НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ГОНЧАРЕНКО Андрій Вікторович

УДК 656.7.08

КЕРУВАННЯ ПІДТРИМАННЯМ БЕЗПЕКИ ПОЛЬОТІВ

ЧЕРЕЗ ТЕХНІЧНІ ТА ВИТРАТНІ ЧИННИКИ

05.13.03 – Системи та процеси керування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2005Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному авіаційному університеті (НАУ) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Касьянов Володимир Олександрович,

Національний авіаційний університет,

професор кафедри механіки.

Офіційні опоненти: – доктор технічних наук, професор

Павлов Вадим Володимирович,

Науково-Навчальний Центр Інформаційних

Технологій і Систем,

завідуючий відділом;–

кандидат технічних наук

Шевченко Віктор Леонідович,

Національний науково-дослідний центр

оборонних технологій і воєнної безпеки України,

начальник науково-дослідного управління.

Провідна установа – Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

(НТУУ “КПІ”),

Міністерство освіти і науки України,

м. Київ.

Захист відбудеться „ 26 ” жовтня 2005 року о _1530_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.062.03 у Національному авіаційному університеті за адресою: 03058, м. Київ-58, проспект Космонавта Комарова, 1., корп. 1 , ауд. 001.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03058, м. Київ-58, проспект Космонавта Комарова, 1., корп. 8.

Автореферат розісланий „ _21_ ” _вересня_ 2005 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук,

доцент _____________________________ С.В. Павлова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Дисертаційна робота присвячена оптимізації процесу керування рівнями безпеки польотів (БП) завдяки застосуванню результатів математичного моделювання чинників, що враховують технічні та експлуатаційні важелі, а також втрати, пов’язані з катастрофами повітряних кораблів (ПК).

Актуальність теми. За даними міжнародної організації цивільної авіації протягом останніх 30-40 років відбувається покращення статистичних показників БП. Однак введення в експлуатацію більш пасажиромістких літаків, постійно зростаюча вага політичних, соціальних та економічних наслідків кожної катастрофи роблять цю подію трагедією національного масштабу. З великою вірогідністю вона може бути руйнівною для авіакомпанії.

Планування заходів з підтримання заданого рівня БП, та, у більш загальному сенсі, розробка стратегій керування рівнями БП окрім технічних та організаційних обставин, на рівні країни – політичних та соціальних, визначається також економічними факторами. Врахування в явному вигляді імовірних втрат, обумовлених авіаційними пригодами, зокрема, катастрофами, при оптимізації загальних витрат авіакомпаній на заходи з підтримання БП, розробка відповідних комплексних критеріїв, алгоритмів оптимізації, інтерпретація та застосування отриманих результатів у вигляді рекомендацій відносно величини керуючого впливу є актуальною задачею.

В результаті структурної перебудови авіації України з’явилося багато невеликих авіаційних транспортних систем (АТС). Кількість літаків та їхній наліт зменшилися. Актуальним є з’ясування причин теперішнього незадовільного стану БП в Україні. Такі дослідження на користь України доцільно проводити із залученням світових даних.

В теоретичному плані, при значною мірою ідеалізованих умовах, задача оптимального керування БП розглядається в деяких наукових публікаціях, зокрема роботах Барзиловича Є.Ю. Але для її практичної реалізації потрібна конкретизація, побудова комплексних критеріїв, що залежать від нормованих характеристик льотної придатності.

В даній роботі запропоновано варіант математичної постановки цієї задачі та її розв’язання. Як частина загальної проблеми оптимального планування діяльності галузі та окремих АТС щодо підтримання БП вона є актуальною. Головною особливістю задачі, що розглядається в даній роботі є явне врахування втрат, які несе АТС в результаті авіаційної катастрофи. Усі розробки та розрахунки віднесені до регулярних перевізників.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Даний напрямок досліджень є одним із приоритетних у Національному авіаційному університеті, де протягом десятиліть займаються проблемами оптимізації та удосконалення процесів технічного обслуговування і ремонту (ТО і Р). Науково-дослідна робота за номером державної реєстрації 827-ДБ98 була базовою для підготовки та подання даної дисертаційної роботи. Роль автора у виконанні цієї науково-дослідної роботи полягала у розробці нових моделей залежностей частоти потоку несприятливих подій від витратних важелів процесу підтримання БП, комбінування їх із технічними характеристиками БП, збір та обробка статистичного матеріалу, а також проведення комп’ютерних експериментів та чисельного дослідження впливу окремих параметрів складених моделей на остаточні показники безпеки, опрацювання критеріїв оптимізації.

Мета і завдання дослідження. Підвищення рівня БП літаків цивільної авіації за рахунок оптимізації технічних та витратних керуючих чинників.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

1. Розробити комплексні техніко-економічні критерії керування БП, які в явному вигляді враховують випадкові витрати, пов’язані з наслідками катастроф.

2. Розробити моделі, що віддзеркалюють залежність частоти катастроф від керуючого впливу витрат на підтримання БП, та дослідити їхні математичні властивості.

3. Зібрати та опрацювати статистичні дані з метою виявлення стохастичної залежності частоти потоку катастрофічних подій від витратних чинників.

4. На підставі даних статистики провести параметричну ідентифікацію математичних моделей частоти потоку катастрофічних подій та оптимізувати витрати на проведення ТО і Р.

5. Визначити наявний та спрогнозувати майбутній стан безпеки польотів в Україні у порівнянні зі світовим рівнем.

6. Розробити модель впливу суб’єктивних переваг пасажирів на ефективність витрат з підтримання рівня безпеки польотів.

Об’єкт дослідження – процес керування підтриманням БП.

Предмет дослідження – вплив технічних та витратних чинників на процес керування рівнем БП.

Методи дослідження – теорія керування, варіаційне обчислення, теорія ймовірностей, математична статистика, теорія надійності, теорія інформації, суб’єктивний аналіз.

Наукова новизна одержаних результатів. Новими науковими

результатами є:

1. Комплексні техніко-економічні критерії керування БП.

2. Оптимальні витрати на проведення ТО і Р з урахуванням впливу авіаційних катастроф на загальні витрати АТС.

3. Динаміка зміни рівнів БП у залежності від виконаної авіатранспортної роботи, що відбувалася протягом більш ніж 30 років.

4. Моделі, які віддзеркалюють залежність частоти катастрофічних подій від витратних чинників керування процесом підтримання БП.

5. Моделі, які поєднують технічні показники надійності авіаційної техніки, економічні важелі процесу підтримання БП та суб’єктивні переваги.

6. Зручні формули апроксимації оптимальних значень коефіцієнту технічного використання (КТВ).

Практичне значення одержаних результатів. Результати дослідження представлені у вигляді рекомендацій щодо їхнього застосування в системах керування БП АТС. Рекомендації стосуються підтриманням БП на усіх трьох рівнях керування авіаційною галуззю, а саме на міжнародному та держаному рівнях, а також на рівні авіакомпаній. Результати досліджень дозволяють виявити оптимальні значення витрат на проведення ТО і Р, визначити зміну оптимальних значень керуючого впливу в наслідок зміни величини можливих разових втрат у разі катастрофи, встановити розрахунковим шляхом для яких разових втрат та/або очікуваних розходів за розрахунковий період керування є оптимальним. На підставі результатів розрахунків розв’язується зворотна задача визначення, за заданою величиною впливу керування, оптимального вартісного навантаження ризику авіаційних перевозок та/або значення очікуваних розходів за розрахунковий період. Апроксимаційні формули КТВ дають можливість оцінити надійність функціонування АТС за цим показником. Відповідні математичні моделі практично враховують вплив зменшення вартості літака з часом, залежності математичного очікування (МО) витрат від керуючого впливу профілактичних замін та діагностики авіаційної техніки (АТ), а також суб’єктивні переваги потенційних пасажирів.

Особистий внесок здобувача. В дисертації використовувалися ідеї та розроблення, що належать науковому керівнику, разом з яким були опубліковані наукові праці. Особистий внесок здобувача в ці праці та розроблення є таким:

По праці [1] – ідея моделювання швидкості інвестицій (витрат коштів за одиницю часу) у підтримку БП залежно від ціни на авіаквитки, коефіцієнтів відрахувань від доходів та часу за який продається певна кількість квитків. Розроблення критерію у вигляді коефіцієнта переваги, відповідно до якого відбувається розділення загальної кількості пасажирів по АТС. Практичні розрахунки. Аналіз, тлумачення та інтерпретація отриманих результатів.

По праці [2] – розроблення моделей зв’язку вагових коефіцієнтів загального техніко-економічного критерію. Практичні розрахунки параметричного дослідження. Аналіз, тлумачення та рекомендації до застосування АТС у процесі експлуатації отриманих результатів.

По праці [4] – опрацювання статистичного матеріалу. Проведення апроксимації досліджуваних статистик. Втілення ідеї приведеної інтенсивності керування, що має вираження у щорічних відрахуваннях коштів на проведення ТО і Р одного середньостатистичного комерційного літака, який виконує регулярні рейси. Підтвердження за критерієм Фішера статичної гіпотези про наявність регресійного зв’язку між фактором та показником. Побудова ліній регресії. Отримання статистичних оцінок частоти авіаційних катастроф.

По розробленнях у працях [6, 7] – складення математичних моделей та виведення формул до них. Практичні розрахунки.

По праці [8] – інтеграція раніше отриманих результатів у єдиному напрямку. Осмислення та опис загальної картини визначення зворотного характеру зв’язку в розв’язуваній задачі.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, викладених у дисертації оприлюднено на таких наукових форумах.

1. Міжнародній науковій конференції молодих вчених НАУКА І МОЛОДЬ присвяченій 10-й річниці незалежності України (жовтень 2001 р., НАУ, Київ).

2. IV Міжнародній науково - технічній конференції “АВІА-2002” (квітень 2002 р., НАУ, Київ).

3. V Міжнародній науково - технічній конференції “АВІА-2003” (квітень 2003 р., НАУ, Київ).

4. Всесвітньому науковому конгресі „Авіація XXI століття” присвяченому 100-річчю світової авіації (вересень 2003 р., НАУ, Київ).

5. IV Міжнародній науковій конференції молодих вчених “ПОЛІТ-2004” (квітень 2004 р., НАУ, Київ).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 10 друкованих робіт, з яких 4 в наукових фахових виданнях, 3 у матеріалах міжнародних наукових конференцій, 1 стаття – у матеріалах всесвітнього наукового конгресу, 2 тези – доповідей на міжнародних наукових конференціях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 172 найменувань на 16 сторінках, додатку на 19 сторінках. Загальний обсяг дисертації складає 160 сторінок, у тому числі, основної частини 149 сторінки, 131 рисунків, 10 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дано обґрунтування актуальності теми дисертаційної роботи, визначено її направленість. Сформульовані мета і задачі досліджень, дано загальну характеристику виконаних досліджень по розділах.

У першому розділі потік несприятливих випадкових подій л представлено у вигляді суми трьох потоків (1 – технічних відмов обладнання, 2 – відмов, пов’язаних безпосередньо із діяльністю людини т. з. “людський фактор” (помилки пілотів, операторів наземних служб т. ін.), 3 – несприятливих впливів оточення), які призводять до зриву польотного завдання або у найгіршому випадку до катастрофи.

Обраний у якості показника БП КТВ сам по собі іще не є критерієм достатнім для судження про рівень БП, оскільки КТВ лише показує відносну долю часу знаходження елемента системи або усієї системи у працездатному стані.

Ефективність функціонування АТС, враховуючи можливість виникнення катастроф, можна оцінити, застосовуючи математичне очікування збитків за розрахунковий період tk,. Однак опрацьовані таким чином критерії не відображають вплив потрібного рівня надійності на вибір тієї а чи іншої стратегії з підтримання БП із ціллю досягнення максимальних фінансових результатів.

Пропонується до використання комплексний адитивний критерій, який включає: 1) – МО сумарних розходів, у тому числі втрат, пов’язаних із можливими катастрофами та традиційних видів розходів, пов’язаних із експлуатацією, у вигляді їхньої залежності від витрат на забезпечення безпеки – (під швидкістю – ми маємо на увазі витрати за одиницю часу), а також 2) – показник надійності КТВ.

Припускаючи, що час між катастрофами – випадкова величина, розподілена за законом Пуассона, для випадку п ПК, тобто коли в АТС можуть відбутися п катастроф у першому наближенні із однаковими разовими втратами Дr та за умови однакових та постійних у часі швидкостей вкладення коштів у БП отримуємо показник – МО витрат. За відповідних обставин МО збитків за розрахунковий період tk може бути представлено наступною формулою:

, (1)

де – швидкість витрати коштів як функція від ; де , , – відповідно швидкості відрахувань на: оплату ставок із оподаткування, експлуатаційні розходи, інвестицій у безпеку, – швидкість отримання доходів, де – відповідні числові коефіцієнти; – модельне співвідношення, яке встановлює залежність сумарної частоти потоку несприятливих випадкових подій л від .

Для функції використовується модель, заснована на врахуванні витрат на технічне обслуговування, ремонтні заміни.

Складаючи допоміжну функцію Лагранжа, отримуємо узагальнений критерій:

, (2)

де – коефіцієнт, котрий показує, наскільки зміниться МО збитків за розрахунковий період tk при зміні заданого значення КТВ на одиницю КТВ; – КТВ як функція від , де = – МО періодичності профілактичних замін (ПЗ) однотипних елементів – при імовірності безвідмовної роботи за час х як функції від ;, = – функція від керованих змінних: : – відповідно тривалості проведення ПЗ та аварійного ремонту (АР), із допомогою котрого усувається відмова, що виникла до моменту , – ймовірність безвідмовної роботи елементу за час як функції від .

У даному випадку передбачалося, що вплив на КТВ можна врахувати через зміну інтенсивності погіршення визначального параметра з, що входить до формули для обчислення та .

, (3)

де – ймовірність того, що у початковий момент часу ПК знаходиться у працездатному стані,

, (4)

де, з0 – інтенсивність погіршення визначального параметра без проведення цілеспрямованих профілактичних заходів з підтримки БП; зmin – мінімально досяжна за даного рівня розвитку техніки інтенсивність погіршення визначального параметра, котра не може бути зменшеною шляхом подальшого нарощування витрат; о – ефективність використання профілактичних витрат із підтримки БП,

, (5)

Характер залежності аналогічний до залежності .

, (6)

де, 0 – інтенсивність подій без проведення цілеспрямованих заходів з підтримання БП (передбачається, що витрати, пов’язані із регламентними заходами із забезпечення експлуатації, не входять у Vs і тому л0 ? 8); min – мінімально досяжна за даного рівня розвитку техніки частота подій, котра не може бути зменшена шляхом подальшого нарощування витрат; – ефективність використання розходів з підтримання БП.

На рис. 1 наведено графіки комплексного критерію МО витрат АТС за період tk у залежності від Vs та КТВ. На рис. 2 – результати параметричного дослідження впливу вагових коефіцієнтів a, b складових комплексного критерію безпеки.

На рис. 3 – результати параметричного дослідження впливу вагових коефіцієнтів параметрів , системи керування БП, через Pr – відсоток збільшення ефективності .

Аналіз постановки задачі та порівняння результатів параметричного дослідження показують, що при керуванні підтриманням БП можуть відбуватися два протилежні процеси – збільшення та зменшення значень оптимальної величини керуючого впливу, а за певних обставин наслідки керуючих дій призводять до результатів протилежних бажаним.

У другому розділі запропоновано використання КТВ у якості показника надійності ПК регулярних перевізників, КГО – для нерегулярних.

Значення КТВ розраховані за формулами:

; ; ; ; для різних значень параметрів показні на рис. 4.

Знайдено умови при яких екстремальні значення КТВ змінюються в більшому діапазоні.

Криві оптимальних значень КТВ побудовані (рис. 4) за рівняннями:

, (7)

, (8)

, (9)

, (10)

що утворюються після дорівнювання нулеві першої частинної похідної за ф від виразу для КТВ.

Для можливості практичного застосування критерію максимуму КТВ проведено апроксимацію кривих оптимальних значень. Виходячи з вигляду залежностей:

. (11)

Тоді апроксимаційна функція:

. (12)

Отримано експоненціальні тренди за методом найменших квадратів, як, на наприклад, на рис. 4

. (13)

Обчислено значення КГО за формулами:

; ; ;

; ; ; ;

Графіки залежностей КГО показано на рис. 5.

Опрацьовано моделі МО витрат (14) та прибутку (15) за розрахунковий

період tk:

, (14)

, (15)

де С=Vt+Ve; D – швидкість отримування доходів в АТС; постійні величини. Тримірні графіки показано на рис. 6, 7.

Знайдено залежності для оптимальних значень МО, Vs, Дr (рис. 8, 9):

,

тут , , ,

.

При врахуванні структури Дr, лінійної моделі періоду за який ПК окупить свою вартість tп, отримано вирази для tk > tп:

. (16)

Для tk < tп:

. (17)

Побудовані за формулами (16, 17) графіки показано на рис. 10. На рис. 11 відображено зміну МО витрат з урахуванням кількості ПК та різних Дr.

Отримано моделі для врахування залежностей інтенсивності відмов від інтенсивності замін та діагностики :

, (18)

, (19)

тут k – коефіцієнт пропорційності збільшення у часі; S S1 – сума коштів необхідних для проведення замін, формується лінійно у часі; – швидкість відрахування коштів на проведення замін; – одинична швидкість вкладення коштів у проведення замін; ?л –?більшення частоти відмов у разі не виявлення прихованих дефектів; Р1, Р0 – максимальна та мінімальна ймовірність виявлення прихованих дефектів, kp – коефіцієнт пропорційності швидкості зміни Р(Vd) при зміні швидкості відрахування коштів на проведення діагностики Vd.

Критерій – математичне сподівання витрат залежно від та Vd показано на рис. 12:

. (20)

Третій розділ присвячено статистичним дослідженням. За період спостереження понад 30 років виявлено поступове зниження інтенсивності потоку катастрофічних подій (рис. 13), стабілізацію середніх витрат на ТО на один ПК на рік (рис. 14), стабілізацію витрат на ТО комерційного парку ПК у відсотках від загальних експлуатаційних витрат регулярних комерційних авіаперевізників у світовому масштабі за даними ІКАО (рис. 15).

Перевірено гіпотезу, що між фактором VS і показником ? існує регресійна залежність:

. (21)

На рис. 16 побудовано лінію регресії ?(). Оскільки розрахункове значення критерію Фішера більше від критичного то з надійністю 0.95 модель (21) можна, так само як і для розрахунків в цілому по авіації, вважати адекватною статистичним даним і на підставі прийнятої моделі можна проводити розрахунки за формулами наведеними в розділах 1, 2 в розрахунку на один середньостатистичний ПК. Коефіцієнти а=2,56·10-6; b=5,45·10-8; k=4,45·10-5.

Для авіації України зібрано інформацію подану у табл. 1.

Для розрахунку розходів використано співвідношення: , де R – розходи з оподаткування та експлуатаційні; D – доходи. Значення доходів отримано за формулою: , де Npk – виконані пасажиро-кілометри, млн. пас.км; T – виконані тонно-кілометри (вантажі+пошта), тис. ткм; Ha – оброблено площ, гектарів. Втрати оцінено за формулою: , де ? – втрати від катастроф; n – кількість катастроф; N – число загиблих. Для років з розрахованими значеннями R та D витрати на ТО – Vs визначалися як: ; для інших використовувалася оцінка середнього значення відношення Vs до нальоту – k, як , де F – наліт, і тоді знаходилося для даного року. Х – витрати на ТО в розрахунку на один український середньостатистичний літак на рік. В Україні за нашими оцінками спостерігаються вкрай небезпечні зрушення стану БП саме через те, що хоча ?() і зменшується при збільшенні , але навпаки зростає.

У четвертому розділі постановки задач припускають наявність асимптотичних значень ефективності функціонування системи керування рівнями БП. Поставлено експеримент, що враховує попит пасажирів на продукцію авіатранспортного виробництва через функції їхніх суб’єктивних переваг. Проаналізовано стан безпеки польотів в авіації України. Перспективи нарощування обсягів авіаційної транспортної роботи у майбутньому.

Використовуючи статистичні оцінки а=3,219·10-6; b=0,5752; тренд асимптотичної залежності , де асимптота d=2·10-7; формули та перетворення подібні (14),

, ,

, , ,

, отримуємо графіки зображені на рис. 17.

Врахування переваг пасажирів здійснено на підставі ентропійного принципу. На множині Sу станів у визначається функція суб’єктивних переваг , пов’язана з функцією корисності. Функція переваг нормується умовою функціонал, котрий відповідає принципу максимуму суб’єктивної ентропії, запишемо у вигляді:

, де в, г – параметри, – деяка функція ризику суб’єкта віднесеного до даної альтернативи (до проблеми переходу зі стану в стан ). Оптимальний розподіл переваг визначимо із умови . За умови існування двох АТС ризик пасажира кожної з них розглядається залежно від вартості квитка Pr, як сума ризиків фізичного , та фінансового , . Отримуються функції переваг , , С1=114.553, С2=24.546 та коефіцієнт відношення переваг , через який здійснюється розподіл кількості пасажирів по АТС. На приклад, для випадку однакових цін на квитки графіки залежностей кількості пасажирів від параметрів ризику подано на рис. 18.

Відповідно до статистичних даних з БП в Україні застосовуваний критерій не показує наявності оптимальних значень керуючого впливу. Лише збільшення питомих обсягів авіаційної роботи до світового рівня разом із відповідним збільшенням витрат на підтримання льотної придатності у вигляді заходів ТО виявляє оптимальність керування підтриманням БП. Результати прогнозних розрахунків наведено на рис. 19.

З метою практичного застосування критерію для ПК різних типів здійснено розподіл літаків по 3-х групах: великі, середні, малі; враховано різну величину можливих разових втрат при катастрофі в кожній з груп. Розглянуто пропорційність кількості авіакатастроф з технічних причин. Вжито перехід до відносних одиниць. Керуючі та керовані змінні узято у відношенні до середніх річних експлуатаційних витрат на один ПК. Графіки, отримані за розрахунками, показано на рис. 20.

ВИСНОВКИ

1. Сформульовано комплексні техніко-економічні критерії оптимізації процесу керування підтриманням рівня БП на основі поєднання показників технічних та витратних чинників з урахуванням втрат від катастрофи.

2. Складено узагальнену модель техніко-економічних показників якості функціонування об’єкту керування.

3. Розроблено узагальнену схему розв’язання задач оптимізації керування рівнями безпеки із залученням методу вагових коефіцієнтів моделі, що віддзеркалює залежність частоти катастроф від керуючого впливу витрат на підтримання БП, у застосуванні до системи керування підтриманням рівнів БП АТС.

4. Знайдено відповідне рівняння нелінійної парної регресії між витратами на ТО і Р та частотою потоку катастрофічних подій як між фактором та показником. Перевірено статистичну гіпотезу про існування стохастичної залежності між ними. Таким чином, встановлено зв'язок між керуючими та керованими змінними процесу керування.

5. Опрацьовано показники надійності з урахуванням оптимальності ТО і Р для регулярних та нерегулярних перевізників як керуючих змінних процесу керування.

6. Враховано вплив замін та діагностики авіаційної техніки на показники БП через керовані змінні частот потоків катастрофічних подій та інтенсивностей погіршення визначальних параметрів.

7. Розроблено блок моделей економічних показників БП у межах АТС як об’єкта керування.

8. Показано для авіації України: перспективи розвитку, прогноз стану та рекомендації у справі підтримання рівня БП для основних учасників авіатранспортного процесу.

9. Проведено моделювання із використанням статистичних даних та врахуванням суб’єктивних переваг пасажирів.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Касьянов В.А., Гончаренко А.В. Субъективный анализ и безопасность активных систем // Кибернетика и вычислительная техника. – 2004. – Вып. 142. – С. 41-56.

2. Касьянов В.0., Гончаренко А.В. Параметричні дослідження комплексного техніко-економічного критерію безпеки // Вісник НАУ. – 2004. – №1(19). – К.: НАУ, 2004. – С. 109-112.

3. Гончаренко А.В. Моделювання впливу профілактичних замін на показники безпеки польотів // Вісник НАУ. – 2004. – №3(21). – К.: НАУ, 2004. – С. 74-77.

4. Касьянов В.О., Гончаренко А.В. Статистичні оцінки частоти катастроф // Вісник НАУ. – 2004. – №4(22). – К.: НАУ, 2004. – С. 16-20.

5. Гончаренко А.В. Обоснование величины инвестиций в безопасность полетов с учетом коэффициента технического использования // НАУКА І МОЛОДЬ. ПРИКЛАДНА СЕРІЯ: Збірник наукових праць. – К.: НАУ, 2004. – Вип. 4. – С. 15-18.

6. Касьянов В.А., Гончаренко А.В. Оценка характеристик функционирования системы в условиях, допускающих возникновение техногенных катастроф // Сучасні авіаційні технології: Матеріали IV Міжнародної науково - технічної конференції “АВІА-2002”. Т.3. К.: НАУ, 2002. – С. 31.23-31.26.

7. Касьянов В.О., Гончаренко А.В. Визначення оптимальної швидкості витрат ресурсів, які спрямовуються безпосередньо на підтримку безпеки польотів // Виробництво та експлуатація авіаційної техніки: Матеріали V Міжнародної науково - технічної конференції “АВІА-2003”. – Т.3. – К.: НАУ, 2003. – С. 31.7-31.11.

8. V. Kasyanov, A. Goncharenko. Modeling of technical and economical aspects of flight safety // The World Congress “Aviation in the XXI-st Century” press-release. K, Ukraine: NAU, 2003. – Р. 2.63-2.66.

9. Гончаренко А.В. Обоснование величины инвестиций в безопасность полетов с учетом коэффициента технического использования // ПОЛІТ: Матеріали IV Міжнародної наукової конференції студентів та молодих учених. – К.: НАУ, 2004. – С. 19.

10. Гончаренко А.В. Постановка задачі про вибір оптимального рівня витрат на підтримання безпеки польотів // НАУКА І МОЛОДЬ: Матеріали міжнародної наукової конференції. – К.: НАУ, 2001. – С. 110.

АНОТАЦІЯ

Гончаренко А.В. Керування підтриманням безпеки польотів через технічні та витратні чинники. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.03 – системи та процеси керування. – Національний авіаційний університет. Київ, 2005.

Дисертаційна робота присвячена оптимізації процесу керування рівнями безпеки польотів на основі побудови математичної моделі чинників, що враховують технічні характеристики та експлуатаційні важелі авіаційної транспортної системи, а також витрати, пов’язані з катастрофами повітряних кораблів.

Для регулярних перевізників у якості технічної складової критерію безпеки польотів обирається коефіцієнт технічного використання, для нерегулярних перевізників – коефіцієнт готовності. Оптимізація проводиться за мінімумом математичного очікування витрат з урахуванням можливих катастроф.

Опрацьовано статистичний матеріал з авіаційних катастроф за період більш ніж 30 років. Відтворено картину стану безпеки польотів за світовими та Українськими даними. Враховуються суб’єктивні переваги пасажирів стосовно авіаперевезень.

Ключові слова: керований процес, об’єкт керування, математична модель, критерій безпеки, безпека польотів, оптимізація, математичне очікування витрат, статистична оцінка.

АННОТАЦИЯ

Гончаренко А.В. Управление поддержанием безопасности полетов посредством технических и затратных факторов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.03 – системы и процессы управления. – Национальный авиационный университет. Киев, 2005.

Диссертационная работа посвящена оптимизации процесса управления уровнями безопасности полетов на основе построения математических моделей, которые учитывают технические характеристики и эксплуатационные факторы авиационной транспортной системы, а также убытки, связанные с катастрофами воздушных судов.

Работа основана на комплексном подходе, который объединяет применение моделей технических и затратных факторов в единых интегральных критериях безопасности полетов.

Параметрические исследования показывают, что в результате проведения мер в системе управления поддержанием уровня безопасности полетов, возможной является неоднозначность последствий влияния управления. Параметры критерия безопасности полетов изменяются при изменении управляющего воздействия. Оптимальные значений управляющего воздействия, в результате изменения по одним параметрам увеличиваются, а по другим уменьшаются. При недостаточной интенсивности управления происходит увеличение определяющего показателя – математического ожидания убытков авиационной транспортной системы за расчетный период.

Для регулярных перевозчиков в качестве технической составляющей комплексного критерия выбран показатель надежности – коэффициент технического использования, для нерегулярных перевозчиков – коэффициент готовности. Эффективность управления определяется как выигрыш от проведения оптимизации по относительному увеличению максимального значения коэффициента технического использования. Для возможности практического применения критерия максимума коэффициента технического использования проведена аппроксимация кривых оптимальных значений.

В математических моделях учитываются прибыль и затраты авиационной транспортной системы. Оптимизация проводится по минимуму математического ожидания затрат авиационной транспортной системы с учетом возможных авиационных катастроф для определенного промежутка времени. Рассматриваются постановки, когда учитывается: структура возможных разовых потерь в случае авиационной катастрофы, уменьшение начальной стоимости самолета со временем, вариант эксплуатации нескольких воздушных судов, стоимость замен и диагностики авиационной техники при проведении работ по техническому обслуживанию и ремонту.

Обработан статистический материал по авиационным катастрофам за период более чем 30 лет. Подтвержден характер зависимости частоты потока катастрофических событий от затрат на техническое обслуживание и ремонт. Приведены статистические данные показателей безопасности полетов. Отражено состояние безопасности полетов по мировым и Украинским данным. Обнаружена тенденция по стабилизации затрат на проведение технического обслуживания и ремонта коммерческого парка воздушных судов в год на уровне 11% от общих годовых эксплуатационных затрат. Установлена тенденция по стабилизации средних годовых расходов на проведение технического обслуживания и ремонта на один коммерческий самолет, выполняющий регулярные рейсы. С высокой достоверностью, данная тенденция аппроксимируется полиномом пятой степени. Построены линии регрессии и 95% доверительные интервалы для зависимостей частоты потока катастрофических событий от затрат на техническое обслуживание и ремонт в целом по всему парку коммерческих регулярных перевозчиков и приведенные к одному среднестатистическому коммерческому самолету выполняющему регулярные рейсы. Проведена аппроксимация указанных регрессионных зависимостей экспоненциальными трендами. Проведена статистическая параметрическая идентификация моделей описывающих зависимость частоты авиационных катастроф от затрат на поддержание безопасности полетов. Получены интервальные и точечные статистические оценки параметров частоты авиационных катастроф.

Выполнены модельные расчеты с использованием статистических оценок параметров частоты авиационных катастроф позволяющие установить оптимальные значения управляющего воздействия – затрат на проведение технического обслуживания и ремонта, а также изменение оптимальных значений управляющего воздействия при изменении величины возможных разовых потерь в результате катастрофы. Это позволяет определять, для каких разовых потерь и/или ожидаемых расходов за расчетный период управление является оптимальным.

Сформулирована задача, учитывающая субъективные предпочтения пассажиров относительно авиаперевозок. В качестве аппарата субъективного анализа используются модели функции предпочтения субъектов. Модели распределения предпочтений осуществляются на основе энтропийного принципа. Постулируется принятие пассажиром решения воспользоваться услугами той или иной авиационной компании с учетом субъективной энтропии и риска отнесенного к данной альтернативе. При условии существования двух авиакомпаний риск пассажира рассматривается в зависимости от цены билета.

На основе обработки статистики авиации Украины рассмотрены перспективы развития, прогноз и рекомендации относительно улучшения дел в сфере безопасности полетов.

Ключевые слова: управляемый процесс, объект управления, математическая модель, критерий безопасности, безопасность полетов, оптимизация, математическое ожидание затрат, статистическая оценка.

SUMMARY

Goncharenko A.V. Control of flight safety support through technical and cost factors. – Manuscript.

Theses for a candidate degree on the specialty 05.13.03 – Systems and processes of control. – National Aviation University, Kyiv, 2005.

The theses are devoted to optimization of a flight safety levels control process on the basis of a mathematical model compilation for factors which take into account technical characteristics and operational levers of an aviation transportation system, as well as expenses related to air crashes.

In case of compiling a flight safety criterion for regular air-carriers, steady state availability factor is chosen as the technical component, for irregular air-carriers – instantaneous availability function. Optimization is done by the minimum of an aviation transportation system expenses expectation with regards to possible crashes.

Statistical material on aviation crashes for over a 30 year period is processed. The picture of flight safety state according to world and Ukrainian data is reflected. Subjective preferences of passengers concerning air transportation are taken into account.

Key words: controlled process, object of control, mathematical model, criterion of safety, flight safety, optimization, mathematical expectation of losses, statistical estimate.