Національний авіаційний університет

Ткаліч Олег Петрович

УДК 629.735.083.02/06(043.3)

Методика визначення оптимального
періоду проведення технічного
обслуговування повітряних суден
вітчизняного виробництва

Спеціальність 05.22.20 – Експлуатація та ремонт засобів
транспорту

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ 2007

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Національному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент

Климчук Володимир Павлович,

Національний авіаційний університет, доцент кафедри телекомунікаційних систем

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Соломенцев Олександр Васильович,

Національний авіаційний університет, професор кафедри авіаційних радіоелектронних комплексів,

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Костановський Валерій Вікторович,

Центральний науково-дослідний інститут управління та навігації, начальник науково-дослідного сектору управління і контролю якості, надійності та сертифікації

Провідна установа: | Авіаційний науково-технічний комплекс ім. О. К. Антонова Міністерства промислової

політики України, м. Київ

Захист відбудеться “06” грудня 2007 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради – Д 26.062.03 в Національному авіаційному університеті за адресою: 03680, м. Київ, просп. Космонавта Комарова, 1.

Із дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03680, м. Київ, просп. Космонавта Комарова, 1.

Автореферат розіслано “06” листопада 2007 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради

к.т.н., доц., с.н.с. Павлова С.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми

Введення в експлуатацію вітчизняних повітряних суден (ПС) нового покоління потребує раціональних підходів до побудови системи технічного обслуговування і ремонту (ТО і Р). При забезпеченні високого рівня безпеки та регулярності польотів у сучасних ринкових умовах будь-яка авіакомпанія за основну мету ставить перед собою максимізацію прибутку від авіаперевезень і, як наслідок, зниження їх собівартості, зокрема, за рахунок зменшення витрат на проведення технічного обслуговування (ТО) ПС [1].

Як показує досвід експлуатації, витрати на ТО складають 25-30 відсотків від прямих експлуатаційних витрат, які несе авіакомпанія, а за період всього життєвого циклу ці витрати можуть перевищувати вартість нового ПС. Однією з важливих задач, рішення якої дозволить значно змінити собівартість авіаперевезень [2], є оптимізація процедур ТО бортового радіоелектронного обладнання (БРЕО) з метою зменшення витрат на обслуговування і збільшення тривалості часу між плановими ТО. Удосконалення процесів ТО і Р БРЕО на теперішній час в умовах України є одним із пріоритетних завдань для цивільної авіації, а роботи, пов’язані з оптимізацією ТО БРЕО, – важливими, актуальними, та становлять більший практичний інтерес з боку розробників та експлуатантів ПС.

При розробці та комплектації ПС перед конструкторами стоїть проблема вибору радіоелектронного комплексу з урахуванням особливостей розвитку електронної галузі в країні, тому на деяких типах літаків стоїть різнотипне обладнання, а саме з аналоговим та цифровим способом обміну даних між системами. Це, в свою чергу, ускладнює роботу експлуатантів, пов’язану з визначенням періодичності та обсягу робіт із ТО і Р. Виходячи з цього, існує важлива науково-технічна проблема, пов’язана з розробкою нових підходів та методів оптимізації проведення процедур ТО і Р з урахуванням особливості аналового та цифрового обміну інформацією між системами. Цій тематиці присвячено певну кількість теоретичних робіт, але деякі питання розглянуто недостатньо глибоко, а саме комплекс питань, які пов’язані з оптимізацією проведення ТО для різнотипного обладнання встановленого на борт ПС.

У дисертації розробляються та досліджуються напівмарковські моделі ТО і Р БРЕО, яке встановлено на ПС вітчизняного виробництва, з урахуванням особливості аналового та цифрового обміну інформацією між системами, а також із урахуванням показників достовірності бортових та наземних засобів контролю, що дозволить вирішити важливе науково-технічне завдання, пов’язане з розробкою нових підходів та методів оптимізації проведення процедур ТО і Р.

Мета і завдання дослідження

Метою дисертаційної роботи є формування нових процедур визначення оптимального періоду проведення то БРЕО ПС вітчизняного виробництва.

Для досягнення поставленої мети в рамках виконаної дисертаційної роботи потрібно вирішити такі завдання:

– провести аналіз сучасного стану технічного обслуговування і ремонту БРЕО ПС;

– вибрати показники ефективності технічної експлуатації (ТЕ) БРЕО, що адекватно враховують основні особливості його функціонування, а також характеристики засобів контролю та системи ТО і Р;

– вибрати критерій, що дозволить оптимізувати періодичності ТО БРЕО з урахуванням основних технічних та економічних показників системи ТО і Р;

– побудувати аналітичну модель процесу ТО і Р БРЕО, яка встановить взаємозв’язок між основними імовірнісними, часовими та вартісними характеристиками процесу ТО і Р ПС;

– розробити процедуру формування оптимальної періодичності ТО комплексу БРЕО на основі оптимізації періодичності ТО окремих систем та узгодити результати зі встановленими регламентами ТО ПС;

– побудувати статистичну модель ТЕ БРЕО, яка дозволить скорегувати взаємозв’язок між технічними та економічними показниками та виконати їх оцінку;

– провести статистичне моделювання процесу ТО і Р БРЕО в широкому діапазоні вихідних даних для перевірки адекватності побудованих моделей;

– перевірити узгодженість теоретичних результатів із експериментальними даними;

– розробити методику визначення оптимального періоду проведення ТО ПС вітчизняного виробництва.

Об’єктом дослідження є процес технічного обслуговування і ремонту БРЕО ПС.

Предметом дослідження є процедури та моделі оптимізації періодів проведення ТО БРЕО ПС.

Методи дослідження ґрунтуються на використанні теорії ймовірностей та математичної статистики, теорії випадкових процесів, теорії експлуатації технічних систем, методів математичного моделювання, теорії оптимізації.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1. Уперше розроблено аналітичну напівмарковську модель ТО і Р БРЕО для різних стратегій ТО, що враховує особливості аналогової та цифрової побудови систем БРЕО вітчизняних ПС.

2. Удосконалено показники ефективності експлуатації БРЕО, що дозволило врахувати при оптимізації періодичності ТО не тільки достовірність бортових та наземних засобів контролю та надійнісні характеристики обладнання при різних видах відмов, але й особливості процесу ТО і Р БРЕО з аналоговим та цифровим способом обміну даними.

3. Запропоновано нову процедуру формування оптимальної періодичності виконання форм ТО комплексу БРЕО ПС.

4. Розроблено статистичну модель процесу ТО і Р БРЕО, яка дозволяє визначити взаємозв’язок між технічними та економічними показниками ефективності технічної експлуатації та виконати їх оцінку.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень

Підтверджується коректним використанням сучасного математичного апарату та обчислювальної техніки, використанням наукових положень теорії експлуатації технічних систем, узгодженістю отриманих теоретичних результатів із експериментальними та експлуатаційними даними конкретних систем БРЕО літака Ан-140.

Практичне значення одержаних результатів

У цілому запропоновані в дисертації алгоритм роботи статистичної моделі, “Методика визначення оптимального періоду проведення технічного обслуговування радіоелектронного обладнання повітряних суден” та програмний пакет розрахунку оптимальних періодів можуть бути використані для застосування в проектних організаціях, експлуатаційних підрозділах цивільної авіації для створення, модернізації та використання програм ТО авіаційної техніки, для обґрунтування оптимальних періодичностей проведення ТО авіаційного БРЕО, а також у навчальних закладах авіаційного профілю під час вивчення систем експлуатації БРЕО.

Матеріали дисертаційної роботи впроваджено в АНТК ім. О.К. Антонова при формуванні програм ТО і Р літака Ан-140. На основі отриманих результатів розроблена та затверджена головним конструктором АНТК ім. О.К. Антонова “Методика визначення оптимального періоду проведення технічного обслуговування радіоелектронного обладнання повітряних суден”, також результати роботи впроваджено в навчальний процес в Інституті інформаційно-діагностичних систем та Інституту електроніки та систем управління Національного авіаційного університету.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами

Дисертаційна робота безпосередньо пов’язана з науковими дослідженнями, які проводяться в Національному авіаційному університеті та спрямовані на подальше удосконалення системи ТО і Р авіаційної техніки. Тема роботи є складовою частиною Державної програми розвитку авіаційного транспорту України до 2010 року, розробленої згідно з Указом Президента України від 18 жовтня 2000 року “Про рішення Ради національної безпеки і оборони України від 27 вересня 2000 року “Про стан авіаційного транспорту та авіаційної промисловості”

Основні наукові результати отримано в рамках наступних науково-дослідних робіт, які впроваджено у вигляді рекомендацій та методик в АНТК ім. О. К. Антонова, м. Київ:

1. Дослідження механізмів деградації в матеріалах, структурах та комплектуючих виробах радіотехнічних приладів авіакосмічної техніки і розробка заходів запобіганню відмов та несправностей. Шифр 011–ДБ01 (держ. рег. №0101U002730).

2. Розробка багаторівневої системи ТО БРЕО за оптимальними техніко – економічними показниками. Шифр 152–ДБ04 (держ. рег. №0104U003749).

Особистий внесок здобувача

Основні результати роботи отримано здобувачем самостійно й опубліковано в 6 наукових працях. Роботи [1,2] виконані самостійно. Деякі результати отримані у співавторстві з науковим керівником та іншими науковцями. З них здобувачу належать: в роботі [3] –проведено аналіз документа MSG-3 та доведено доцільність використання стратегії за технічним станом; в роботі [4] – розроблено і досліджено математичну модель діагностування резервованої системи радіоелектронного комплексу; в роботі [5] – проведено оцінку експлуатаційних ймовірностей безвідмовної роботи радіоелектронних систем; в роботі [6] – розроблено показники оцінки для критерію визначення доцільності профілактичного обслуговування радіоелектронного обладнання.

Апробація результатів дисертації

Основні положення та результати, отримані автором, доповідались на IV Міжнародній науково-технічній конференції “Авіа-2002”, V Міжнародній науково-технічній конференції “Авіа-2003”, VI Міжнародній науково-технічній конференції “Авіа-2004”, на наукових семінарах Інституту інформаційно-діагностичних систем та Інституту електроніки та систем управління Національного авіаційного університету.

Публікації

Основний зміст дисертації опубліковано в 6 друкованих роботах: з них 4 у фахових наукових виданнях та 2 в матеріалах наукових конференцій.

Структура та обсяг роботи

Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел, трьох додатків на 10 сторінках. Загальний обсяг роботи складає 130 сторінок, 25 рисунків, 4 таблиці та 94 літературних джерела.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, викладено зв’язок з науковими темами, сформульовано мету та завдання дослідження, показано наукову новизну і практичне значення, подано загальну характеристику роботи, а також визначено особистий внесок автора дисертації в одержані наукові результати.

У першому розділі розглянуто систему ТО і Р ПС та виділено окремим блоком процес ТО і Р БРЕО ПС, який є об’єктом дослідження дисертаційної роботи. В розділі проведено аналіз існуючих систем ТО авіаційної техніки на сучасному етапі розвитку [3]. Показано, що недоліками існуючої системи ТО є недосконала система діагностичного, інформаційного забезпечення проведення ТО і Р БРЕО та використання недостатньо ефективних форм управління виробництвом.

Проведений аналіз побудови БРЕО Ан-140, як об’єкта експлуатації, показав, що бортовий комплекс формувався з елементів, які існували на час розроблення літака. Тому в склад комплексу БРЕО входить обладнання з аналоговим способом обміну інформації та з цифровим способом обміну між системами [4]. В роботі розглянуто декілька з основних систем БРЕО літака АН-140 з аналоговим та цифровим обміном інформацією між системами та наведено дані про виконання періодичних форм ТО за “Програмою технічного обслуговування літака АН-140”. До систем з аналоговим обміном інформацією віднесено: ДКМХ - радіостанція “Арлекин – Д” – періодичні форми ТО проводяться кожні 300 годин; літаковий відповідач “СО-72М” – кожні 900 годин. Системами з цифровим обміном інформацією є: автоматичний радіокомпас “АРК_” та радіовисотомір “А-037Д1” –періодичні форми ТО для цих зразків БРЕО проводяться через 500 годин.

Технічний стан систем оцінюється за допомогою вбудованих систем контролю (ВСК), якими обладнано все БРЕО. Слід відзначити, що ВСК цифрових систем мають більш високу достовірність та глибину контролю, ніж системи з аналоговим принципом обробки інформації. Наявність різнотипних БРЕО ускладнює формування гнучкої системи ТО і Р, для ПС вітчизняного виробництва, в якій закладено принцип експлуатації за станом. Відомо, що ВСК з аналоговою системою обміну інформацією у цьому випадку не реєструють кількісні величини параметрів, а дають тільки інформацію “справний – несправний”. Достовірність такої інформації дуже низька, тому існує високий рівень помилкової тривоги, що ускладнює формування плану проведення ТО і Р БРЕО та призводить до значних економічних витрат.

Підсумовуючи результати аналізу існуючого стану організації ТЕ БРЕО, що встановлюються на ПС нового покоління, можна зробити такий висновок: відсутній єдиний підхід до організації ТО БРЕО ПС, яке включає до свого складу системи з аналоговим та цифровим обміном інформацією.

Також у розділі було проведено попереднє дослідження кількості помилкових тривог, відмов та імовірність їх появи під час експлуатації ПС із використанням імітаційного моделювання основних подій для різних напрацювань на відмову та при різних законах розподілу відмов. У зв’язку з вищезазначеним, метою дослідження є розроблення процедур визначення оптимального періоду проведення ТО БРЕО ПС вітчизняного виробництва на прикладі літака Ан-140 та впровадження отриманих результатів роботи на авіаційних підприємствах.

У другому розділі обґрунтовано вибір техніко-економічних показників ефективності процесів ТО і Р БРЕО [1, 5]. В якості надійнісного показника обрано коефіцієнт технічного використання (КТ.В). Економічні характеристики процесу експлуатації визначаються показником у вигляді середніх експлуатаційних витрат.

Як показує аналіз процесу експлуатації, прямі експлуатаційні витрати залежать від періодичності проведення ТО, працеємності та часу проведення робіт. З одного боку, при зменшенні періодичності проведення ТО на заданому інтервалі часу зростають витрати на виконання операцій ТО, з іншого боку, при збільшенні періодичності ТО збільшуються витрати, пов’язані зі збільшенням позапланових відновлень БРЕО, а також зі збільшенням часу знаходження ОК в стані прихованої відмови. Задачу оптимізації періодичності ТО в роботі запропоновано вирішувати за критерієм мінімуму середніх експлуатаційних витрат (1) при обмеженні на гранично допустиме значення коефіцієнту технічного використання. Тобто з множини визначених значень середніх експлуатаційних витрат обираються такі значення, що забезпечують встановлений рівень КТ.В (2). Гранично допустиме значення КТ.В вибирається з урахуванням забезпечення регулярності польотів [5].

, (1)

, (2)

де – середні витрати на процес ТО і Р; – гранично допустиме значення коефіцієнта технічного використання; Т – період проведення періодичних робіт з ТО.

Для визначення техніко-економічних показників побудовано аналітичну модель, яка в комплексі описує процеси ТО і Р з урахуванням особливостей технологічних процесів ТО і Р, показників достовірності контролю, надійнісних, імовірнісних та вартісних характеристик експлуатації БРЕО ПС.

Модель побудовано з використанням теорії напівмарковського випадкового процесу. Доведено доцільність використання напівмарковського випадкового процесу (НВП) для розрахунку показників ефективності експлуатації, показано, що в межах НВП можна моделювати процес ТО та отримати аналітичну взаємодію між вартісними та імовірнісними характеристиками процесу ТО і Р БРЕО при довільних законах розподілу напрацювання на відмову.

Розроблена напівмарковська модель характеризується трьома складовими: початковим станом (t) випадкового процесу у мить t0 (графом станів та переходів), матрицею ймовірностей переходів , а також матрицею функції розподілу тривалості переходів зі стану і до стану j , кожний елемент якої може мати довільний закон розподілу.

При створенні моделі прийняті наступні припущення: пропущена при контролі працездатності (КП) відмова завжди виявляється в наступному польоті або при наступному КП; після виявлення відмови в системі експлуатації здійснюється повне відновлення РЕО; за період з початку експлуатації до моменту проведення ТО ОК може мати або одну відмову, або одну помилкову тривогу про відмову ОК; час монтажу, демонтажу, доставки з обмінного фонду входять до часу КП; вважаємо, що ОК є в наявності в обмінному фонді, не враховуємо кваліфікацію обслуговуючого персоналу.

При формуванні моделі визначено початковий момент часу та початковий стан, в якому перебуває досліджувана система та задано початкові параметри процесу.

Граф станів систем БРЕО ПС показано на рис.1.

На рис. 1 описано наступні стани одного виробу БРЕО: h1 – ОК знаходиться у справному стані; h2 – стан проведення періодичного ТО

працездатного ОК з використанням наземних засобів експлуатаційного контролю (НЗЕК), якщо ВСК ОК за період [0-Т] не сигналізувала помилкову тривогу; h3 – проведення періодичного ТО ОК з використанням НЗЕК, що відмовив на інтервалі [0-Т], а ВСК ОК за період [0-Т] не сигналізувала помилкову тривогу та не зафіксувала відмови, яка відбулася в ОК; h4 – здійснюється повне відновлення ОК, що відмовив; h5 – в момент часу ф, ф[0 – Т] в ОК виникла відмова та проводиться контроль функціонування за допомогою ВСК, причому ВСК ОК за період [0-Т] не сигналізувала помилкову тривогу; h6 – у випадковий момент фп[0 – Т] ВСК проводить контроль функціонування ОК та ВСК видало сигнал помилкової тривоги; h7 – ОК експлуатується за наявності прихованої відмови не виявленої при попередньому КП.

На рис.1 використано такі позначення: TТО –тривалість виконання робіт з ТО; tВ – тривалість відновлення ОК; tКН – тривалість перевірки ОК за допомогою НЗЕК; tКВ – тривалість перевірки ОК за допомогою ВСК; фП – випадковий час надходження від ВСК помилкового сигналу про відмову ОК; tП –середня тривалість польоту ПС.

Матриця ймовірностей переходів у загальному вигляді формується з виразу

, (3)

де Pij – сумарна ймовірність переходу ОК з і-го стану до j-го; Pii – сумарна ймовірність переходу ОК з і-го стану до і-го; pij – траєкторія вихідного процесу.

На основі виразу (3) матрицю переходів з урахуванням графу, представленого на рис. 1, можна записати у вигляді (4).

У виразі (4) використані наступні позначення: F(t) – імовірність відмови ОК; R(t) – імовірність проявлення прихованої відмови; Р – апріорна імовірність знаходження ОК у справному стані; л – інтенсивність відмов ОК; л0 – інтенсивність надходження помилкових тривог від ВСК; лПР – інтенсивність явних відмов ОК; – імовірність надходження від ВСК сигналу помилкової тривоги; dГ – достовірність рішення “справний”апостеріорна імовірність того, що ОК, визнаний ВСК працездатним, в дійсності є працездатним); dНГ – достовірність рішення “несправний” (апостеріорна імовірність того, що ОК, визнаний ВСК непрацездатним, в дійсності є непрацездатним); dНГНЗЕК – достовірність рішення “несправний” (апостеріорна імовірність того, що ОК, визнаний НЗЕК непрацездатним, в дійсності є непрацездатним).

(4)

де ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

Матриця розподілу часу переходу зі стану i до стану j формується з розрахованої матриці імовірності переходів (4) наступним чином , - інтервал переходу зі стану i до стану j.

Отримана матриця має наступний вигляд:

(5)

де ; ; ; ; ; ;

; .

Коефіцієнт технічного використання КТ.В ОК визначається як відношення математичного очікування інтервалів часу перебування об'єкта в працездатному стані за деякий період експлуатації до суми математичних очікувань інтервалів часу перебування об'єкта в працездатному стані та простоїв на ТО і Р за той же період експлуатації:

, (6)

де ТГ – сумарний наліт за період експлуатації; ТП — математичне очікування часу простоїв на ТО і Р.

Із врахуванням виразів (4, 5) вираз (6) після відповідних перетворень приймає наступний вигляд:

, (7)

де ,

- середня частота повертання ланцюга до стану hi; - середній час безвідмовної роботи ОК у стані hi; - математичне очікування тривалості одного кроку процесу при переході зі стану до нового стану .

У роботі проведено дослідження поведінки Кт.в при різних вихідних даних за виразом (7). Так, наприклад, на рис. 2 показано залежності Кт.в від періодичності проведення ТО. Графіки побудовано за наступними вихідними даними: л =110-4 1/год, л0 10-  /год, tп = 1,5 год, tп* = 0,25 год, tпр = 3 год, tв =  год.

Як видно з рис. 2, з підвищенням достовірності контролю Кт.в збільшується.

Для оцінки економічних показників ефективності процесу ТО і Р БРЕО визначено складові, що характеризують рівень витрат. Середні експлуатаційні витрати розрахуємо за виразом(8).

,

де СПТЕ(T) – середні витрати на експлуатацію ОК за період Т; СТО(T) – середні витрати на проведення планових робіт з ТО ОК.

Витрати на експлуатацію ОК та проведення ТО ОК розраховано за виразами:

, ,

,

де Cі(T) –витрати на перебування і вихід з і-го стану; ti – час проведення робіт (години) при знаходженні в і-му стані; S – працеємність процесу (людино/години); C – заробітна плата персоналу за одну годину роботи. При розрахунку витрат на проведення періодичних форм ТО були використані встановлені норми часу і трудовитрати на окремі форми ТО.

У роботі проведено дослідження отриманих вартісних показників експлуатації при різних вихідних даних. Так, на приклад, на рис.2 показано залежності від періодичності проведення ТО. Графіки побудовано при таких же вихідних даних, як і для рис. 2.

З аналізу рис. 3 видно, що середні експлуатаційні витрати мають чітко виражений мінімум. При чому, чим вище достовірність ВСК, тим оптимальний період між проведенням ТО збільшується. Це пов’язано зі зменшенням впливу “помилкових тривог” при КП на витрати процесу ТО. Крім того, підвищення достовірності ВСК призводить до зниження середніх експлуатаційних витрат.

Розроблена аналітична модель дозволяє проводити дослідження процесу експлуатації при стратегіях ТО як за технічним станом, так і за ресурсом. Це дає змогу провести порівняльний аналіз ефективності зазначених стратегій. У роботі показано істотну перевагу стратегії за станом в усьому діапазоні змін періодичності проведення ТО з урахуванням особливостей резервованих систем [5].

Визначено потенційну ефективність експлуатації БРЕО зі зростаючою інтенсивністю поступових відмов на прикладі -розподілу часу безвідмовної роботи. Встановлено, що зі збільшенням коефіцієнта форми -розподілу збільшується Кт.в. Особливо це помітно для високих значень інтенсивності зношення. Зі зменшенням інтенсивності зношення коефіцієнт форми -розподілу практично не впливає на таку залежність.

Третій розділ присвячено розробці статистичної моделі та блок-схемі алгоритму статистичної моделі процесу ТО і Р БРЕО визначення оптимального періоду проведення ТО [6]. Статистична модель розроблена для перевірки аналітичної моделі та несе самостійне значення при вирішенні завдань оптимізації ТО. На відміну від аналітичної моделі, статистична модель дозволяє врахувати більшу кількість вихідних параметрів процесу експлуатації. Модель розроблена при використанні методу статистичних випробувань Монте-Карло та з урахуванням особливостей моделювання напівмарковського процесу.

Розроблена статистична модель враховує наступні параметри системи ТО і Р: інтенсивності відмов ОК; інтенсивності надходження сигналів помилкових тривог; види проявлення відмов; періоди проведення контролю технічного стану; тривалості контролю за допомогою НЗЕК та ВСК; тривалості виконання робіт по ТО і Р; тривалості відновлення ОК; достовірності НЗЕК та ВСК; економічні показники процесу ТО і Р.

У роботі сформульовано вимоги до завдання вихідних даних статистичної моделі, яка має наступні характеристики: легко адаптується під будь-яку систему ТО і Р; враховує початковий та кінцевий стани ОК; кількість станів ОК; можливість завдання оцінки точності, в залежності від якої задається кількість реалізацій моделювання.

Програмний пакет розроблено за наступними вимогами: мінімальні витрати ресурсів ПЕОМ; простий для користувача інтерфейс програми; легкість змін параметрів; сучасна мова програмування, що легко адаптується під стандартні офісні пакети; можливість представлення результатів у зручному вигляді.

Для побудови статистичної моделі ТО і Р БРЕО прийнято такі припущення: ОК в будь-який момент часу tG перебуває в будь-якому з визначених для аналізу станів ={h1, h2, ..., hN}; перехід зі стану i в стан j (i,jH) відбувається миттєво (якщо на перехід витрачається деякий час, то він включається до часу перебування у відповідному стані); множина виділених станів G складає повну групу подій, тобто ймовірності перебування ОК у відповідних станах hi фазового простору станів H дорівнює одиниці.

Розроблену блок-схему алгоритму роботи статистичної моделі процесу ТО і Р БРЕО представлено на рис. 4. При розробці блок-схеми використано наступні позначення: епот – масив для зберігання поточного значення модельного часу, що характеризує період експлуатації БРЕО; Np – масив для накопичення та зберігання числа реалізації моделі; –

перехідні імовірності переходу в момент переходу ОК з і-го стану до j-го;  – імовірності станів; – число кроків до першого попадання ОК з і-го стану до j-го; – імовірності перебування ОК в різних станах; – тривалість перебування ОК в станах процесу ТО і Р; – середня тривалість одного переходу ОК за станами процесу ТО і Р; – середня тривалість одного переходу БРЕО за станами ПТ; – тривалість часу до попадання ОК із стану і до стану j; – тривалість часу повернення ОК до і-го стану; – час перебування ОК у стані, між двома попаданнями до стану j; Ci(T) – витрати на перебування і вихід ОК з і-х станів; – середні витрати (за одиницю часу);  – похибка статистичного моделювання; – довірчий інтервал.

Особливістю розробленої блок-схеми алгоритму роботи статистичного моделювання є те, що вона дозволяє з необхідною точністю і надійністю оцінити характеристики напівмарковського процесу ТО і Р БРЕО.

Блок-схему алгоритму роботи статистичної моделі реалізовано на персональній ЕОМ у вигляді програмного пакету “STESMP”.

Рис. 4. Блок-схема алгоритму роботи статистичної моделі процесу ТО і Р БРЕО

Розроблений програмний пакет для статистичного моделювання повністю відповідає вищезазначеним вимогам та може бути використаний на практиці для розрахунків оптимальних періодів ТО. Результатом розробленого програмного пакету є оптимізація періодичності проведення ТО для деяких типів БРЕО як із аналоговим, так і з цифровим обміном інформацією. Для систем із аналоговим обміном інформацією отримано рекомендовані періоди виконання форм ТО: “Арлекин – Д” – рекомендовано збільшити періодичність до 500 годин; “СО-72М” – до 1500 годин. Для систем із цифровим обміном інформацією: “АРК_” –до 1000 годин; “А-037Д1” – до 2000 годин.

Четвертий розділ відведено практичній реалізації отриманих результатів. У розділі проведено оцінку достовірності та верифікацію отриманих статистичних моделей.

Дослідження узгодженості моделей були проведені в широкому діапазоні зміни основних показників, які враховані в розробленій моделі процесу ТО і Р БРЕО і впливають на величину Кт.в. На рис. 5 наведено результати порівняння чисельних значень Кт.в, розрахованого за розробленими в роботі аналітичною та статистичною моделями.

Графіки побудовано при таких же вихідних даних, як і для рис. 2. Суцільні лінії на графіках показують залежність Кт.в за допомогою аналітичної моделі, а точки на графіках відповідають значенням, що розраховані за статистичною моделлю.

Порівняння поданих на рис. 5 результатів моделювання процесу ТЕ БРЕО за розробленими аналітичною та статистичною моделями показує їх збіжність у всьому діапазоні вихідних даних.

На підставі результатів, отриманих у дисертаційній роботі, було розроблено “Методику визначення оптимального періоду проведення технічного обслуговування повітряних суден вітчизняного виробництва” та пропозиції щодо використання методики на підприємствах цивільної авіації України.

За цією методикою було обґрунтовано вибір періодичності проведення ТО для систем БРЕО літака Ан-140: АРК-25, Арлекин – Д, А  Д1, СО-72М та ін. Доведено можливість збільшення періодичності проведення ТО зазначених систем, що дозволяє отримати значний економічний ефект за рахунок зниження середніх експлуатаційних витрат.

У додатках подано акти впровадження результатів дисертаційної роботи; перелік використаних у розробленій статистичній моделі законів розподілу ймовірностей та їх щільності; результати експериментальних даних, реалізованих розробленим програмним пакетом; “Методика визначення оптимального періоду проведення технічного обслуговування повітряних суден вітчизняного виробництва”, затверджена в АНТК ім. О.К. Антонова.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі, на підставі виконаних досліджень, вирішено завдання визначення оптимальної періодичності проведення ТО БРЕО. Проведені дослідження дозволяють зробити такі висновки:

1. На сьогоднішній день відсутня єдина методологія організації ТО і Р БРЕО ПС, яке включає до свого складу як системи з аналоговим, так і цифровим обміном інформацією.

У зв’язку з цим, актуальною є розробка ефективних програм ТО різнотипного БРЕО ПС з урахуванням безвідмовності, показників достовірності контролю ВСК і НЗЕК та тривалостей основних технологічних операцій ТО, що призведе до збільшення тривалості часу між плановими ТО та зменшення витрат на обслуговування.

2. Вибрано та обґрунтовано надійнісні та економічні показники ефективності процесів ТО і Р БРЕО для оптимізації процесів ТО. В якості комплексного показника надійності обрано коефіцієнт технічного використання. В якості економічного показника – середні експлуатаційні витрати. Для оптимізації періодичності ТО запропоновано критерій у вигляді мінімуму середніх експлуатаційних витрат, при обмеженнях на заданий рівень комплексного показника надійності для систем, що впливають на регулярність польотів.

3. Розроблено аналітичну модель процесу ТО і Р БРЕО з використанням теорії напівмарковських випадкових процесів, яка дозволила отримати математичні вирази для розрахунку обраного комплексного показника ефективності експлуатації БРЕО при довільних законах розподілу напрацювання на відмову та інших часових параметрах процесів, що розглядаються. Модель дозволяє врахувати достовірність бортових та наземних засобів контролю, надійнісні характеристики обладнання при різних видах відмов та особливості процесу ТО і Р БРЕО. Модель доцільно використовувати при проектуванні систем ТО і Р БРЕО для вирішення завдань оптимізації періодичності проведення ТО з урахуванням особливостей побудови радіотехнічного комплексу.

4. Проведено дослідження розроблених показників ефективності ТО і Р БРЕО та доведено, що середні експлуатаційні витрати мають оптимальне значення в широкому діапазоні вихідних даних. Показано, що експлуатаційні витрати можна значно знизити за рахунок підвищення рівня достовірності контролю ВСК та НЗЕК.

5. Розроблено статистичну модель, яка дозволяє перевірити адекватність аналітичних виразів та описати процес ТО і Р у рамках стратегій ТО як по напрацюванню, так і за технічним станом. Це дало змогу виконати порівняльну характеристику різних стратегій за обраними техніко-економічними показниками, розкрити взаємозв’язок між ними та виконати їх оцінку. Статистична модель несе самостійне значення, як один із засобів обґрунтування вибору періодичності проведення ТО БРЕО. Так на базі статистичної моделі розроблено процедуру формування оптимальної періодичності проведення ТО комплексу БРЕО з урахуванням встановлених регламентів ТО ПС.

6. Визначено потенційну ефективність системи ТО БРЕО зі зростаючою інтенсивністю відмов на прикладі -розподілу часу безвідмовної роботи. Установлено аналітичну залежність комплексного показника надійності від зміни коефіцієнта форми -розподілу, внаслідок чого були визначені граничні значення періодичності проведення ТО при поступових відмовах в обладнанні.

7. Розроблена статистична модель реалізована у вигляді програмного пакету “STESMP”. Програмний пакет розроблено в інтегрованому середовищі DELPHI 7.0 алгоритмічною мовою високого рівня Object Pascal, який реалізовано з використанням методу Монте-Карло. Програмний пакет дав можливість порівняти чисельні значення обраних показників ефективності технічної експлуатації, розрахованих за розробленою у роботі аналітичною та статистичною моделями. Верифікація моделей, яка проведена в широкому діапазоні зміни основних факторів, що впливають на показники розроблених моделей процесу ТО і Р БРЕО, показала високу узгодженість аналітичних та експериментальних даних.

8. Виконано розрахунки надійнісних та економічних показників ТО і Р БРЕО літака Ан-140 за розробленою аналітичною та статистичною моделями, що дало можливість встановити оптимальні значення періодичності проведення ТО. Порівняння отриманих періодів проведення ТО зі встановленими для зразків БРЕО літака Ан-140 показало можливість збільшення періодичності проведення ТО досліджуваних систем, що дозволило отримати значний економічний ефект за рахунок зниження середніх експлуатаційних витрат при забезпеченні заданого рівня коефіцієнту технічного використання. Показано можливість збільшення періодичності проведення ТО для наступних систем “Арлекин – Д” – на 200 годин, “СО-72М” – на 600 годин, “АРК_” – на 500 годин, “А-037Д1” – на 1500 годин.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ткаліч О. П. Формалізована модель системи технічного обслуговування БРЕО// Математичні машини і системи. – 2005 – №2. – С. 76–88.

2. Ткалич О. П. Алгоритм моделирования процесса технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования // Проблеми інформатизації та управління. – К.: НАУ, 2005. – №3(14). – С. 133–142.

3. Климчук В. П., Потапов В. Г., Тараненко А. Г., Ткаліч О. П. Стратегія технічного обслуговування авіаційного БРЕО, як фактор безпеки польотів // Защита информации. – К.: НАУ, 2005. – Вып. 12. – С. 256–262.

4. Потапов В. Г., Тараненко А. Г., Ткалич О. П. Моделирование процесса диагностирования резервированных радиоэлектронных систем // Електроніка та системи управління. – К.: НАУ, 2005. – №3(5). – С. 128–133.

5. Конахович Г. Ф., Мачалин И. А., Потапов В. Г., Ткалич О. П. Оценка влияния функциональных отказов бортовых радиоэлектронных систем на безопасность и регулярность полетов // Матеріали IV Міжнар. НТК “Авіа-2002”. – К.: НАУ, 2002. – Т.2. – С.11.67–11.69.

6. Климчук В. П., Могильний Д. В., Ткаліч О. П., Яблонський П. М. Кількісна характеристика критерія визначення доцільності профілактичного обслуговування техніки // Матеріали VІ Міжнар. НТК “Авіа-2004”. – К.: НАУ, 2004. – Т.2. – С. 22.37 – 22.39.

АНОТАЦІЯ

Ткаліч Олег Петрович. Методика визначення оптимального періоду проведення технічного обслуговування повітряних суден вітчизняного виробництва. – Рукопис.

Дисертації на здобуття науково ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 – Експлуатація та ремонт засобів транспорту. – Національний авіаційний університет Міністерства освіти і науки України, Київ, 2007.

Дисертаційну роботу присвячено розробці нових методів визначення оптимального періоду проведення то БРЕО ПС вітчизняного виробництва. Завдання вирішено шляхом проведення аналізу сучасного стану ТО і Р БРЕО ПС, на основі якого вибрано показники та критерій, що дозволили оптимізувати періодичності ТО БРЕО. Побудовано аналітичну модель процесу ТО і Р БРЕО, яка встановила взаємозв’язок між основними імовірнісними, часовими та вартісними характеристиками процесу ТО і Р ПС. Розроблено процедуру формування оптимальної періодичності ТО комплексу БРЕО на основі оптимізації періодичності ТО окремих систем та узгодження результатів зі встановленими регламентами ТО ПС. Проведено статистичне моделювання процесу ТО і Р БРЕО, перевірено узгодженість теоретичних результатів із експериментальними даними. На основі отриманих аналітичної та статистичної моделей розроблено “Методику визначення оптимального періоду проведення технічного обслуговування радіоелектронного обладнання повітряних суден вітчизняного виробництва”.

Ключові слова: бортове радіоелектронне обладнання, технічна експлуатація, технічне обслуговування і ремонт, коефіцієнт технічного використання, середні експлуатаційні витрати, вбудована система контролю, достовірність засобів контролю.

АННОТАЦИЯ

Ткалич Олег Петрович. Методика определения оптимального периода проведения технического обслуживания воздушных судов отечественного производства. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности

05.22.20 – Эксплуатация и ремонт средств транспорта. – Национальный авиационный университет Министерства образования и науки Украины, Киев, 2007.

Диссертационная работа посвящена разработке новых методов определения оптимального периода проведения технического обслуживания (ТО) бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) воздушных судов (ВС) отечественного производства. Задача решена путем проведения анализа современного состояния технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) БРЭО ВС. Показано, что на бортах современных воздушных судов эксплуатируются радиотехнические средства как с аналоговым, так и с цифровым обменом информацией между системами.

Выбраны технико-экономические показатели, которые позволили оптимизировать периодичности ТО БРЭО. Также в качестве критерий оптимизации был выбран минимум средних эксплуатационных затрат при ограничении на заданный уровень коэффициента технического использования.

В работе построена аналитическая модель процесса ТО и Р БРЭО, которая установила взаимосвязь между основными вероятностными, временными и стоимостными характеристиками процесса ТО и Р БРЭО ВС. Аналитическая модель построена с использованием теории случайного полумарковского процесса. Были проведены исследования поведения выбранных показателей эффективности в широком диапазоне исходных данных.

Разработана процедура формирования оптимальной периодичности ТО комплекса БРЭО на основе оптимизации периодичности ТО отдельных систем и согласование результатов с установленными регламентами ТО ВС. Проведено статистическое моделирование процесса ТО и Р БРЭО, проверена согласованность теоретических результатов с экспериментальными данными.

На основе полученных аналитической и статистической модели разработана “Методика определения оптимального периода проведения технического обслуживания радиоэлектронного оборудования воздушных судов отечественного производства” утвержденная в АНТК им. О.К.Антонова.

Ключевые слова: бортовое радиоэлектронное оборудование, техническая эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт, коэффициент технического использования, удельные эксплуатационные затраты, встроенная система контроля, достоверность средств контроля.

ANNOTATЭON

Tkalich Oleg Petrovich. The determination methods for optimum period of the domestic aircraft maintenance. — Manuscript.

The thesis for Candidate’s of technics degree in specialty 05.22.20 — Operation and Repair of Transportation Facilities. — National aviation university : Department of Education and Science of the Ukraine, Kyiv, 2007.

Thesis is devoted to elaboration for new optimum period of the domestic aircraft airborne electronics (avionics) maintenance. The task solution is the current status analysis of avionics maintenance with respective final chosen of the index and criterion which have allowed to optimise the periodicity of airborne equipments maintenance. The analytical model of the avionics operation and repair process is devised. That has make interrelationship between the basic probability, time and cost estimation characteristics of avionics maintenance process. The methods formation for maintenance optimum periodicity of avionics complex on the basis of separate systems maintenance periodicity optimisation and coordination of results with the specified avionics operation and repair regulations is developed. Statistical modelling of avionics maintenance process is made. The coordination of theoretical results with experimental evidence is checked up. On basis of the derived analytical and statistical model “The Determination Methods For Optimum Period Of The Domestic Aircraft Maintenance” is developed.

Key words: airborne equipments, avionics, technical maintenance, technical operation and repair, operating efficiency, specific operating costs, build-in test system, checking certainty.

Підп. до друку 02.11.07. Формат 60х84/16. Папір офс.

Офс. друк. Ум. друк. арк. 1,16. Обл.-вид. арк. 1,25.

Тираж 100 пр. Замовлення № 220. Вид № 15/IV.

Видавництво НАУ

03680. Київ-680, проспект Космонавта Комарова, 1.

Свідоцтво про внесення до Державного реєстру ДК № 977 від 05.07.2002.