Формирование характеристик системы технической эксплуатации воздушных судов гражданской авиации

Эксплуатация воздушных судов гражданской авиации (ВС ГА) реализуется последовательной сменой состояний летной и технической 31С11ЛуаТаД11п 13С ПО ЭТаиам лтЗКСННОГО цпхСЛа ]ЗС С ПаЧаЛа ЭКСшТуаТацИй II до списания. Техническая эксплуатация ВС ГА реализуется в системе технической эксплуатации (СТЭ), основными задачами которой являются поддержание и восстановление летной годности ВС и их подготовка к использованию по назначению при обеспечении требуемых уровней надежности и готовности ВС к полетам (регулярности полетов) с минимальными трудовыми и материальными затратами на ТОиР.

Система технической эксплуатации ВС определяется комплексом количественных и качественных показателей — характеристик СТЭ, которые задаются для разработки ВС, обосновываются на этапах проектирования и изготовления ВС, подтверждаются при испытаниях и реализуются в эксплуатации, поэтому формирование характеристик СТЭ ВС является основой для формирования системы технической эксплуатации ВС на всех этапах его жизненного цикла от разработки и до списания.

Характеристики системы технической эксплуатации подтверждают фактическую реализацию эксплуатационно-технических характеристик (ЭТХ) ВС при заданной структуре видов и форм ТОиР в конкретных условиях производственной деятельности авиапредприятий ГА.

Характеристики СТЭ ВС устанавливают способность СТЭ поддерживать заданные уровни надежности и готовности изделий авиационной техники (АТ)б реальных условиях эксплуатации ВС с определенными затратами труда, времени и материальных средств и представляют собой совокупность показателей, таких как: надежность, эксплуатационная и ремонтная технологичность изделий АТ и ВС в целомрежимы ТОиР изделий АТ и ВС в целоминтенсивность эксплуатации.

ВСсовершенство средств ТОиРколичественный состав, квалификация и специализация инженерно-технического персонала (исполнителей ТОиР) — организация и планирование ТОиР.

Затраты на техническую эксплуатацию каждого экземпляра современных типов ВС, включая выполнение ТОиР и стоимость запчастей и оборудования за весь срок эксплуатации ВС до списания в 2−3 раза превышают его начальную стоимость, поэтому эффективность процессов ТЭ ВС, выражаемая через характеристики СТЭ определяет в значительной степени и эффективность эксплуатации в целом как каждого экземпляра ВС так и всего парка данного типа ВС конкретного эксплуатанта, соответственно, теория и практика формирования эффективных характеристик СТЭ определяет и эффективность СТЭ типа ВС, основой которой и являются эти характеристики.

Решению задач формирования характеристик процессов и процедур ТОиР, непосредственно связанных с поддержанием летной годности ВС, посвящено множество работ отечественных и зарубежных авторов и результаты этих работ применяются достаточно успешно при технической эксплуатации отечественных и зарубежных типов ВС ГА, однако комплексный системный подход к формированию характеристик СТЭ на всех этапах жизненного цикла ВС и их адаптация для конкретных целей и задач эксплуатантов в этих работах не рассматривался.

Существующие теоретические разработки и практические методики по формированию процессов ТЭ ВС направлены, в основном, на решение следующих задач;

1) Обоснование и оценка ЭТХ каждого типа ВС, таких как: эксплуатационная и ремонтная технологичность, контролепригодность, долговечность и безотказность комплектующих изделий и ВС в целом, определяющих техническое совершенство и приспособленность ВС к технической эксплуатации — раздельно по этапам разработки и эксплуатации ВС.

2) Разработка методов формирования и оптимизации режимов ТОиР изделий, систем и оборудования ВС ГА, определяющих объем и периодичность выполнения работ ТОиР, непосредственно связанных с поддержанием и восстановлением летной годности ВС в процессе их эксплуатации — раздельно по этапам разработки и эксплуатации ВС.

В указанных направлениях исследований процессов технической эксплуатации ВС ГА следует отметить успешные работы Смирнова H.H., Воробьева В. Г., Барзиловича Е. Ю., Сакача Р. В., Мулкиджанова И. К., Ицковича A.A., Андронова A.M., Чинючина Ю. М., Деркача О. Я., Петрова А. Н., Майорова A.B., Фролова В. П., Степанова C.B., Сеника В. Я., Кирина В В., Дедкова В. К., Громова М. С., Шапкина B.C., Карасева В. Я. и др.

В результате этих исследований на основе функционального моделирования систем и процессов технической эксплуатации ВС ГА разработаны формализованные методы и практические методики формирования ЭТХ изделий AT и режимов их ТОиР, но раздельно по этапам разработки и эксплуатации ВС.

Формирование характеристик СТЭ на этапах разработки ВС выполняется предприятиями промышленности, а на этапах эксплуатациипредприятиями ГА, при этом, различие в методологической базе не позволяет выполнять комплексное формирование характеристик СТЭ ВС во взаимосвязи технических, информационных и организационных составляющих процесса технической эксплуатации на всех этапах жизненного цикла ВС.

Исследования, выполненные в ГосНИИ ГА, ЛИИ им. М. М. Громова, МГТУ ГА, ЦАГИ, ГосНИИ «Аэронавигация», ОКБ-разработчиках ВС показали целесообразность программно-целевого формирования характеристик СТЭ типа ВС в последовательности этапов его разработки, испытаний и эксплуатации на основе программы ТОиР типа ВС, как документа, определяющего ЭТХ ВС во взаимосвязи с условиями летной и технической эксплуатации ВС и с учетом действующих норм и положений отрасли ГА и организационных структур авиапредприятий.

Отсутствие методологии комплексного и адаптивного к условиям эксплуатации ВС формирования характеристик СТЭ по этапам жизненного цикла ВС приводит к неоправданному увеличению сроков формирования характеристик СТЭ на этапах освоения эксплуатации типа ВС и их корректировке на протяжении всего срока эксплуатации типа ВС до списания, при этом, внесение изменений в конструкцию и эксплуатационную документацию находящихся в эксплуатации экземпляров ВС, с целью их адаптации к реальным условиям эксплуатации и производственной деятельности авиапредприятий вызывает большие организационно-технические затруднения и значительные дополнительные материальные затраты на обеспечение технической эксплуатации.

В течение последних лет в ГА России с участием автора проведен ряд исследований по разработке методологических основ формирования характеристик СТЭ различных типов ВС: Ту-204, Ту-334, Бе-200, Як-42 и др. на основе их программы ТОиР, с последующей адаптацией полученных результатов к реальным условиям эксплуатации конкретных экземпляров ВС и производственной деятельности авиапредприятий. Внедрение программ ТОиР для указанных типов ВС обеспечило сокращение удельных затрат труда, времени к средств в системе их технической эксплуатации в 1,5-^2 раза от аналогичных типов ВС, находящихся в эксплуатации, что подтверждает эффективность методологии комплексного и адаптивного формирования характеристик СТЭ, на этапах разработки, испытаний и эксплуатации ВС на основе программ ТОиР.

В процессе формирования программ ТОиР для различных типов ВС и реализации полученных результатов в практику технической эксплуатации ВС ГА определилась необходимость решения следующего комплекса взаимосвязанных задач: по формированию основных положений программы ТОиР типа ВСнормированию и оценке ЭТХ ВС на этапах жизненного циклаформированию характеристик форм и видов ТОиР и режимов ТОиР изделий АТ в зависимости от условий эксплуатации ВСвыбору методов и схем информационного обеспечения процессов СТЭ, как ограничений и условий функционирования системы технической эксплуатации типа ВС в целом.

Диссертационная работа посвящена разработке методологических основ формирования характеристик СТЭ на этапах разработки, испытаний и эксплуатации ВС, как совокупности количественных и качественных показателей СТЭ, включающих: ЭТХ ВС, характеристики видов и форм ТОиР и характеристики организационных состояний технической эксплуатации ВС и адаптацию этих характеристик СТЭ к условиям эксплуатации конкретных экземпляров ВС и реальным условиям организационно-хозяйственной деятельности авиапредприятий.

Работа базируется на результатах теоретических и практических исследований, по разработке, испытаниям и эксплуатации различных типов ВС ГА, выполненных автором в Государственном научно-исследовательском институте гражданской авиации (ГосНИИ ГА), а также в опытно-конструкторских бюро Яковлева, Туполева, Антонова, Бериева, на ремонтных заводах ГА и в отечественных и зарубежных авиапредприятиях ГА.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является решение важной народнохозяйственной проблемы повышения эффективности технической эксплуатации ВС ГА на основе применения разработанной методологии комплексного формирования характеристик СТЭ на этапах разработки, испытаний и эксплуатации типа ВС ГА и их адаптации к реальным условиям эксплуатации ВС.

Достижение цели работы обеспечивается решением следующих взаимосвязанных задач:

— разработки структуры характеристик СТЭ и общих принципов их формирования на основе программы ТОиР типа ВС;

— разработки методов нормирования и оценки ЭТХ ВС, как характеристик СТЭ типа ВС;

— разработки методов оценки условий эксплуатации изделий АТ для формирования характеристик СТЭ ВС;

— выбора структуры видов и форм ТОиР типа ВС, как характеристик СТЭ;

— разработки методов формирования и корректировки режимов ТОиР изделий АТ, как основы формирования характеристик СТЭ ВС;

— разработки алгоритмов оптимизации технологий выполнения работ ТОиР на ВС для формирования характеристик СТЭ;

— разработки методов, схем и процедур информационного обеспечения процессов формирования характеристик СТЭ.

Методы исследования. Решение научных задач диссертационной работы осуществлялось на основе комплексных методов исследований, включающих наблюдения, обобщение и анализ практических процессов эксплуатации воздушных судов ГА с построением теоретических моделей и функций, адаптацию и внедрение полученных результатов в практику технической эксплуатации различных типов ВС и деятельность авиапредприятий ГА, формирование, регулирование и оптимизацию соответствующих процессов и процедур ТОиР типа ВС ГА. В работе использованы современные методы теории вероятностей и математической статистики, теории массового обслуживания, теории прочности, теории графов, математическое моделирование сложных многофункциональных процессов и эмпирические методы оценки параметров эффективности процессов летной и технической эксплуатации ВС ГА.

Научная новизна работы состоит в том, что:

— разработана методология комплексного и адаптивного формирования характеристик СТЭ на этапах разработки, испытаний и эксплуатации ВС на основе программы ТОиР;

— разработаны общие принципы формирования программы ТОиР типа ВС и определены требования к программам ТОиР, обеспечивающие формирование эффективных характеристик СТЭ типа ВС;

— выполнена классификация элементов конструкции ВС и работ ТОиР в системе технической эксплуатации ВС;

— разработан комплекс нормативных показателей ЭТХ ВС, определяющих характеристики СТЭ;

— разработаны формализованные структуры видов и форм ТОиР ВС, определяющих характеристики СТЭ;

— разработаны модели и методы качественной и количественной оценки условий эксплуатации изделий АТ по их влиянию на техническое состояние ВС и характеристики СТЭ;

— разработаны общие принципы, математические модели и практические методики формирования режимов ТОиР изделий АТ, как основы формирования характеристик СТЭ типа ВС;

— разработаны теоретические модели, схемы и процедуры информационного обеспечения работ по формированию характеристик СТЭ.

Достоверность результатов исследований. Все полученные результаты исследований основаны на практических работах автора по разработке нормативно-методических документов отрасли ГА и авиапромышленности и по формированию на их основе программ ТОиР и ЭТД самолетов: Як-40, Як-42, Ту-204, Ту-334, Бе-200, Як-42 и др., на этапах разработки, испытаний и эксплуатации этих и других типов ВС. Результаты работ проверены и внедрены при формировании и корректировке регламентов ТО для большинства отечественных типов ВС, в программах ТОиР самолетов: Як-42, Ту-204, Ту-334, Бе-200, а также при формировании характеристик СТЭ и эксплуатационной документации новых типов ВС. Математические модели, методы и алгоритмы разработаны автором на основе реальных данных по летной и технической эксплуатации различных типов ВС, проверены практикой и введены в методические и нормативные документы отрасли ГА.

Положения, выносимые на защиту. На защиту выносится методология комплексного формирования характеристик СТЭ по этапам жизненного цикла ВС, которая включает следующие основные теоретические положения и методы:

— общие принципы формирования характеристик СТЭ типа ВС ГА;

— методы нормирования и оценки ЭТХ ВС ГА на этапах проектирования, испытаний и эксплуатации;

— методы оценки условий эксплуатации ВС для формирования характеристик СТЭ;

— методы формирования структуры видов и форм ТОиР типа ВС ГА;

— методы формирования режимов ТОиР изделий АТ, как основы формирования характеристик СТЭ;

— методы и схемы информационного обеспечения процессов формирования характеристик СТЭ.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные теоретические основы и практические методы позволяют:

— формировать программу ТОиР типа ВС и на ее основе формировать характеристики СТЭ типа ВС для конкретных авиапредприятий;

— нормировать и оценивать ЭТХ типа и экземпляра ВС на всех этапах разработки, испытаний и эксплуатации ВС;

— формировать структуру видов и форм ТОиР типа ВС и на их основе формировать характеристики СТЭ, адаптированные к условиям конкретных авиапредприятий;

— формировать систему информационного обеспечения характеристик СТЭ, как подсистему общей информационно-управляющей системы конкретного эксплуатанта.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы реализованы и внедрены в:

— государственном стандарте (ГОСТ 28 056. Построение, изложение, оформление и содержание программы ТОиР);

— 3-х отраслевых стандартах (ОСТ 5 430 054. Система ТОиР АТ. Регламент ТО самолета (вертолета) — ОСТ 5 430 044. Система ТОиР АТ. Основные положенияИнструкция 54−003−025. Система ТОиР АТ. Термины и определения);

— технические задания на разработку перспективных типов ВС (Як-242, Ту-204, Ту-334, Ту-330, Ан-70, Бе-200, Ил-96 и др.);

— 15 нормативных и методических документах отрасли ГА и авиапромышленности (приведены в диссертации);

— 40 эксплуатационных документах по типам ВС ГА, в том числе программах ТОиР типов ВС: Ту-204, Бе-200, Ту-334, Як-42.

Апробация работы. Диссертационная работа одобрена на НТС НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА и расширенном научно-методическом семинаре кафедры ТЭЛАиАД МГТУ ГА.

Стандарты, нормативные и методические документы отрасли ГА и авиапромышленности, являющиеся результатом работы, докладывались автором на НТС ведущих организаций отрасли ГА, отраслевом и межотраслевых НТС, одобрены и рекомендованы к применению.

Результаты выполненной работы докладывались и получили положительную оценку:

— на Всесоюзной конференции «Совершенствование методов технической эксплуатации авиационной техники (Киев 1979 г.);

— на Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование методов технической эксплуатации авиационной техники (Киев 1984 г.);

— на Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение эффективности технической эксплуатации летательных аппаратов» (Москва1989г.);

— на заседаниях «Межведомственного координационного совета по проблемам эксплуатации авиационной техники по техническому состоянию» (Москва, 1983 г., 1984 г., 1985 г.);

— на научно-техническом совете Госстандарта СССР (Секция «Общее машиностроение», Москва 1989 г.);

— на научно-технической конференции «Венгерские дни авиационных наук» (Будапешт 1988 г.);

— на секции 4А НТС Росавиакосмоса «Проблемы внедрения эксплуатации ВС ГА по техническому состоянию» (Москва 2000 г.);

— на секции научно-технического совета ГосНИИГА «Техническая эксплуатация воздушного транспорта», 1985;1995гг., а также в предприятиях и организациях гражданской авиации и авиапромышленности. (1985;2000гг.).

Публикация. По материалам диссертации опубликовано свыше 70 печатных работ, в том числе 4 монографии, а также выпущено более 100 отчетов по НИР, в которых автор являлся ответственным исполнителем или исполнителем самостоятельного раздела комплексной НИР.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Содержание работы, в целом, соответствует заявленным целям и задачам исследования и подтверждает решение поставленных задач на основе предложенных теоретических основ и практических методов формирования характеристик системы технической эксплуатации отечественных типов ВС ГА, как совокупности эксплуатационно-технических характеристик ВС, характеристик видов и форм ТОиР и характеристик организационных состояний ВС в процессе ТЭ, адаптированных к условиям эксплуатации ВС, а именно:

1. Определены основные направления формирования характеристик СТЭ ВС ГА на основе программно-целевого метода решения научно-технических задач. Формирование характеристик СТЭ рассмотрено в их взаимосвязи и взаимозависимости с позиций адаптивности, т. е. приспосабливаемости формируемых характеристик и показателей к условиям эксплуатации ВС и производственной деятельности эксплуатантов.

Характеристики СТЭ классифицированы на 3 группы: ЭТХ ВС, характеристики видов и форм ТОиР, характеристики организационных состояний ВС в процессе эксплуатации. Показано, что основой формирования характеристик СТЭ являются оперативные значения указанных групп характеристик СТЭ и определены условия расчета оперативных значений характеристик СТЭ.

2. Определены методы формирования эксплуатационно-технических характеристик ВС как основы формирования характеристик СТЭ с разработкой классификации элементов конструкции ВС, работ ТОиР и нормированием и оценкой ЭТХ на этапах разработки, испытаний и эксплуатации ВС.

Все виды работ ТОиР, выполняемых в процессе ТЭ ВС по целевому назначению и воздействию на техническое состояние ВС разделены на.

4 вида: технологическое обслуживаниеподдержание и восстановление надежностиконтроль технического состояниявспомогательные работы. Разработаны коды видов, групп, подгрупп и конкретных работ, которые введены в практику ГА.

Элементы конструкции ВС, его систем и оборудования относительно потребности в целевых работах ТОиР при отработке назначенного ресурса ВС разделены на 4 группы элементов. Показаны условия обеспечения приспособленности элементов каждой группы к целевым работам и на этой основе предложено формирование показателей ЭТХ ВС.

ЭТХ ВС нормированы относительно условий эксплуатации ВС в виде зависимостей, выраженных в функциональной или графической форме при заданной структуре видов и форм ТОиР.

3. Разработаны методы качественной, статистической и функциональной оценки условий эксплуатации ВС по их влиянию на надежность ВС и характеристики СТЭ.

Условия эксплуатации классифицированы на 3 группы факторов: функциональные, региональные и технические. Показана роль каждой группы факторов в процессах изменения технического состояния ВС, его систем и оборудования и условия расчета количественных характеристик технического состояния изделий АТ при изменении эксплуатационных факторов от их типовых (расчетных) значений в процессе эксплуатации ВС.

4. Разработаны общие принципы выбора и формирования структуры видов и форм ТОиР ВС как характеристик СТЭ и сформирована типовая структура видов и форм ТОиР и типовой регламент ТО.

Показано, что виды и формы ТОиР являются самостоятельной группой характеристик СТЭ ВС, задаваемой директивно, в виде ограничений, относительно которых формируются ЭТХ ВС и соответствующие характеристики СТЭ. Определены 4 возможные принципы формирования структуры форм ТОиР относительно работ по поддержанию и восстановлению надежности и показана эффективность предложенной структуры формирования видов и форм ТОиР дифференцировано по наработке ВС.

На этой основе разработана типовая структура регламента ТО и определено типовое содержание регламента ТО, независимо от конструктивных особенностей и условий эксплуатации различных типов ВС ГА. Предложенные методы доведены до практической реализации и внедрения в ГА в виде нормативных и методических документов отрасли.

5. Выполнена классификация методов эксплуатации и стратегий восстановления изделий авиационной техники и на этой основе разработаны методы формирования адаптивных режимов ТОиР изделий АТ во взаимосвязи с надежностью этих изделий и условиями их эксплуатации. Показано, что режимы ТОиР изделий АТ определяются методами эксплуатации и стратегиями их восстановления, которые формируются и адаптируются к ЭТХ ВС во взаимосвязи с особенностями конструкции ВС, принятой структурой ТОиР, реальными условиями эксплуатации ВС и имеющимся информационным обеспечением процессов и процедур в системе ТЭ данного типа ВС у каждого эксплуатанта.

Определено, что метод эксплуатации устанавливает вид предельного состояния, до которого допускается применение изделия АТ по назначению, а стратегия восстановления устанавливает организационные правила выполнения работ по восстановлению и поддержанию технического состояния изделия в процессе реализации методов эксплуатации.

Разработаны теоретические основы и практические методы выбора оптимальных методов эксплуатации и стратегий восстановления в их возможных сочетаниях для изделия АТ с последующим выбором эффективных работ ТОиР и периодичности их выполнения для каждого изделия АТ, с последующей группировкой индивидуальных режимов ТОиР изделий в формы и виды ТОиР для ВС в целом.

Сформулированы условия, расчетные схемы и правила формирования режимов ТОиР изделий АТ и ВС в целом с позиций обеспечения безопасности полетов и экономической эффективности СТЭ типа ВС.

6. Разработаны алгоритмы формирования технологической последовательности выполнения работ ТОиР и размещения технологически взаимосвязанных работ по формам ТОиР для оптимизации характеристик СТЭ.

Алгоритм формирования технологической последовательности выполнения комплекса работ ТОиР в конструктивной зоне ВС обеспечивает оптимизацию трудозатрат в условиях переменного состава работ ТОиР и периодичности их выполнения в зависимости от условий эксплуатации ВС, а также при изменении структуры и видов форм ТОиР.

Алгоритм размещения технологически взаимосвязанных работ по формам ТОиР обеспечивает оптимизацию трудозатрат на выполнение взаимосвязанных работ при применении дифференцированной структуры форм ТОиР в зависимости от условий эксплуатации ВС, определяющих периодичность выполнения работ ТОиР.

7. Разработаны общие принципы, методология и схемы информационного обеспечения процессов и процедур в системе ТЭ типа ВС, связанных с поддержанием и восстановлением летной годности ВС.

Структура организационных состояний ВС в процессе ТЭ разделена на плановые и неплановые, для которых сформированы графы технических состояний ВС и определены формализованные методы реализации этих графов, что обеспечивает расчет количественных характеристик состояний ВС в системе ТЭ.

Предложены конкретные организационные структуры информационного обеспечения ТЭ на основе применения всех изложенных ранее методов формирования ЭТХ, режимов ТОиР и заданных структур видов и форм ТОиР.

Сформированы информационные потоки, необходимые для реализации любого метода эксплуатации каждого изделия АТ и оптимальной стратегии его восстановления.

Разработан практический метод контроля надежности изделий АТ, эксплуатирующихся методом ТЭО до безопасного отказа, на основе формализованной статистической оценки надежности этих изделий в процессе эксплуатации.

8. Рассмотренные практические примеры формирования характеристик СТЭ типа ВС ГА на основе разработанных теоретических методов и практических методик подтверждают обоснованность и практическую реализацию основных положений данного исследования.

9. Применение предложенных методов обеспечивает сокращение затрат труда, времени и средств на 15-^30% от оперативных значений характеристик СТЭ по типам ВС. (Акты внедрения прилагаются).