Теоретические основы повышения эффективности управления системой экологической безопасности при техническом обслуживании и ремонте авиационной техники

1.

Актуальность темы

.

В процессе эксплуатации авиационной техники (AT) совершается полезная работа (авиаперевозка), сопровождающаяся взаимным деструктивным воздействием AT и окружающей ее среды. Понижающееся в результате эксплуатации AT качество среды ускоряет процесс ухудшения конструкционных показателей качества AT. Следствием этих прямой и а> обратной связей является то, что взаимообусловленные процессы деградации качества ЛА и окружающей среды мультипликативны.

Указанная закономерность взаимодействия значительными темпами растущей техносферы и окружающей среды делает решение проблемы сохранения экологического баланса задачей международного уровня.

Международные стандарты ISO 9000:2000, ISO 9001:2000 и ISO 9004:2000, их российские аналоги ГОСТ Р ИСО 9000−2001, ГОСТ Р ИСО 9001−2001 и ГОСТ Р ИСО 9004−2001 и другие, содержат соответствующие требования к системам управления окружающей средой. Для их реализации в Российской Федерации (РФ) принят ряд законодательных актов: Указ Президента РФ о концепции перехода к устойчивому развитиюЗаконы «О защите прав потребителей», «О лицензировании отдельных видов деятельности», «Об охране окружающей природной среды», «Об охране атмосферного воздуха», «Об экологической экспертизе» и другие.

Воздушный кодекс РФ" определяет требования к охране окружающей среды от воздействия деятельности в области авиации, в том числе, при эксплуатации и ремонте гражданской AT, которые обязательны для соблюдения федеральными органами исполнительной власти и должны определяться федеральными авиационными правилами.

В тоже время, в Федеральных авиационных правилах (ФАП) по сертификации предприятий по техническому обслуживанию и ремонту (ТО и.

P) AT практически отсутствуют требования по наличию в их структуре эффективных механизмов управления экологической безопасностью. В определенных Федеральной Авиационной Службой (ФАС) основных принципах и направлениях формировании и развития системы ТО и Р, в научных работах по вопросам обеспечении безопасности полетов, авиационной безопасности, функциональной структуры Центров ТО и Р, управления эффективностью и качеством на предприятиях ГА не нашли отражения вопросы повышения эффективности управления системами экологической безопасностью при ТО и Р AT. В составе нормативной базы по сертификационным требованиям вопросы обеспечения экологической безопасности не выделены в виде отдельных самостоятельных документов.

Указанные несоответствия управления системой экологической безопасности при ТО и Р AT международному и российскому законодательству создают определенные сложности в осуществлении политики транспортной безопасности в ГА. Причиной этого является, в первую очередь, то, что поставленная проблема носит интегральный характер и является предметом теории, под которой понимается система обобщенного достоверного знания о предмете исследования, которое описывает, объясняет и предсказывает системное функционирование определенной совокупности составляющих его объектов. Общая теория системного взаимодействия техносферы ТО и Р AT и экологической системы в настоящее в настоящее время не разработана.

Следовательно, восполнение указанных пробелов является актуальной проблемой, имеющей важное народно-хозяйственное значение для обеспечения безопасности AT при чрезвычайных ситуациях на авиатранспорте, конкурентоспособности предприятий воздушного транспорта и их услуг.

2. Цель работы.

Целью работы является разработка теоретических основ повышения эффективности управления системой экологической безопасности (СЭБ) при ТО и Р AT, реализующих концептуальное положение: (Скорость деградации окружающей среды от воздействия на нее JIA — скорость снижения деградирующего воздействия на окружающую среду ЛА при ТО и Р) + скорость деградирующего воздействия производства ТО и Р, должно быть меньше скорости экологического гомеостаза.

3. Задачи исследования ^.

1. Разработать и обосновать алгоритм исследований, включающий:

1.1. Определение несоответствий (неэффективности) имеющейся в настоящее время СЭБ производства ТО и Р AT действующим законам.

1.2. Анализ априорной информации о известных СЭБ на предмет возможности их заимствования, выбор из них аналога для исследований по устранению выявленных несоответствий и разработки эффективной СЭБ производства ТО и Р AT.

1.3.Составление феноменологической вербальной модели СЭБ производства ТО и Р AT.

1.4.Математическое моделирование СЭБ ТО и Р AT:

• разработка метода формализации системы;

• разработка логико-математической модели системы;

• проведение структурного синтеза и оптимизации СЭБ, составление иконографической модели системы.

1.5.Параметрический синтез иконографической модели системы.

2. Подтвердить адекватность теоретических основ повышения эффективности систем экологической безопасности, путем решения конкретных актуальных практических задач ТО и Р AT.

2.1.Разработать рекомендации по организации СЭБ ТО и Р AT, в том числе: разработка метода ранжирования принятия решенийопределение перспективного прогноза функционирования системыоценка перспективы диверсификации системы для решения задачи поиска направлений увеличения безопасности. описание некоторых антропогенно опасных процессов соответствующими аналитическими моделями.

4. Объект, предмет и методы исследования.

Объект исследования: авиационные предприятия, занятые техническим обслуживанием и ремонтом.

Предмет исследования: система мер по снижению скорости деградации AT и экологической системы.

Методы исследования: системный анализ, теория множеств, алгебра логики, теория формальных систем, моделирование, принятие решений, с привлечением элементов теории экологии, мониторинга окружающей природной среды, авиационной экологии, биогеоценоза и психофизиологии.

5. Научная новизна.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней впервые:

1. Раскрыт смысловой и качественный анализ факторов экологической опасности при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте AT.

2. Выявлены уровни декомпозиции иерархической структуры, установлены взаимосвязи между элементами.

3. Решена задача формализации имеющихся знаний о составных элементах системы экологической безопасности, их взаимодействия.

4. Предложен инструмент для повышения эффективности систем экологической безопасности при ТО и Р AT. Для этого:

4.1.Разработана математическая модель структуры системы экологической безопасности.

4.2. Предложена структурная модель производственной системы ремонта AT с учетом экологической безопасности.

4.3. Представлена методика и критерий экологической оценки технологических процессов технического обслуживания и ремонта AT.

4.4. Разработана система ранжирования принятия решений в системе экологической безопасности при техническом обслуживании и ремонте AT и методика экспертизы систем экологической безопасности.

4.5. Предложены и обобщены пакеты прикладных программ описывающие блоки входящие в концептуальную модель системы ъ экологической безопасности.

6. Практическая значимость работы.

Результаты исследования представляют собой методическую базу для организации работ по созданию СЭБ при ТО и Р AT. Они позволяют:

1. Научно-обоснованно формировать и модернизировать СЭБ ТО и Р AT.

2. Повысить достоверность прогнозов результатов хозяйственной деятельности в авиационной сфере по определению состава актуальных перспективных научных и технических проблем, потенциальных сфер использования научных достижений, концепции развития техники, принципа действия технических систем и их основных эксплуатационных параметров.

3. Совершенствовать маркетинговую и инвестиционную политику предприятий в целях наиболее полного удовлетворения потребительского спроса в авиаперевозках и увеличения безопасности полетов;

4. Способствовать продвижению отечественной авиационной техники на международный рынок.

7. Реализация результатов работы:

Основные результаты диссертационной работы использовались при проведении законченных хоздоговорных научно-исследовательских работ: тема № 33−88 «Исследование и разработка технологического процесса восстановления деталей электромагнитных клапанов двигателей Д-30 КУ, Д-30КП, Д-ЗОКУ-2, Д-ЗОКП-2, Д-ЗОКУ-154 методом диффузионной металлизации» (науч. рук. проф. Фролов В. П., отв. исп. с.н.с. Макин Ю.Н.) — № 53−90 «Разработка внедрение процесса диффузионной металлизации электромагнитных агрегатов» (науч. рук. с.н.с. Макин Ю. Н., отв. исп. с.н.с. Зенушкин В.Н.) — № 02.01.032 «Исследование и разработка методов расчета, проектирования и экологичной технологии изготовления и восстановления перспективных конструкций ракетно-космических систем с применением интеллектуальных композиционных метериалов» (науч. рук. проф. Молодцов Г. А., отв. исп. проф. Туркин И.К.) — № 506−06 «Повышение эффективности системы управления экологической безопасностью в ГА на основе комплексного мониторинга ее состояния» по гранту Ученого Совета МГТУ ГА. Материалы исследований используются в 4 учебных дисциплинах: «Ремонт ЛА и АД», «Экология», «Безопасность жизнедеятельности», «Медико-биологические основы БЖД», при подготовке бакалавров, магистров, аспирантов и в дипломном проектировании.

8. Апробация и публикация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 24 всесоюзных и международных научно-технических и практических конференциях и семинарах: «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации» (г. Москва, 1999 г.) — «Математика, компьютер, образование» (г. Москва, 2003 г.) — «Системный анализ и управление космическими комплексами» (г. Евпатория, 2002 г., 2003 г., 2004 г., 2005 г., 2006 г.) — «Экология человекаконцепция факторов риска, экологической безопасности и управление рисками» (г. Пенза, 2004 г.) — «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Г. Пенза, 2004 г.) — «Безопасность — основа устойчивого развития регионов и мегаполисов» (г. Москва, 2005 г.) — «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (г. Москва, 2006 г., 2008 г.), расширенных семинаров кафедр

Авиатопливообеспечение и ремонт ЛА" и «Безопасность полетов» от 28.06.06 г. и 25.09.06, Секции «Экология» Российского Дома Знаний РАН.

По теме диссертации опубликовано около 70 печатных работ, в том числе: 14 в изданиях, утвержденных ВАК РФ, обязательных для публикации материалов докторских диссертаций- 26 статейтезисы 31 доклада- 17 учебных пособий и монографий. Результаты НИР отражены в 11 отчетах и справках.

9. На защиту выносятся следующие научные положения:

Теоретические основы повышения эффективности системы экологической безопасности при ТО и Р AT, включающие в себя:

1. Результаты анализа факторов неэффективности имеющейся СЭБ ТО и Р AT.

2. Концептуальную математическую модель структуры системы экологической безопасности при ТО и Р AT.

3. Структурную модель производственной системы ремонта AT с учетом экологической безопасности в ГА.

4. Систему ранжирования принятия решений в управлении СЭБ ТО и Р и методику экспертизы СЭБ ТО и Р AT.

5. Результаты анализа экологической опасности производства ТО и Р.

6. Рекомендации по организации системы комплексного мониторинга состояния природной среды в СЭБ.

7. Рекомендации по организации СЭБ ТО и Р AT.

8. Результаты анализа роли антропогенных факторов при функционировании СЭБ на этапах жизненного цикла AT.

10. Структура работы.

Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, общих выводов и результатов работы, списка использованных источников. Работа содержит 437 стр., в том числе, 50 рисунков, 44 таблицы и список источников из 252 наименований.

Основные выводы и результаты.

1. Установлены несоответствия процедур сертификации производства по техническому обслуживанию и ремонту (ТО и Р) авиационной техники (AT) в гражданской авиации (ГА) законодательству в области охраны окружающей среды в части подтверждения эффективности системы экологической безопасности (СЭБ) как следствие не разработанности соответствующей теории управления базирующейся на принципах оптимальности, что свидетельствует о недостаточной эффективности управления СЭБ при ТО и Р AT в ГА.

2. Определены основные причины нерешенности эффективности управления СЭБ:

2.1. известные теоретические и практические результаты являются решением частных задач методом специализации;

2.2 процессы взаимодействия природы, общества и техносферы с математической точки зрения относятся к задачам плохоформализуемым;

2.3. не установлены механизмы, критерии эффективности и принципы оптимальности управления в СЭБ.

3. Впервые использованы методы системного анализа для решения задачи повышения эффективности управления СЭБ при ТО и Р AT в ГА, в результате чего получены следующие научные результаты:

3.1. разработан метод формализации процессов взаимодействия техносферы и экологической системы в процессах эксплуатации ТО и Р ATсоставлена соответствующая математическая модель, проведен ее анализ, установлены параметры оптимизации, что дало возможность оптимизировать структуру управления СЭБ;

3.2. выполнен структурный синтез, сформулирована структура системы, определяющая ее компонентный состав и функциональные связи, позволяющая более четко и наглядно ее представлять.

4. Проведен параметрический синтез СЭБ при ТО и Р AT, определен вектор параметров оптимизации, при которых реализуется впервые обоснованный критерий эффективности:

Vдеградирующего воздействия на экологию ЛА ~ У снижения деградирующего воздействия на экологию ЛА при ТО ир) + V деградирующего воздействия на экологию проговодства ТО и Р — У экологического гомеостаза.

5. Проведена декомпозиция задачи обеспечения критерия эффективности СЭБ при ТО и Р AT, разработаны математические модели составляющих ее подсистем, раскрыты механизмы контроля и фиксации параметров на основе экологического мониторинга.

6. Впервые разработанная СЭБ при ТО и Р AT в ГА позволяет:

6.1. прогнозировать и предупреждать проявление факторов экологической опасности, как в режиме реального времени, так и по параметрам краткосрочного (до 1 года) прогнозе;

6.2. оценивать последствия возмущающих воздействий на окружающую среду, вызванных антропогенными факторами экологической опасности с точностью до 70% от ПДК;

6.3. оценивать на протяжении жизненного цикла доли элементов производственного воздействия на окружающую среду субъектов производственной деятельности с точностью 7%, что позволяет проводить паретооптизацию целевой функции.

7. Предложена математическая модель производственной системы ремонта AT в ГА, учитывающая экологические ограничения. Применение данной модели обеспечивает оптимальное инвестирование ресурсов для последовательного воздействия на элементы системы с целью определения первоочередных задач.

8. Разработан аналитический метод решения задач управления экологической безопасностью, обоснованна соответствующая методика, использующая впервые предложенный обобщенный критерий относительной токсичности отходов производства и потребления, что позволило сравнивать различные выбросы, сбросы и отходы технологических процессов ТО и Р AT с помощью общей единицы относительной токсичной массы (ОТМ). Адекватность методики подтверждена путем анализа результатов мониторинга экологического воздействия ряда предприятий системы ТО и Р AT.

9. На основе методики экспертизы управления СЭБ при ТО и Р AT, основанной на методе анализа иерархий, разработан программно-методический комплекс для экспертизы СЭБ при ТО и Р AT и проведена проверка его адекватности на ряде предприятий. В результате проведенной экспертизы выявлено, что на ВАРЗе наиболее эффективное управление СЭБ, а Международному АП «Домодедово» необходимо улучшить работу в области экологической безопасности.

10. Предложены ранее неизвестные. критерии оптимизации в автоматизированной системе проектирования технологических процессов ТО и Р AT позволяющие сократить скорость деградации элементов AT при ТО на 8% и обеспечить дополнительную «восстанавливаемость» элементов качества при капитальном ремонте с 94% до 97%.