Разработка и применение методов безресурсной эксплуатации изделий авиационной техники до безопасного отказа с контролем надежности

Безресурсная эксплуатация изделий авиационной техники (АТ) по техническому состоянию является одним из основных направлений повышения эффективности применения воздушных судов гражданской авиации (ВС ГА) при обеспечении необходимого уровня безопасности полётов.

Теоретические основы и практические методы применения ТЭС начали разрабатываться и внедряться за рубежом в 60-е годы XX века. В эти же годы начали проводиться аналогичные исследования и в отечественной авиапромышленности и гражданской авиации.

Основная идея безресурсной эксплуатации изделий АТ: им устанавливаются пределы по наработке, по достижению которых эксплуатация изделий должна прекращаться, а сами изделия, отправляются в ремонт или списываются, в соответствии с установленными в эксплуатационной и ремонтной документации правилами и процедурами. Величины ресурсов устанавливаются известными правилами, по результатам расчётов и испытаний изделий АТ, с учётом технологий изготовления, эксплуатации и ремонта этих изделий. Основное условие установления ресурсов — это обеспечение безопасности полётов и регулярности эксплуатации ВС ГА. Однако, развитие авиационной техники, в том числе принципов проектирования и технологий изготовления, привело к технической возможности реализации в эксплуатации больших, чем установленные ресурсы, наработок изделий АТ, при сохранении достигнутых уровней безопасности и регулярности полётов ВС в целом.

В этом и заключается эффективность эксплуатации АТ по техническому состоянию, а обоснование такой эффективности и обеспечения безопасности и регулярности полётов ВС ГА и составляет предмет научных исследований и практических испытаний в области применения безресурсной эксплуатации АТ.

Решению задач научного обоснования и практического применения безресурсной эксплуатации изделий AT посвящено множество работ отечественных и зарубежных авторов и результаты этих работ офомлены нормативными и методическими документами отрасли ГА и авиапромышленности и широко применяются в отечественной и зарубежной практике эксплуатации воздушного транспорта.

Большой вклад в науку об эксплуатации авиатехники по ТЭС внесли такие отечественные исследователи как Смирнов H.H., Барзилович Е. Ю., Ицкович A.A., Чинючин Ю. М., Майоров A.B., Деркач О .Я., Петров А. Н., Шапкин B.C., Дедков В. К. и др.

В результате этих исследований разработаны теоретические основы и практические методики применения методов ТЭС на отечественных типах ВС ГА как находящихся в эксплуатации Ил-86, Ил-96, ТУ-154, ТУ-204, Як-AI, Як-40, АН-124, АН-24 и др, так и вновь создаваемых: ТУ-334, Super Jet, МС-21 и др.

Следует отметить, что практическое внедрение ТЭС на отечественных типах ВС ГА началось только после перевода гражданской авиации России на экономические методы управления и развития. В условиях ранее действовавшей плановой экономики, когда авиационная техника и запчасти в плановом порядке и бесплатно поставлялись промышленностью эксплуатантам, которые в свою очередь отчисляли в бюджет установленные нормативы амортизационных отчислений и прибыли, авиапредприятия ГА не имели экономических стимулов сокращения затрат на эксплуатацию AT, соответственно не было и заинтересованности в переводе AT на ТЭС. Поэтому, внедрение ТЭС на отечественных типах ВС ГА носило экспериментальный характер и не имело широкого применения в авиапредприятиях ГА. При переводе на экономические рычаги управления, авиапредприятия, которые в большинстве преобразовались из государственных в коммерческие авиакомпании, стали заинтересованными в сокращении эксплуатационных затрат, в том числе на замену и ремонт изделий АТ по отработке ограниченных, т. е. меньших, чем ресурсы ВС в целом, ресурсов и сроков службы, при условии, что снятие ограничений обеспечивает безопасную эксплуатацию этих изделий АТ и ВС в целом при наработках, превышающих ранее установленных ограничений.

Внедрение ТЭС на отечественных типах ВС ГА выполнялось на различной методологической основе и практических методиках разработки ГосНИИ ГА, ЛИИ им М. М. Громова, НПО «Взлёт» и ОКБ-разработчиков ВС ГА, что привело к различным результатам и их трактовке по различным типам ВС ГА. С другой стороны, теория ТЭС не в полной мере учитывает практику эксплуатации отечественных типов ВС ГА в различных авиакомпания, а имеющиеся методики ТЭС достаточно сложны для практической реализации.

Обобщение практики внедрения ТЭС на отечественных типах ВС ГА показывает целесообразность комплексного решения практических задач применения ТЭС от формализации эксплуатационного контроля до организации и планирования работ и внедрения результатов с учётом и на основе действующих в ГА России норм и правил технической и лётной эксплуатации ВС ГА и зарубежной практики ТЭС.

Диссертационная работа посвящена комплексному решению практических аспектов применения ТЭО на отечественных типах ВС ГА, как совокупности методов и научно-технических решений применения ТЭС с единых позиций, определённых автором.

Работа базируется на практических результатах обобщения ТЭС и разработках автора, выполненных на основе результатов применения ТЭС на отечественных типах ВС ГА: Ту-154, Ил-86, Як-40, Як-42 и других типах в опытно-конструкторских бюро: Туполева, Яковлева, Антонова, Бериева, ГосНИИ ГА, ЛИИ им. М. М. Громова, ГосНИИ «Аэронавигации», на ремонтных заводах ГА и в отечественных и зарубежных авиакомпаниях ГА.

Цель работы и задачи исследования.

Целью работы является решение комплекса научно-технических задач обеспечивающих разработку, обоснование и практическое применение ТЭС для изделий АТ отечественного производства.

Достижение цели работы обеспечивается результатами исследований по следующим направлениям: разработка методики контроля надёжности изделий АТ в эксплуатацииразработка методов оценки эффективности применения ТЭОразработка методов оценки распределений изделий АТ по наработке в эксплуатацииразработка формализованных процедур функционального контроля надёжности изделий АТ в эксплуатацииразработка схем организации работ и функций исполнителей при проведении работ по переводу АТ на ТЭС.

Методы следований.

Решение научных задач диссертационной работы осуществлялось на основе комплексных методов исследований процессов эксплуатации изделий АТ, включая наблюдения, обобщения и анализ результатов и формирование моделей и заключений. В работе использованы методы математической статистики, теории надёжности, теории информатики, методы программно-целевого планирования и управления сложными системами, методы экологического анализа технических систем.

Научная новизна работы состоит в том, что: в комплексной взаимосвязи решены практические задачи применения метода ТЭО для изделий АТ, и разработаны: формальные основы задач и принципов контроля состояния АТ в эксплуатациипрактическая методика контроля безотказности изделий АТ в эксплуатациимодели оценки экономической эффективности применения метода ТЭО в зависимости от условий и этапов эксплуатации изделий АТмодели оценки параметров распределений изделий АТ по наработке в эксплуатации при применении метода ТЭОорганизационная структура проведения работ по переводу изделий АТ на ТЭОтехнологии сбора и обработки информации о надёжности изделий АТ в эксплуатации.

Достоверность результатов исследований. Все полученные результаты исследований базируются на практических работах по внедрению методов ТЭС для изделий АТ, выполненных в ОКБ-разработчиках ВС, НИИ авиапромышленности и отрасли ГА, в том числе и с участием автора по самолётам типа Як-40 и Як-42. Разработанные математические модели проверены результатами наблюдений в эксплуатации и подтверждены практическими расчётами по конкретным типам изделий АТ и функциональных систем ВС.

Разработанные методы и математические модели проверены в реальных условиях эксплуатации отечественных типов ВС и отрасли ГА России.

Положения, выносимые на защиту. На защиту выносится комплекс научно-технических методов практического применения безресурсного метода эксплуатации изделий авиатехники до безопасного отказа с контролем их надёжности в эксплуатации, который включает следующие положения и методы: методика контроля безотказности изделий АТ в эксплуатацииметоды оценки эффективности применения ТЭО в зависимости от условий эксплуатации изделий АТметод оценки параметров распределений изделий АТ по наработке при переводе на ТЭОалгоритмы и технологии сбора и обработки информации о надёжности изделий АТ при эксплуатации по ТЭО.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные математические модели, практические методы, алгоритмы и технологии позволяют: организовать и выполнять в эксплуатации работы по переводу на ТЭО конкретных изделий АТ на конкретных типах и экземплярах ВСпроводить оценку и контроль надёжности изделий АТ при их переводе на ТЭО и дальнейшей эксплуатациипринимать альтернативные решения по результатам контроля надёжности изделий АТпроводить экономическую оценку эффективности применения ТЭО для конкретных типов изделий АТ в зависимости от условий их эксплуатации и условий перевода на ТЭОопределять наработку изделий АТ в эксплуатации при их переводе на ТЭО по наработке ВСпроводить сбор и обработку информации о безотказности изделий АТ при их переводе на ТЭО и дальнейшей эксплуатации.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные методы и математические модели подтверждены практическими расчётами по фактическим эксплуатационным данным на примерах самолётов Як-40, Як-42, Ту-154 и др.

Разработана и утверждена ГосНИИ ГА «Методика контроля надёжности агрегатов и комплектующих изделий авиатехники, эксплуатирующихся по техническому состоянию методом ТЭО», 2008 г.

Алгоритмы и технологии сбора и обработки информации о надёжности изделий АТ в эксплуатации применяются в работах ГосНИИ ГА и ОКБ-разаботчйков ВС при контроле надёжности изделий и агрегатов самолётов Як-42 и Як-40 при эксплуатации по ТЭО.

Апробация работы.

Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на научно-техническом семинаре кафедры АКПЛА МГТУ ГА с участием специалистов ГосНИИ ГА, авиапромышленности и эксплуатантов ВС ГА.

Результаты выполненной работы докладывались и получили положительную оценку: на Международной научно-технической конференции посвященной 35-летию со дня основания МГТУ ГА 18−19 мая 2006 года «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (2 доклада) — на Международной научно-технической конференции в МГТУ ГА, посвященной 85-летию Гражданской авиации России «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» 22−23 апреля 2008 года (3 доклада).

Публикации:

По результатам диссертационной работы опубликовано 7 статей в рейтинговом «Научном вестнике МГТУ ГА» в 2006;2008гг.

Структура и объём диссертационной работы.

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложения.

Основная часть работы изложена на 125 стр. машинописного текста и включает 29 рисунков, 33 таблицы и 52 библиографических названий (из них 1 на английском языке). Общий объём работы 179 страниц.

В главе 1 рассмотрены функциональные задачи контроля надёжности изделий AT в эксплуатации, формализованы требования к указанным задачам и показаны области применения этих задач к изделиям AT как объектам эксплуатации, технического обслуживания, ремонта и контроля, что является исходной позицией автора при решении задач диссертационной работы. Показаны также особенности и практические условия контроля надёжности изделий AT при ТЭС. Здесь же рассмотрены некоторые методы оценки показателей надёжности (безотказности) и параметров их распределений, применяемые в практике ТЭС с анализом условий и ограничений их применения и формулировкой позиции автора к практической методике оценки показателей надёжности изделий АТ в эксплуатации.

В главе 2 рассмотрены и сформулированы условия перевода изделий АТ на ТЭС и разработаны модели оценки эффективности перевода изделий на ТЭС с учётом этих условий. Такой подход обеспечивает предварительную оценку эффективности ТЭС и определяет виды и типы изделий АТ для которых подтверждается целесообразность их перевода на ТЭС. В этой связи, разработан метод оценки параметров распределений изделий АТ при их переводе и дальнейшей эксплуатации по ТЭС, что необходимо как для оценки эффективности ТЭС, так и для последующей оценки надёжности этих изделий при эксплуатации по ТЭО. Здесь же разработаны алгоритмы принятия решений о порядке перевода, эксплуатации или прекращения эксплуатации по ТЭС.

В главе 3 рассматриваются фактические условия контроля надёжности изделий при ТЭО и разработана методика такого контроля, которая включает: условия и ограничения, математические модели расчётов, оценку результатов и их корректировку по отношению к контрольным уровням, рассчитываемым как гамма-процентные ресурсы изделий, эксплуатируемых по ТЭС на каждом этапе эксплуатации и контроля. В этой связи разработаны методы корректировки контрольных уровней надёжности изделий АТ по результатам оценки их эксплуатации по ТЭО и на основе результатов контроля их безотказности и долговечности.

В главе 4 разработаны практические технологии контроля надёжности изделий АТ в эксплуатации в виде алгоритмов, логических схем и маршрутных технологий контроля на основе информации о техническом состоянии изделий АТ в эксплуатации и их надёжности.

Для практического обеспечения таких технологий рассмотрены схемы и алгоритмы информационного обеспечения контроля надёжности изделий АТ в эксплуатации, включая формы носителей информации и технологии сбора и обработки этой информации с оценкой достоверности входных данных.

В главе 5 разработаны организационные условия проведения работ по переводу АТ на ТЭС, включая этапы и последовательность проведения таких работ, участников, распределение обязанностей, оценку результатов и их эффективности с оформлением необходимых нормативных и эксплуатационных итоговых документов. Здесь же рассмотрены и проанализированы практические’результаты работ по переводу изделий АТ на ТЭО как полученных применяемыми методами, так и их оценкой по предложенным методам, алгоритмам и методикам. Показаны как эффективность предлагаемых решений, так и условия их применения в конкретных авиапредприятиях ГА для конкретных типов изделий АТ на конкретных типах ВС и отдельных экземплярах.

В заключении даётся оценка результатов полученных автором решений и рекомендаций и условия по их применению и внедрению.

Работа базируется на результатах исследований выполненных автором в аспирантуре МГТУ ГА, на стажировке в ГосНИИ ГА и в период работы в а/к «Аэрофлот — Российские авиалинии». Для иллюстрации основных положений работы и обоснования полученных результатов, в работе использованы статистические материалы и другие данные из НИР и прикладных работ не являющихся предметом авторского права. Эти материалы приводятся со ссылкой на источник, если поданы в неизменном виде или являются исходными данными для последующей обработки автором предложенными методами и алгоритмами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Содержание работы соответствует заявленным целям и направлениям исследований по комплексному решению практических задач обеспечения безресурсной эксплуатации изделий авиатехники до безопасного отказа при сохранении требуемых (или ранее установленных) уровней безопасности и регулярности полётов и повышении экономической эффективности технической эксплуатации отечественной авиатехники. В работе получены следующие результаты:

1. Обобщён опыт применения ТЭС на отечественных типах ВС ГА и теоретические основы контроля надёжности изделий АТ в эксплуатации, что позволило сформулировать задачи и направления исследований диссертационной работы и формализовать функциональные задачи контроля надёжности изделий АТ в эксплуатации, условия и особенности проведения такого контроля.

2. Рассмотрены условия перевода изделий АТ на ТЭС по этапам жизненного цикла ВС и на этой основе разработаны математические модели оценки экономической эффективности перевода изделий АТ на ТЭС, что обеспечивает как предварительное технико-экономическое обоснование проведения работ по переводу изделий АТ на ТЭО, так и оценку эффективности полученных результатов по данным эксплуатации изделий АТ по ТЭО.

3. Рассмотрены распределения изделий АТ по наработке их в эксплуатации. На этой основе разработан практический метод оценки параметров распределений изделий АТ по наработке в эксплуатации по данным о распределении парка ВС, который позволяет проводить оценку параметров безотказности изделий в эксплуатации.

4. На основе результатов, изложенных в пп. 2 и 3 разработаны практические алгоритмы принятия решений о порядке перевода изделий АТ на ТЭО, их дальнейшей эксплуатации по ТЭО или прекращению такой эксплуатации, что позволяет выполнить организацию и координацию работ по переводу изделий АТ на ТЭО.

5. По результатам выполненных исследований разработаны условия и ограничения по проведению контроля надёжности (безотказности) изделий АТ в эксплуатации и разработана практическая методика проведения контроля надёжности изделий АТ в эксплуатации, которая включает: — модели расчётов, оценку полученных результатов и их корректировку по отношению к установленным контрольным уровням на данном этапе эксплуатации, а также порядок установки и корректировки контрольных уровней надёжности изделий АТ при их эксплуатации по ТЭО по результатам контроля надёжности или её- расчётов.

6. Рассмотрены схемы и алгоритмы информационного обеспечения работ по контролю надёжности изделий АТ в процессе эксплуатации по ТЭО и на их основе разработаны технологии сбора и обработки информации о техническом состоянии изделий АТ в эксплуатации включая формы носителей информации с оценкой достоверности полученных данных, а так же разработаны технологии и алгоритмы организации работ по контролю надёжности изделий АТ в эксплуатации по предложенным методам и моделям.

7. Разработаны организационные условия и ограничения при проведении работ по переводу изделий АТ на ТЭО, включая этапы работ и последовательность их выполнения, участников работ и их функциональные обязанности, оценку полученных результатов и их эффективность, а также оформление необходимых итоговых нормативных и эксплуатационных документов.

8. Полученные научные результаты исследований прошли практическую апробацию и рекомендуются к применению в соответствии с действующими нормативными документами в части обеспечения безопасности и эффективной эксплуатации ВС ГА России.

9. Полученные результаты работы рекомендуются к практическому применению как комплексно, во взаимосвязи всех предложенных методов, моделей, так и выборочно, в зависимости от поставленных задач повышения безопасности и эффективности эксплуатации конкретных типов изделий АТ на конкретных типах и экземплярах ВС.