НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ТАМАРГАЗІН Олександр Анатолійович

УДК 629.735.083

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ОЦІНКИ ЕФЕКТИВНОСТІ
І ВДОСКОНАЛЕННЯ КЕРУВАННЯ СИСТЕМОЮ ТЕХНІЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ
ПАСАЖИРСЬКИХ ЛІТАКІВ

05.22.20 – Експлуатація та ремонт засобів транспорту

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Київ 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант – доктор технічних наук, професор Кулик Микола Сергійович, Національний авіаційний університет, проректор з навчальної роботи та міжнародних зв'язків

Офіційні опоненти: – доктор технічних наук, професор Конахович Георгій Филимонович, декан факультету електроніки та телекомунікацій Національного авіаційного університету; –

доктор технічних наук, професор Фінадорін Георгій Олексійович, професор кафедри бойового застосування (управління авіацією) Національної академії оборони України; –

доктор технічних наук, доцент Єпіфанов Сергій Валерійович, завідувач кафедрою "Проектування авіаційних двигунів" Національного аерокосмічного університету ім. М.С.Жуковського "Харківський авіаційний інститут"

Провідна установа – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України

Захист дисертації відбудеться 7 лютого 2002 р. о 15-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .062.03 при Національному авіаційному університеті за адресою: 03058, м. Київ, проспект Космонавта Комарова, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету.

Автореферат розісланий "29" грудня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, д.т.н., професор ______-О.І.Запорожець

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Основна мета, яка стоїть перед кожною авіакомпанією, є максимізація прибутку від використання пасажирських літаків (ПЛ) як комерційних транспортних засобів при безперечному домінуванні вимоги до безпеки польотів. Вирішення цієї задачі на тлі постійно зростаючої складності авіаційної техніки і досить високих вимог до безпеки і регулярності польотів потребують постійного моніторингу показників ефективності систем технічного обслуговування (ТО) ПЛ та своєчасної розробки і прийняття заходів з попередження збійних ситуацій у виробництві з технічних та організаційних причин. Дотримання високого рівня безпеки і регулярності польотів ПЛ забезпечується на всіх стадіях їхнього життєвого циклу, що вимагає оперативного обміну інформацією між авіакомпаніями, авіаційними фірмами, авіаремонтними підприємствами та Департаментом авіаційного транспорту.

Актуальність теми. Формування комплексної системи ТО ПЛ починається на самих ранніх стадіях його проектування і поступово вдосконалюється на етапах заводських і державних випробувань. Таким чином, з початком експлуатаційного періоду літак має повністю сформовану і перевірену систему ТО. Але на практиці авіаційна техніка постійно вдосконалюється, розроблюються нові методи і засоби її ТО, змінюються в залежності від режимів експлуатації та зовнішніх умов загальні вимоги до технічної експлуатації ПЛ. Все це призводить до необхідності науково-обґрунтованого коригування програм ТО як літака в цілому, так і окремих його комплектуючих, термінів виконання і об'ємів робіт, складу виконавців та засобів ТО.

Тому перед фахівцями цивільної авіації України стоять в першу чергу задачі розробки:

§ методик побудови ефективних систем ТО авіаційної техніки і коригування їх в експлуатації в залежності від ситуації, що складається в конкретній авіакомпанії;

§ керівництва по сертифікації систем ТО авіаційної техніки;

§ навчальних планів підготовки фахівців, які беруть участь в процесах розробки, забезпечення функціонування і сертифікації систем ТО авіаційної техніки.

Одним із напрямків вирішення цих задач є створення і впровадження в практику авіакомпаній інформаційно-консультативних систем підтримки ТО ПЛ (ІКС з ТО ПЛ) на базі сучасних комп'ютерних технологій і математичних методів обробки інформації. Впровадження таких систем дозволить приймати обґрунтовані з технічної і економічної точок зору рішення про оптимальні підходи до ТО ПЛ, враховувати їхнє безперервне вдосконалення, вдосконалення методів і засобів контролю технічного стану їхніх комплектуючих, коригувати обсяг і періодичність робіт з ТО літаків, їхніх функціональних систем і комплектуючих, з урахуванням особливостей їхньої експлуатації в конкретній авіакомпанії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота є складовою частиною досліджень які проводяться в Національному авіаційному університеті і спрямовані на подальше вдосконалення систем обслуговування і ремонту авіаційної техніки. Робота лежить в руслі Державної програми розвитку авіаційного транспорту України на період до 2010 року, розробленої згідно Указу Президента України від 18 жовтня 2000 року №1143/2000 "Про рішення Ради національної безпеки і оборони України від 27 вересня 2000 року "Про стан авіаційного транспорту та авіаційної промисловості".

Дисертація виконувалась в рамках наступних науково-дослідних робіт:

§ Розробка систем інформаційного забезпечення підтримки льотної придатності парку повітряних суден України. Тема 952-Д00;

§ Розробка програмного забезпечення комплексної автоматизованої системи збору інформації про відмови і пошкодження, розрахунку і контролю рівня надійності комплектуючих виробів і систем літака Ту-154. Тема 723-Х96;

§ Розробка автоматизованої системи пошуку відмов і пошкоджень і ведення інформаційного забезпечення процесу технічної експлуатації літака Іл-62М. Тема Х96;

§ Розробка автоматизованої системи економічного обґрунтування і планування авіаперевезень, а також планово-економічної діяльності авіапідприємства в умовах ринкової економіки.
Тема 700-ГА95;

§ Розробка комплексної автоматизованої системи контролю і прогнозування показників надійності авіаційної техніки.
Тема 631-ГА95;

§ Розробка комплексної системи інформаційного забезпечення процесу технічної експлуатації авіаційних ГТД, автоматизованого пошуку пошкоджень і прийняття рішень. Тема 663_ГА95.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає в розробці нових і вдосконаленні існуючих науково-обґрунтованих методів оцінки ефективності і оптимізації процесів керування системою технічного обслуговування пасажирських літаків та їхньої реалізації в комплексній автоматизованій системі інформаційної підтримки процесу експлуатації пасажирських літаків в авіакомпанії.

Для досягнення поставленої мети вирішуються наступні задачі:

§ аналіз сучасного стану в області технічної експлуатації ПЛ і обґрунтування шляхів контролю і підвищення ефективності їхніх систем технічного обслуговування;

§ аналіз методів розрахунку і взаємоузгодження загальних показників ефективності систем ТО пасажирських літаків;

§ розробка моделі системи керування ТО ПЛ в авіакомпанії;

§ розробка методики призначення методів технічної експлуатації комплектуючих ПЛ в залежності від вимог, поставлених до їхніх систем ТО;

§ розробка комплексної моделі системи ТО пасажирських літаків і їхніх комплектуючих з метою визначення оптимальної множини реєструємих в експлуатаційних умовах характеристик систем технічного обслуговування;

§ розробка методу оптимізації параметрів систем ТО літаків на базі комплексної моделі системи технічного обслуговування;

§ розробка методу розрахунку показників якості системи ТО ПЛ як комерційних транспортних засобів та коефіцієнтів якості ТО комплектуючих пасажирського літака;

§ розробка методики економічного обґрунтування систем ТО ПЛ;

§ розробка методики планування і прийняття рішень з оптимізації виробничих процесів під час ТО пасажирських літаків з використанням поточної інформації про обсяги робіт і обмеження, які виникають в конкретних умовах експлуатації;

§ розробка математичного та інформаційного забезпечення процесів оцінки, контролю і прогнозування показників ефективності систем ТО пасажирських літаків;

§ розробка методично-інформаційного обґрунтування процесів керування ефективністю системами ТО пасажирських літаків;

§ розробка методики оцінки ефективності заходів з підтримки та підвищення ефективності систем ТО пасажирських літаків, які розробляються і впроваджуються у виробництво;

§ розробка і впровадження в авіакомпанії комплексів програм, які реалізують технологічні процеси збору, обробки і аналізу даних про ефективність ТО пасажирських літаків на рівнях авіакомпанії та Департаменту авіаційного транспорту.

Об'єктом дослідження є процес технічного обслуговування пасажирського літака.

Предметом дослідження є система технічного обслуговування пасажирського літака.

Методи дослідження. Виконані в дисертаційній роботі дослідження базуються на теорії імовірностей, теорії масового обслуговування, математичній статистиці, теорії графів та їх застосуванні в задачах планування і керування, математичному програмуванні.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці науково-обґрунтованої методики розрахунку показників якості систем ТО пасажирських літаків як комерційних транспортних засобів, яка покладена в основу розв'язання важливої науково-прикладної проблеми підвищення техніко-економічної ефективності експлуатації авіаційної техніки та методики керування ходом процесу ТО пасажирських літаків з урахуванням збійних ситуацій які при цьому виникають з причин обмежень на наявні ресурси та імовірнісну зміну планових та непланових обсягів робіт.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці методів дослідження і розрахунку характеристик систем ТО пасажирських літаків за даними попередньої експлуатації, які є методологічною основою запропонованої комплексної інформаційно-консультативної автоматизованої системи підтримки процесу технічного обслуговування пасажирських літаків.

Основні висновки і рекомендації, отримані в роботі, використані при створенні 15 програмних комплексів і автоматизованих систем, в розробці яких безпосередню участь приймав автор. Основні отримані результати впроваджені в Департаменті авіаційного транспорту України, авіакомпанії "Авіалінії України", Авіаційно-технічному комплексі аеропорту Шереметьєво-2 (м. Москва) та Акціонерному товаристві "Авіадвигун" (м. Перм).

Особистий внесок здобувача. Монографія та 18 статей за темою дисертації опубліковані автором одноосібно.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на щорічних науково-технічних конференціях Київського міжнародного університету цивільної авіації (1993-1996 рр.); Міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні науково-технічні проблеми цивільної авіації" (Москва, 1996 р.); I Міжнародному конгресі двигунобудівників (Харків, 1996 р.); Міжнародній науково-практичній конференції "Забезпечення безпеки польотів в нових економічних умовах" (Київ, 1997 р.); III Міжнародному конгресі двигунобудівників (Харків, 1998 р.); IV Міжнародному конгресі двигунобудівників (Харків, 1999 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "АВІА-99" (Київ, 1999 р.); V Міжнародному конгресі двигунобудівників (Харків, 2000 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "АВІА-2000" (Київ, 2000 р.); III Міжнародній науково-технічній конференції "АВІА_" (Київ, 2001 р.); VI Міжнародному конгресі двигунобудівників (Харків, 2001 р.).

Публікації. За темою дисертації автором опубліковано одну монографію, 25 статей в наукових виданнях, 14 тез доповідей на конференціях, 29 звітів з НДР. Основний зміст дисертації опубліковано в 26 наукових працях, з яких 19 написані без співавторів.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів і шести додатків. Повний обсяг дисертації 389 сторінки, 66 рисунків, 64 таблиць. Список використаних джерел з 272 найменувань на 22 сторінках, 6 додатків на 24 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, яка розв'язується в дисертації, сформульована мета дисертаційної роботи, визначені її наукова новизна і практична цінність.

У першому розділі проведено аналіз історичного розвитку методів технічного обслуговування авіаційної техніки, результати якого доводять необхідність застосування комбінованих методів ТО до пасажирських літаків, які полягають в оптимальному поєднанні експлуатації за ресурсом і за станом з метою отримання заданого рівня безпеки і регулярності польотів, мінімізації витрат на ТО в залежності від технічного і економічного стану конкретної авіакомпанії, історії льотно-технічної експлуатації та кваліфікації інженерно-технічного складу, який виконує обслуговування конкретних екземплярів літаків.

Проведено аналіз сучасного стану ТО пасажирських літаків, які зараз знаходяться в експлуатації в авіакомпаніях України і Росії та їхніх аналогів західного виробництва (табл.1).

Таблиця 1

Основні характеристики систем ТО пасажирських літаків виробництва України і Росії
і літаків-аналогів західного виробництва

Характеристика,

розмірність | Як-40 | Ан-24 | Ту-134 | Як-42 | Ту-154 | Іл-62М | Іл-96

Питомі показники* ТО:

KW. ТО, люд.-г/г-нал. | 3,25 | 4,10 | 4,82 | 8,79 | 5,15 | 6,67 | 10,48

KT.ТО, г/г-нал. | 1,29 | 1,01 | 0,96 | 1,52 | 1,05 | 0,73 | 1,51

ремонту літака:

KW.р.л, люд.-г/г- нал. | l,25 | 2,50 | 2,63 | 0,72** | 5,21 | 4,26 | 2,01**

KT.р.л, г/г-нал. | 0,15 | 0,24 | 0,23– | 0,22 | 0,28–

ремонту двигунів і агрегатів

KW.р.дв, люд.-г/г-нал. | 0,76 | 1,15 | 2,11 | 0,68** | 2,99 | 3,78 | 2,03**

ремонту (в сумі)

KW.Р, люд.-г/г-нал. | 2,01 | 3,65 | 4,74 | 1,40 | 8,20 | 8,04 | 4,04

ТО (в сумі)

KW, люд.-г/г-нал. | 5,26 | 7,75 | 9,56 | 10,19 | 13,35 | 14,71 | 14,52

KT, г/г-нал. (без ремонту двигунів і агрегатів) | 1,44 | 1,25 | 1,19 | 1,52 | 1,27 | 1,01 | 1,51

F-27 | F-28 | DC-9 | B-737 | B-727 | DC-8 | B-747

КW.ан, люд.-г/г-нал.

КT.an, г/г-нал. | 5,0 0,35 | 6,0 0,35 | 9,10 (1,53) | 6,3
0,6…0,8 | 9,6 0,6…0,7 | 12,5 | 13,9 (0,50)

Відношення KW.сум/KW.ан. | 1,05 | 1,29 | 1,05 | 1,62 | 1,39 | 1,18 | 1,05

KW – питома трудомісткість роботи; KT – питома тривалість роботи

* Значення KT містять в собі календарні простої через обмежену тривалість робочого дня.

** Експертна оцінка для умов експлуатації за стан

Проведено аналіз взаємозв'язку характеристик системи ТО з іншими експлуатаційно-технічними характеристиками літака, що дало можливість виділити ряд об'єктивно діючих факторів, що викликають необхідність зміни підходів до керування процесом ТО ПЛ. До числа цих факторів зокрема відносяться: безупинне ускладнення конструкції авіаційної техніки; збільшення цін на літаки, двигуни, устаткування; ускладнення технології виконання ТО; збільшення усіх видів витрат на технічну експлуатацію; недостатність ангарної бази для виконання трудомістких форм регламентних робіт; порівняно низькі показники ефективності ТО авіаційної техніки в авіакомпаніях України.

Проведено аналіз використовуваних в авіакомпаніях України показників ефективності систем ТО ПЛ, який показав, що найбільш поширеними серед них є показники питомих тривалостей і трудомісткостей різних видів і форм обслуговування. Але проведені дослідження також показали низьку достовірність навіть цих показників пов'язану з тим, що у більшості авіакомпаній України, незважаючи на досить широке застосування комп'ютерної техніки у виробництві, відсутня єдина політика глобальної інформатизації авіакомпанії на базі побудови корпоративних комп'ютерних систем в рамках якої і повинна здійснюватись інформаційна підтримка процесів керування ТО ПЛ (оперативна і достовірна реєстрація параметрів технічного обслуговування, аналіз вхідної інформації і розрахунки показників ефективності ТО, інформаційна підтримка прийняття рішень з розробки і застосування заходів, спрямованих на підтримку або підвищення якості ТО пасажирських літаків як комерційних транспортних засобів).

Запропоновано методологічну схему забезпечення характеристик систем ТО пасажирських літаків в експлуатації, яка була покладена в основу розробки методології побудови ІКС з ТО ПЛ, невід'ємною частиною якої є контроль технічного стану комплектуючих авіаційної техніки з використанням сучасних бортових засобів контролю, які також (як і інші функціональні системи літака) в ході експлуатації модернізуються або замінюються на нові. Модернізація або оновлення бортових засобів контролю є одним із заходів поліпшення системи ТО в тому випадку, коли за аналізом показників її ефективності стане ясно, що необхідно підвищити глибину пошуку місця відмов. Задача знаходження оптимальної глибини пошуку відмов в роботі формулюється як

де Ссум.i – сумарні витрати на пошук відмов при i-му варіанті формування бортової мережі збору діагностичної інформації; nвар – число можливих варіантів формування бортової мережі; Сp – витрати на ручний пошук місця відмов (почерговою заміною блоків з наступним контролем працездатності системи); – інтенсивність відмов елементів (блоків) системи; п.ср – середній термін пошуку відмови; сп – наліт до списання літака.

В першому розділі також наведена методика узгодження реєстрованих зараз в авіакомпаніях України показників ефективності системи ТО ПЛ: середніх питомих трудомісткостей і тривалостей обслуговування, середнього часу відновлення при заданому коефіцієнті справності, відносного річного нальоту, ефективної чисельності обслуговуючого персоналу і середнього наробітку на відмову.

У другому розділі розглянуто основні положення і принципи дослідження ефективності систем ТО ПЛ за даними експлуатації. Наведено аналіз основних результатів, отриманих в ході розвитку теорії технічної експлуатації авіаційної техніки з визначення основних показників ефективності ТО. В ході цього аналізу було встановлено, що більшість вхідних параметрів запропонованих моделей системи ТО ПЛ визначаються методами теорії надійності. Але таке рішення задачі оцінки ефективності сучасних систем ТО наштовхується на обчислювальні труднощі, пов'язані з необхідністю перебору великого масиву інформації і визначення на її базі імовірнісних характеристик авіаційної техніки і процесу їхнього ТО.

Проведено аналіз зміни у часі характеру інтенсивностей відмов і пошкоджень комплектуючих сучасних ПЛ, який показав правомірність застосування в більшості моделей систем ТО експоненціального закону розподілу їхніх інтенсивностей відмов (більш як для 89%). Також в розділі наведені методи апроксимації законів розподілу інтенсивностей відмов з урахуванням того, що оцінка показників ефективності систем ТО в експлуатації здійснюється за відносно короткі терміни (від 6 місяців до 2 років).

Розглянута математична модель процесу керування системою ТО конкретного ПЛ (рис.1), яка була покладена в основу методології побудови моделі керування і прийняття рішень в ІКС з ТО
(X – параметри системи ТО, Z – збурення, A – оператори керування, "пе" – підконтрольна експлуатація, "обр" – обробка інформації, отриманої під час підконтрольної експлуатації, "ріш" – прийняття рішень з питань модифікації системи ТО пасажирських літаків).

Рис.1. Схема процесу керування системою ТО літака в експлуатації

Розглянуто загальну методику проведення досліджень з оцінки і керування ефективністю систем ТО ПЛ і їхніх комплектуючих. Обґрунтовано застосування марківських моделей до аналізу і синтезу систем ТО авіаційної техніки. Така модель розглядається як множина станів ei E, в яких може знаходитись об'єкт дослідження, і описується системою диференціальних рівнянь

;

де aij(t) – множина інтенсивності переходу об'єкту контролю (ОК) зі стану ei в стан ej:

,

а також матрицею прибутків (витрат) від знаходження ОК в ei_му стані або при переходу зі стану ei в стан ej:

.

Прибуток у ei_му стані знаходиться за формулою

де t – термін спостереження за об'єктом.

Основною метою системи ТО ПЛ було обрано забезпечення максимального часу перебування літака у готовності до польотів при безперечному задовільненні вимог до безпеки і регулярності польотів з мінімальними витратами на ТО. В роботі вирішується загальна задача оптимізації параметрів системи ТО:

,

де g – функція прибутків; X – вектор параметрів системи ТО; S – загальне число обмежень задачі; G – множина допустимих значень параметрів x.

Розглянуто підхід до визначення витрат під час ТО ПЛ із застосуванням марківських моделей систем ТО агрегатів і функціональних систем пасажирського літака, що дозволило сформулювати загальну постановку задачі відпрацювання систем ТО ПЛ за попередньою експлуатацією (рис.2).

У третьому розділі на базі аналізу регламентів сучасних літаків були виділені найбільш поширені моделі обслуговування їхніх комплектуючих. При побудові цих моделей, розроблених з урахуванням припущень, обґрунтованих у другому розділі, були відпрацьовані методи аналізу і синтезу систем ТО ПЛ за результатами попередньої експлуатації, які були покладені в основу запропонованої комплексної моделі системи ТО, що включає безперервний і періодичний контроль технічного стану, автоматизовані періодичні перевірки (АПП), міжрегламентне і регламентне ТО. Ця модель в ІКС з ТО ПЛ застосовується до більшості комплектуючих ПЛ та літака в цілому. Для зменшення числа станів періодичний контроль технічного стану, який проводиться відносно часто (через 3…4 доби), був об'єднаний з безперервним контролем (інтенсивності переходів приведені в табл.2).

За можливі стани в комплексній моделі системи ТО були прийняті наступні: 1 – ОК знаходиться в готовності до роботи; 2 – проводиться регламентне ТО; 3 – виконуються АПП; 4 – ОК знаходиться в стані прихованого пошкодження з причини пошкодження його елементів, технічний стан яких контролюється під час регламентного ТО; 5 – ОК знаходиться в стані прихованої відмови з причини втрати працездатності його елементів, технічний стан яких контролюється під час регламенту ТО; 6 – усунення відмов і пошкоджень під час регламентного ТО; 7 – ОК знаходиться о стані прихованої відмови з причини втрати працездатності його елементів, технічний стан яких контролюється під час АПП; 8 – ОК знаходиться в стані прихованого пошкодження з причини пошкодження його елементів, технічний стан яких контролюється під час АПП; 9 – усунення відмов і пошкоджень під час АПП; 10 – усунення відмов елементів ОК, технічний стан яких контролюється безперервно; 11 – усунення пошкоджень елементів ОК, технічний стан яких контролюється безперервно; 12 – на ОК проводиться міжрегламентне ТО; 13 – ОК знаходиться в стані помилкової відмови, і на ній виконуються ремонтно-відновлювальні роботи.

Можливі переходи в комплексній моделі системи ТО задані множиною = {1–2; 1–3; 1–4; 1–5; 1–7; 1–8; 1–10; 1–11; 1–12; 2–1; 2–6; 3–1; 3–9; 3–13; 4–6; 5–6; 6–2; 6–5; 7–9; 8–9; 9–3; 9–7; 10–1; 11–1; 12–1; 13–3}.

Таблиця 2

Інтенсивності переходів в комплексній моделі системи ТО

Вектор експлуатаційних характеристик в комплексній моделі ТО включає наступні параметри: – параметр потоку пошкоджень елементів ОК, технічний стан яких контролюється під час регламентного ТО; – параметр потоку відмов елементів ОК, технічний стан яких контролюється під час регламентного ТО; – параметр потоку пошкоджень елементів ОК, технічний стан яких контролюється під час АПП; – параметр потоку відмов елементів ОК, технічний стан яких контролюється під час АПП; – параметр потоку пошкоджень елементів ОК, технічний стан яких контролюється безперервно; – параметр потоку відмов елементів ОК, технічний стан яких контролюється безперервно; – параметр потоку відмов і пошкоджень елементів ОК в навантаженому режимі під час регламентного ТО; – параметр потоку відмов і пошкоджень елементів ОК в навантаженому режимі під час АПП; v1 – інтенсивність помилок обслуговуючого персоналу в процесі регламентного ТО; v2 – інтенсивність помилок обслуговуючого персоналу в процесі АПП; – імовірність помилок 1-го роду; – імовірність помилок 2-го роду; рг – тривалість регламентного ТО; пп – тривалість АПП; о – тривалість міжрегламентного ТО; мрг – періодичність проведення регламентного ТО; мпп – періодичність проведення АПП; – тривалість усунення відмов і пошкоджень під час регламентного ТО; – тривалість усунення відмов і пошкоджень під час АПП; – тривалість усунення відмов і пошкоджень елементів ОК, які контролюються безперервно; мо – періодичність проведення міжрегламентного ТО.

За допомогою комплексної моделі були проведені дослідження зміни імовірності знаходження ПЛ в стані готовності до застосування за призначенням (Р1), як основного показника ефективності системи ТО, від складових показника вектора експлуатаційних характеристик ПЛ та режимів його обслуговування. Приклади отриманих залежностей наведені на рис.3 і 4.

Запропонована методика оптимізації параметрів системи ТО відрізняється простотою програмної реалізації та задовільною точністю отримуваних результатів. Ця методика базується на припущеннях, обґрунтованих у другому розділі і реалізує оптимізацію параметрів системи ТО за вартісними показниками, яка за допомогою методу штрафних функцій зводиться до безумовної оптимізації.

Рис.3. Залежність імовірності Р1 від обсягу ТО при  -6 г-1

Рис.4. Залежність імовірності Р1 від тривалості ТО
при bрг ,3, bпп ,1, bнепр ,6, мпп мес: рг г; рг г

Вирішується ця задача за наступним алгоритмом.

1. Початкове наближення. Формуються вхідні дані у вигляді матриць A(k) інтенсивностей переходів і прибутків C(k), за якими визначаються безпосередньо очікувані прибутки .

В кожному стані методом перебору вибирається варіант kmi, якому відповідає максимальний очікуваний прибуток, і формується початковий вектор-рішення f0. Виходячи з цього рішення складаються нові матриці і .

2. Визначення відносних ваг. Вирішується система рівнянь відносно g і Vj:

.

3. Поліпшення рішення. Здійснюється максимізація частинних критеріїв i :

В кожному стані методом перебору (оскільки частинні критерії i так само як і , залежать від малого числа параметрів вектора С(k)) вибирається варіант, якому відповідає максимальний критерій, і формується вектор-рішення

.

4. Контроль завершення ітерацій. Якщо хоча б один елемент векторів-рішень f0 і f1 не збігається, то необхідно продовжувати процедуру поліпшення рішення, для чого повертаємося до пункту 2. Інакше рішення задачі отримане.

При повільній збіжності процесу доцільно збільшити відповідні множники m, після чого керування передається на 3-й пункт алгоритму. Для вибору порядку величин im і наступного їхнього уточнення доцільно використовувати залежність:

,

де , – відповідно найбільше і найменше значення, прийняті функціями при варіюванні значень компонентів підвектора Xi.

Розроблена комплексна модель системи ТО в ІКС з ТО ПЛ була використана для визначення мінімально-необхідної інформації, яка повинна реєструватись в авіакомпанії з метою реалізації функцій керування ТО парку літаків. У відповідності до мети, яку повинна вирішувати система ТО ПЛ, за основний показник ефективності був прийнятий коефіцієнт готовності до застосування за призначенням. Але, як показали дослідження, результати використання цього показника не узгоджуються з результатами експлуатації ПЛ як комерційних транспортних засобів. Для усунення цього недоліку був введений коефіцієнт якості системи ТО, який розраховується за формулою:

,

де Kг – коефіцієнт готовності літака; в = /р – коефіцієнт використання; о.р = w/wр – коефіцієнт обсягу робіт; е.в = С/Сто – коефіцієнт економічної віддачі; С– прибуток; у.е – коефіцієнт ускладненої експлуатації у.е; p – розрахунковий період, г; w – обсяг транспортних робіт; wp = рVкmmax – максимально можливий обсяг роботи; Vк – крейсерська швидкість літака; mmax – максимальне комерційне завантаження літака.

Аналогічний коефіцієнт якості системи ТО використовується в ІКС і для комплектуючих літака, але у трохи зміненій формі:

де – коефіцієнт навантаження; n – число циклів використання комплектуючого; – середнє приведене навантаження, Fmax – максимально допустиме навантаження; в.то = Сто/Сто.пл – коефіцієнт вартості ТО; Сто – вартість ТО комплектуючого за розрахунковий період, Сто.пл – вартість ТО літака за той же період.

Розглянуті основні методи дослідження показників ефективності систем ТО за даними експлуатації, які використовуються в ІКС з ТО ПЛ, до основних з яких відносяться регресійний і кореляційний аналізи, а також методики оцінки динаміки показників за підконтрльний період і прогнозування показників на наступний період експлуатації.

Одною з основних задач ІКС з ТО ПЛ є оцінка ефективності заходів щодо підвищення якості систем ТО, яка виконується за допомогою наступних коефіцієнтів, які можуть модифікуватись в залежності від впливу конкретного заходу на систему ТО об'єкту контролю:

,

де Kефij – коефіцієнт ефективності i-го заходу щодо j-го показника ефективності системи ТО, Xj0 – значення j-го показника за звітний період, XjБ – значення j-го показника в базовому періоді; Kпр.ефijk – коефіцієнт відхилення ефективності i-го заходу щодо j-го показника ефективності системи ТО у звітний період від значення, що очікувалося, Xjkпр – значення прогнозованого j-го показника в звітний період на базі k-го базового періоду.

На етапі розробки для оцінки ефективності заходів в ІКС з ТО ПЛ використовується незалежна експертиза проектів цих заходів.

Розглянута методика призначення методів технічної експлуатації і формування базового складу робіт з ТО комплектуючих ПЛ, яка використовується для прийняття рішення, за якою моделлю здійснювати експлуатацію конкретного комплектуючого ПЛ. Ця методика базується на узагальненні підходів які зараз використовуються в авіаційних КБ, але модифікована з метою спрощення її програмної реалізації.

Поряд із застосуванням в ІКС з ТО ПЛ марківських моделей систем ТО використовуються аналітичні методи розрахунку показників ефективності обслуговування комплектуючих ПЛ. Так, зокрема, в роботі запропоновані аналітичні розрахунки для імовірностей безвідмовної роботи і коефіцієнтів готовності нерезервованих комплектуючих з періодичним і безперервним контролем технічного стану, які зараз широко поширені на сучасних літаках.

Зокрема, для розрахунку імовірність безвідмовної роботи нерезервованих комплектуючих з періодичним контролем технічного стану запропонована наступна формула:

де H(u) – функція процесу відновлення, утвореного послідовністю інтервалів часу між явними відмова ОК; () – функція розподілу наробітку до явної відмови; F() – функція розподілу наробітку до прихованої відмови.

У четвертому розділі розглянуті найбільш важливі при керуванні системою ТО ПЛ задачі, пов'язані з плануванням як комплексів робіт (заходів) так і окремих процесів обслуговування літака. Кожний етап планування так чи інакше пов'язаний з необхідністю прийняття рішень з керування наявними ресурсами з метою забезпечення заданих рівнів безпеки і регулярності польотів та мінімізації витрат на експлуатацію парку літаків.

Відповідно до методики аналізу і синтезу системи ТО ПЛ в експлуатації, розглянутої в другому розділі, основною частиною її є задовільнення вимог до систем ТО комплектуючих вимогам до системи ТО ПЛ в цілому і визначення базових періодичностей регламентного обслуговування літака.

За наведеною методикою базова періодичність контролю ТО визначається: функціями відмовності, які представляють собою залежності імовірностей видів відмов системи від імовірностей видів відмов її елементів q за одну годину польоту або за політ; нормативними імовірностями можливих видів відмов систем літака, встановленими за допомогою розподілу вимог до безвідмовності системи в цілому між можливими видами її відмов; трудомісткістю планових робіт з проведення ТО.

Зміст запропонованих правил ранжирування полягає у встановленні більшої періодичності для тієї роботи, якій відповідає більший ранг R:

Відповідно до результатів ранжирування і на підставі функцій відмовності встановлюються залежності імовірностей функціональних відмов системи від періодичностей : . Ввівши обмеження , одержимо функції обмежень в задачі мінімізації вартості ТО: . Вибір оптимальних періодичностей забезпечується мінімізацією питомих витрат на ТО:

де fт – середня годинна тарифна ставка виконавця робіт з ТО. Для визначення оптимальної періодичності за допомогою мінімізації KС складається функція Лагранжа виду

де U – ненегативні невизначені множники.

Потім складається система рівнянь:

рішення якої дозволяє визначити оптимальні значення , які відповідають сідловій точці функції Лагранжа.

Для визначення безвідмовності використовується наближена формула:

де – нормативна імовірність відмови елемента за політ; Tо – середній наробіток до -го виду відмови елемента за умови, що його передвідмовний стан не контролюється; Tпр. – середній наробіток до передвідмовного стану.

Іншою задачею, яка виникає при керуванні системою ТО є визначення раціонального обсягу робіт, що виконуються на конкретній формі ТО з урахуванням отриманих базових періодичностей обслуговування літака та рекомендованих періодичностей робіт на конкретних комплектуючих.

При використанні цієї методики всі комплектуючі літака розглядаються як елементи множини  {1,2,…,N}. З множини на відрізок часу [t0, t0+t] формується множина , елементами якої є ті комплектуючі ПЛ, на яких потрібно виконати ТО на цьому відрізку часу за нормативними документами (t – інтервал часу між черговими формами ТО).

Ранжирування в множині V здійснюється за правилом:

,

де ; c(i) – вартість ТО i-го комплектуючого; ; – інтенсивність відмов i-го комплектуючого на відрізку часу [t0, t0+]; t0 – момент проведення попереднього обслуговування i-го комплектуючого; – наробіток i-го комплектуючого між моментом попереднього його обслуговування і моментом проведення поточної форми ТО.

За обмежуючий параметр приймається плановий термін виконання даної форми ТО (Тто) перевищення якого приводить до затримки рейсу з технічних причин. Обсяг робіт конкретної форми ТО представляється як сукупність обов'язкових робіт Vоб, планових робіт Vпл і непланових робіт Vн. Множина Vн, це роботи які пов'язані з усунення відмов і пошкоджень, що не можливо відкласти до наступної форми ТО. Множина Vоб, складається з двох частин. До першої (V'об) входять роботи із зустрічі літака, забезпечення його стоянки, забезпечення вильоту тощо. Друга частина обов'язкових робіт (V"об) складається з робіт із множини V' = V \ Vн.

Формування V"об здійснюється із множини V' за наступним правилом:

; ,

де – заданий показник справності літака.

Таким чином, мінімальний обсяг робіт, який повинен бути виконаний з метою забезпечення заданого рівні безпеки польотів, знаходиться як V* Vоб  Vн. За цим обсягом робіт розроблюється технологічний графік і визначається тривалість виконання даного комплексу робіт (Т*). Якщо Т* Тто,то на цьому формування обсягу робіт на даній формі ТО припиняється, інакше, формується множина робіт Vпл V" (V" V' \ Vоб).

Формування Vпл здійснюється починаючи з першого елементу V". Таке доповнення проводиться до тих пір, поки додавання нової роботи не призведе до виконання умови Т* Тто. Якщо Т* = Тто, то Vпл містить в собі і останню розглянуту роботу, якщо Т* > Тто, то до складу Vпл увійдуть всі роботи за винятком останньої.

З наведеної методики видно що одним із основних методів оперативного керування системою ТО ПЛ в експлуатації є керування виконанням технологічного графіку комплексу робіт, що виконуються на даній формі ТО. Запропонована в роботі модель цього процесу включає задачі оптимізації технологічного графіку на стадії планування робіт, при створенні ієрархічної мережевої моделі та на стадії керування процесом ТО ПЛ, планування потреби у виробничих ресурсах, моделювання параметрів виробничого процесу в умовах зривів окремих робіт:

(1)

при

,

де , ,,, r – ресурси, s – обмеження, t – тривалості робіт, V – роботи; U – можливі переходи.

Зміст оптимізації полягає у варіюванні параметрами , і sij з тим, щоб отримати найбільш прийнятне значення (1). Результатом оптимізації є розклад виконання окремих робіт. Метод варіювання, як правило, неформалізований і базується на порівняльному аналізі значень (1) шляхом послідовних розрахунків мережі. Ці розрахунки виконуються багатократно на етапах синтезу мережевої моделі. Процес синтезу мережі структурно розбитий на однотипні цикли, число яких визначається кількістю рівнів ієрархії моделі процесу ТО ПЛ. Процес проектування починається з циклу верхнього рівня і послідовно проходить через цикли нижніх рівнів. Процес проектування мережевої моделі зображений на рис.5. Оператори позначимо (а, b), де а перша цифра номера оператора, b – друга. Тоді кожний оператор (а, b) на рисунку відповідає кроку а циклу b (;). Значення окремих операторів наведено в табл.3.

Таблиця 3

Значення операторів процесу проектування

мережевої моделі комплексу робіт

Рис.5. Технологія створення мережевої моделі комплексу робіт

Наявність множини невизначених факторів і збурень, які виникають в процесі виконання робіт з ТО, знижує його стабільність і спричиняє значні відхилення фактичного ходу процесу і досягнуті результати від намічених планом. Дослідження показали, що в 12% виконання періодичного ТО і 27% оперативного ТО виникають ситуації коли потрібно планування робіт у реальному масштабі часу. Формалізовано така ситуація записується наступним чином:

де Gj – загальна кількість доступних ресурсів j-го виду; Wj множина операцій, які використовують ресурси j-го виду; vij – кількість ресурсів j_го виду, потрібного для успішного завершення i-ї операції. Задача полягає у визначенні плану розподілу ресурсів, які враховують найкращим чином дані нечітких обмежень. Система містить фактично N m n s умов (, |Ri| – потужність множини Ri видів ресурсів, які потребує i-та операція). Кожній з умов з номером ставиться у відповідність нечітка підмножина . Функції належності в залежності від номера k мають наступний вигляд:

Індекс k означає, що вираз в дужках відноситься до k-ї умови , хij – вектор, значеннями якого є обсяги ресурсів j-го виду, виділені операції з номером i1.

Нечітку підмножину R формується наступним чином:

де ; k – коефіцієнт відносної важливості умови з номером k, – універсальна множина області зміни вектору х . За допомогою відповідного визначення цих коефіцієнтів можна встановлювати пріоритет кожної умови. Для визначення плану розподілу ресурсів знаходиться вектор х, при якому функція належності qR(x) приймає максимальне значення:

де

Таким чином, для визначення плану розподілу ресурсів мінімізується функція f(x) = a1+a2+a3, яка містить в собі об'єднання нечітких обмежень. Для мінімізації цієї функції знаходяться функціональні залежності між тривалістю i-ї операції та вектором виділених ресурсів j_го виду на виконання i-ї операції {хij}.

Розглянуті також задачі економічного обґрунтування рішень, які приймаються в ході керування системою ТО ПЛ.

У п'ятому розділі сформульовані вимоги до структури методичного забезпечення керування системами ТО ПЛ в експлуатації та проаналізовані основні задачі ІКС з ТО ПЛ. Розглянуті основні підходи які використовувались при автоматизації виробництва в авіакомпанії за допомогою автоматизованих систем попередніх поколінь, наведені їхні недоліки та висвітлені напрямки їхнього усунення в інформаційних системах нового покоління, які базується на Internet-технологіях.

На базі запропонованої в другому розділі моделі процесу керування системою ТО ПЛ в експлуатації була розроблена методологія побудови ІКС з ТО ПЛ.

В основу математичного опису суб'єктів цієї системи та взаємозв'язків між ними було покладено уявлення про авіакомпанію, як складну ергатичну систему, що включає множину об'єктів, пов'язаних між собою відношеннями діймножина робіт, спрямованих на керування процесами ТО ПЛ). При цьому в моделі враховуються терміни виконання робіт суб'єктами системи та обсяги ресурсів, які є в їхньому розпорядженні для виконання цих робіт.

Ефективність заходів з підвищення якості керування системами ТО ПЛ оцінюється функцією виду:

де U – область допустимих рішень при керуванні виробничими процесами ТО; Q – масив детермінованих факторів; C1,…,
Cq – реалізація параметрів випадкових факторів; Pkl – умовна можливість появи відмови або пошкодження при l-му типі подій;
hkl можливості появи l-го типу подій при реалізації k-ї пропозиції.

У якості оптимального рішення U вибирається таке з t заходів, яке задовольняє умові
KЕ =.

Процес прийняття рішень з керування системою ТО ПЛ в моделі (визначення допустимих рішень) представлений у вигляді кортежів:

де wLi0, wZi0 – апріорні оцінки ефективності пропозицій і проектів заходів відповідно; N3i, D3i – норми або вимоги до надійності авіаційної техніки і досконалості їхніх систем ТО у конкретних експлуатаційних умовах; G1 – алгоритм введення в дію проектів заходів, G2 – алгоритм розробки заходів з вдосконалення системи ТО ПЛ;
G3 – алгоритм формування планів, договорів, вказівок, завдань і вимог на розробку заходів, Z – проекти заходів.

Використовуючи таке представлення процесу прийняття рішень при керування ТО авіаційної техніки, були розроблені основні принципи формування функціонально-організаційної структури ІКС з ТО ПЛ і декомпозиція системи за інформаційними, функціональними, організаційними та часовими ознаками.

Результати формування функціонально-організаційної структури враховувались при аналізі апаратного та програмного забезпечення ІКС з ТО ПЛ, результати якого проілюстровані