемых ВС. Определен перечень основных таких задач.

4. По результатам исследования и моделирования определено среднее значение и интервал варьирования коэффициента Кпон эффективности вложения на этапе разработки средств для повышения средней наработки на отказ и повреждения изделий БО — ТС (Б). Выбранный интервал варьирования обеспечивает соответствие диапазона рациональных значений Тс (Б), полученного методом моделирования, значениям ТС (Б), реализуемым по изделиям перспективного БО, практически во всем диапазоне реальных первоначальных значений средней наработки на отказ и повреждениеТс (Б).

5. По результатам обобщения отечественного и зарубежного опыта эксплуатации БО гражданских ВС и анализа нормативно-технических документов установлены интервалы варьирования основных исходных данных для моделирования, позволяющие с помощью модели ЭТХ ТО и Р БО формировать требования к ЭТХ БО гражданских самолетов разных классов и категорий.

Заключение

.

1. Разработана методика формирования требований к ЭТХ бортового оборудования гражданских ВС, базирующаяся на математическом моделировании по оценке влияния ЭТХ бортового оборудования и условий эксплуатации ВС на характеристики процессов ТО и Р и суммарные расходы на эксплуатацию БО в составе ВС.

Обоснование требований к показателям ЭТХ бортового оборудования предложено осуществлять путем варьирования ЭТХ при заданных условиях эксплуатации ВС. В качестве рациональных значений показателей ЭТХ в этом случае принимаются показатели, при которых удельные (на час налета) суммарные расходы на эксплуатацию БО в составе ВС, с учетом затрат на всех этапах жизненного цикла, являются минимальными.

2. Исходя из особенностей решаемой задачи по сравнительной оценке суммарных расходов на эксплуатацию БО при различных значениях ЭТХ, при разработке математической модели использован метод динамики средних для установившегося процесса ТЭ. В качестве целевой функции выбрана функция удельных суммарных расходов на эксплуатацию БО, которая определяется системой из порядка ста уравнений, устанавливающих зависимости средних суммарных расходов на эксплуатацию БО в составе ВС по всем процессам ТО и Р бортового оборудования и его составных частей, с учетом затрат на всех этапах жизненного цикла.

3. Проведена формализация взаимосвязей ЭТХ бортового оборудования и его составных частей с характеристиками процессов ТО и Р и расходами на эксплуатацию БО в составе ВС, в результате которой получены аналитические линейные и нелинейные зависимости этих взаимосвязей, в том числе:

• средней стоимости БО и его составных частей с учетом вложения на этапе разработки БО дополнительных средств на повышение надежности и ремонтопригодности, обеспечение контролепригодности и отказоустойчивости;

• средней трудоемкости и расходов на плановое ТО и неплановое ТО на всех уровнях восстановления БО;

• среднего количества, средней продолжительности и вероятности задержек отправлений ВС из-за несвоевременного устранения отказов и повреждений БО при подготовке ВС к вылету.

Полученные аналитические зависимости устанавливают взаимосвязь 40 показателей процессов ТО и Р БО и его составных частей с более чем 140 показателями ЭТХ, условий эксплуатации ВС и других исходных данных.

4. Полученные аналитические зависимости легли в основу алгоритмических процедур математической модели оценки влияния ЭТХ бортового оборудования на характеристики процессов ТО и Р и суммарные расходы на эксплуатацию БО в составе ВС с учетом затрат на всем жизненном цикле эксплуатации БО (модель ЭТХ-ТО и Р БО). Определена последовательность реализации процедур. Алгоритмические процедуры сведены в семь блоков и содержат 36 модулей модели.

5. По результатам исследования обобщения отечественного и зарубежного опыта эксплуатации БО гражданских ВС и анализа нормативно-технических документов установлены интервалы варьирования основных исходных данных для моделирования, позволяющие с помощью модели ЭТХТО и Р БО формировать требования к ЭТХ бортового оборудования гражданских самолетов разных классов и категорий.

6. Результаты исследований использованы ГосНИИ «Аэронавигация» при обосновании «Типовых требований к эксплуатационным характеристикам и их показателям комплексов бортового оборудования основных классов гражданских ВС», которые утверждены департаментом ВТ МТ РФ 14 сентября 1994 года.

Материалы методики оценки влияния ЭТХ бортового оборудования на характеристики процессов ТОиР и суммарные расходы на эксплуатацию БО в составе ВС используются кафедрой технической эксплуатации авиационных электросистем и пилотажно-навигационных комплексов (АЭ и ПНК) МГТУ ГА в учебном процессе.

Акты о реализации приложены к диссертации.

7. Показана адекватность модели ЭТХ — ТО и Р БО реальным процессам ТО и Р бортового оборудования и эксплуатации БО на всем жизненном цикле. Эта адекватность подтверждается:

• полным соответствием общей структуры модели структуре реальных процессов ТО и Р бортового оборудования;

• использованием метода средних широко применяемого и проверенного на практике при моделировании самых различных процессов;

• реализацией в модели соотношений теории надежности для расчета показателей, характеризующих суммарные потоки отказов и повреждений, неоднократно проверенных практикой;

• инженерной оценкой влияния принятых положений и допущений на реальные процессы ТО и Р бортового оборудования.

Практически все принятые положения и допущения или не приводят к искажению средних значений характеристик процессов ТО и Р бортового оборудования, или приводят к их оценке сверху.

8. Показано, что модель ЭТХ — ТО и Р БО, кроме обоснования требований к ЭТХ бортового оборудования и его составных частей из условий минимизации суммарных расходов на эксплуатацию БО в составе ВС, с учетом затрат на всем жизненном цикле эксплуатации БО, может быть использована в интересах эксплуатационных и ремонтных предприятиях для решения практических задач, обусловленных изменениями ЭТХ, условий эксплуатации, режимов ТО и организации работ по ТО и Р бортового оборудования эксплуатируемых ВС. Определен перечень основных таких задач.