Глава 2. СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
И РЕМОНТА ВС
2.1. Жизненный цикл ВС и его стадии
Воздушное судно (ВС) в общем случае является транспортным средством, предназначенным для доставки по воздуху пассажиров, груза в заданный пункт, а также для выполнения с использованием полезной нагрузки определенных видов работ (обработки с воздуха сельскохозяйственных и лесных угодий, патрулирования и разведки, тушения пожаров и т.д.).
Применение по назначению является основным этапом эксплуа- тации ВС, которая, в свою очередь, представляет собой одну из стадий его жизненного цикла. При этом под жизненным циклом по- нимается совокупность взаимосвязанных во времени процессов последовательного изменения состояния ВС, начиная с исследо- вания и обоснования его создания до снятия с эксплуатации.
Часть жизненного цикла, характеризующаяся определенным со- стоянием самолета конкретного типа, совокупностью видов преду- смотренных работ и их конечными результатами, называется стади- ей жизненного цикла. Такими стадиями являются (рис. 3) исследова- ние и обоснование разработки; разработка (проектирование, изготов- ление и испытания опытных образцов ВС); серийное производство; эксплуатация, включая все виды заводского ремонта; списание.
Рис. 3. Стадии жизненного цикла авиационной техники
Так как ВС относится к числу изделий, нуждающихся по истече- нии установленного календарного срока (периода) или при достиже- нии установленного налета в выполнении на них определенного объ- ема восстановительных работ (как правило, в заводских условиях), стадии его эксплуатации и заводского ремонта чередуются обычно
20 3–
4 раза в пределах ресурса до списания (предельного назначенно- го ресурса), при этом продолжительность стадии эксплуатации оп- ределяется ресурсом до первого ремонта и межремонтным ресур- сом в дальнейшем, которые могут быть различными.
При ограниченных налетах стадия эксплуатации сменяется ста- дией заводского ремонта через определенные календарные периоды
(срок службы до первого ремонта или межремонтный срок службы), списание самолета в этом случае также может произойти по ис- течении срока службы до списания.
Процесс технической эксплуатации включает лётно-техническую эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт (ТОиР), хранение, транспортирование, списание (рис. 4) [ГОСТ 53863 -2010].
Рис. 4. Структура технической эксплуатации
Любая техника может удовлетворительно работать длительный срок только при выполнении определенного комплекса последова- тельных, периодических, взаимно увязанных и дополняющих процес- сов и операций, составляющих систему технического обслуживания и ремонта данной техники, при этом техническое обслуживание и ре- монт ВС занимает центральное место в технической эксплуатации.
2.2. Содержание системы технического обслуживания и ремонта ВС
Техническое обслуживание – это комплекс операций по поддержа- нию работоспособности, обеспечению исправности ВС и готовности их к полетам.
21
Ремонт – комплекс операций по восстановлению работоспособно- сти изделий функциональных систем ЛА или составных частей изде- лий.
Весь комплекс операций по ТОиР условно можно разделить на две группы: первая – плановые профилактические работы; вторая – работы по обнаружению и устранению уже имеющих место отказов и повреж- дений.
Основное требование, предъявляемое к процессу технической экс- плуатации в целом, состоит в том, чтобы при ограниченных затратах труда обеспечить наибольшую вероятность того, что в необходимый момент времени ВС окажется работоспособным и выполнит постав- ленную задачу.
Система ТОиР представляет собой совокупность взаимосвязанных звеньев – составных частей: объекта ТОиР, производственно- технической базы, средств ТОиР, инженерно-технического персонала, программы и эксплуатационно-технической документации (ЭТД) по
ТОиР (рис. 5).
Рис. 5. Структура Системы ТОиР
Основной задачей Системы ТОиР в ГА является управление техническим состоянием (ТС) ВС в течение срока службы или ресурса для обеспечения поддержания и восстановления его летной годно- сти и подготовки к использованию по назначению при обеспечении
22 требуемых уровней надежности и готовности ВС к полетам с мини- мальными затратами труда и средств на выполнение ТОиР.
Качество функционирования Системы ТОиР зависит от внутрен- них и внешних условий ее работы.
Под внутренними условиями понимается качество функционирова- ния каждой из ее составных частей, например, для инженерно- технического персонала – уровень его квалификации и технологической дисциплинированности, для объекта ТОиР – уровень его эксплуатаци- онно-технических характеристик (ЭТХ), для производственно- технической базы – уровень ее совершенства и полноты соответствия действующим требованиям технологических процессов ТОиР и т.д.
Внешние условия функционирования Системы ТОиР определяют- ся её инфраструктурой, т.к. она объединяет всю совокупность произ- водственных процессов ТОиР, то инфраструктура объединяет ком- плекс мероприятий и смежных служб, обслуживающих производст- венные процессы ТОиР, выполняемые непосредственно в рамках сис- темы. К ним можно отнести материально-техническое обеспечение производственных процессов, подготовку и переподготовку инженер- но-технического персонала, информационное обеспечение процессов
ТОиР с созданием банков данных и т.д.
Центральное место в Системе ТОиР занимает Программа ТОиР- основной документ, содержащий совокупность главных принципов и принятых Разработчиком решений по применению наиболее эффек- тивных методов и режимов ТОиР, реализованных в конструкции объ- ектов при проектировании и изготовлении и внесенных в эксплуатаци- онную документацию с учетом заданных требований и условий ис- пользования ВС.
Программа отражает принятую стратегию ТОиР для ВС в целом, его функциональных систем и изделий и выполняет роль цементирующего материала, соединяющего воедино для достижения поставленной цели все звенья Системы ТОиР: объект, базу, средства, персонал, документа- цию, а также инфраструктуру Системы ТОиР, включающую все виды обеспечения: материально-технического, информационного, организа- ционного и нормативно-правового, кадрового, метрологического и др.
23
Потребность объекта ТОиР и его приспособленность к ТОиР опре- деляются совокупностью ЭТХ конструкции объекта. Достигнутый при создании ВС уровень ЭТХ конструкции определяет содержание про- граммы ТОиР, ее прогрессивность и эффективность.
Программа ТОиР является основой для разработки эксплуатацион- ной и ремонтной документации и обеспечивает формирование и вне- дрение на эксплуатационных и ремонтных предприятиях (в организа- циях) заказчика Системы ТОиР ВС данного типа на протяжении всего срока его службы с начала эксплуатации и до списания.
В свою очередь Программа ТОиР отражает свойства объекта ТОиР.
Под объектом ТОиР понимаются изделия или их совокупность, ха- рактеризующиеся потребностью в проведении определенных работ по поддержанию (восстановлению) исправности или работоспособности в том или ином состоянии технической эксплуатации и приспособленно- стью к выполнению данных видов работ. Плановое выполнение форм
Системы ТОиР предопределяет своевременное предупреждение отка- зов ФС и их наиболее важных изделий.
2.3. Общая характеристика условий эксплуатации ВС В процессе эксплуатации ВС их узлы, агрегаты и детали испыты-
вают постоянное влияния ряда факторов, которые по-разному влияют на их техническое состояние, а значит и на их эксплуатационную на- дежность и работоспособность.
Все многообразие факторов, которые характеризуют реальные ус- ловия эксплуатации и оказывают влияние на техническое состояние
ВС, можно подразделить на объективные и субъективные.
К объективным относятся: влияние окружающей среды, механиче- ские и другие внешние деяния на элементы конструкции и комплек- тующие изделия функциональных систем. К субъективным относят такие, которые в той или иной мере зависят от человека. Сюда можно отнести выбор схемы конструктивного решения при проектировании; выбор материалов и конструкции элементов; режимы нормальной экс- плуатации; стратегию, методы и режимы технического обслуживания и др. Как правило, эти факторы являются причинами возникновения внезапных отказов.
24
С другой стороны, факторы, которые влияют на смену техническо- го состояния ВС, можно разделить на конструктивно- производственные, которые определяют начальные качества объектов, и эксплуатационные, что отражают изменение технического состояния в процессе эксплуатации (рис. 6).
Рис. 6. Место Системы ТОиР в процессах развития повреждений и отказов
Из рис. 6 следует, что Система ТОиР служит своего рода барьером на пути развития повреждений и отказов. Плановые профилактические операции ТО прерывают процессы дальнейшего развития многих по- вреждений, не давая им возможности беспрепятственно перерастать в опасные повреждения и затем в отказы.
К конструктивно-технологическим факторам относятся:
• выбор схемных и конструктивных решений, элементов и мате- риалов;
• технология изготовления деталей и узлов, сборки и испытания объектов;
• качества производства;
• характеристики текущего и выходного контроля.
Решающую роль в изменении технического состояния и надежно-
25 сти ВС оказывают эксплуатационные факторы. Именно в процессе эксплуатации и определяется уровень этой надежности.
Воздушные суда эксплуатируются в специфических условиях, ко- торые значительно отличаются от работы наземных видов транспорта.
Эта специфичность заключается в следующем:
• значительное осложнение условий работы, то есть повышение количества действующих нагрузок и их абсолютных величин (темпе- ратуры, давления, вибрации и др.);
• быстрое изменение во времени и пространстве действующих на
ВС факторов (напряжения, температуры);
• широкий диапазон изменения этих факторов (аэродинамические нагрузки, перегрузки, температуры и др.).
2.3.1. Классификация эксплуатационных факторов, влияющих
на техническое состояние ВС
Эксплуатационные факторы можно разделить на несколько групп.
Группы нагружающих (объективных) факторов, то есть факторов, связанных с особенностями применения ВС и условиями его летной эксплуатации:
•
Внешние нагрузки: аэродинамические нагрузки, перегрузки, дав- ления, вибрации, акустические нагрузки, аэродинамическое нагрева- ние, нагрев от работающей силовой установки, электрические нагруз- ки.
•
Режимы работы авиационных двигателей и функциональных сис- тем.
Группы факторов, которые характеризуют внешние условия:
•
Климатические условия. Сюда относятся температура, давление и влажность атмосферного воздуха, их суточное и годовое колебание, изменения и перепады по высоте и длине трассы, осадки (дождь, снег, лед, туман), насыщенность воздуха агрессивными веществами (соли, щелочи и др.).
•
Условия, которые характеризуют состояние аэродромов: запы- ленность атмосферы, качества покрытия взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек, степень их чистоты, наличие на них осадков и т.д.
26
•
Биологические факторы: плесень, насекомые, грызуны, птицы.
Плесень вызывает гниение материалов органического происхождения.
Грызуны и насекомые замусоривают системы и агрегаты, поедают изоляцию, детали обработки и т.д. Птицы попадают в двигатель, по- вреждают остекление и обшивку.
Группы человеческих факторов:
•
Условия летной эксплуатации, качества работы летного состава: количество взлетов и посадок, использование режимов полета и режи- мов работы двигателей, умение правильно действовать в особенных случаях и особенных условиях полета, умение правильно готовиться к полету и правильно его рассчитывать и т.д.
Эти факторы зависят от степени обученности и тренированности летного состава.
•
Качества технического обслуживания: организация эксплуатации, квалификация инженерно-технического состава, качества и своевре- менность выполнения работ по обслуживанию и ремонту, особенности транспортировки и хранения.
При выполнении работ по техническому обслуживанию, с одной стороны, улучшается состояние систем, агрегатов и узлов ВС и преду- преждаются неисправности (введение масел, регуляции параметров и т.п.), с другой стороны, в результате некачественного выполнения ра- боты может ухудшиться их техническое состояние и даже появиться неисправность.
В зависимости от характера влияния на техническое состояние аг- регатов и систем можно выделить еще две отдельных группы факто- ров.
•
Качества материалов, которые применяются (горюче-смазочных и др.): степень их окисления и старения, загрязнение посторонними частицами, наличие влаги и т.д.
•
Временные факторы. Это процесс старения, то есть процесс мед- ленного изменения физико-химических свойств материалов. Скорость процесса старения может изменяться под воздействием внешних фак- торов: тепла, вибрации, кислорода, озона, влаги и т.д.
27
Для многих материалов процесс старения протекает без видимых признаков ухудшения свойств материалов. Эти изменения накаплива- ются и в отдельных случаях могут привести к внезапному скачку- разрушению. В наибольшей степени процессу старения поддаются ма- териалы органического происхождения.
В каждом из трех состояний, в которых может находиться ВС (в полете, на земле, при техническом обслуживании), на его системы и агрегаты действует специфическая для данного состояния группа фак- торов, причем степень влияния этих факторов разная.
Так, в полете на системы, агрегаты и детали ВС
действуют экс- плуатационные факторы, связанные с особенностями применения и условиями его летной эксплуатации, климатические факторы и факто- ры, связанные с работой летного состава, качества ГСМ.
К факторам, которые действуют на ВС на земле, относятся климати- ческие, биологические, временные факторы, состояние аэродромов и т.д.
Влияние эксплуатационных факторов на техническое состояние объектов сказывается в виде отклонений от номинала их параметров в результате износа, старения деталей и разрегулирования агрегатов.
Эти факторы являются причинами возникновения медленных отказов.
2.3.2. Классификация повреждений и отказов изделий АТ по принципу однородности физической сути процессов и характера их проявления Перечисленные эксплуатационные факторы обуславливают проте- кание разных процессов, которые изменяют техническое состояние объектов и приводят к полной или частичной потере работоспособно- сти. Выделяют три основных вида процессов, которые ухудшают рабо- тоспособность устройств: быстротекущие процессы, процессы средней скорости и медленнотекущие процессы.
Быстротекущие процессы имеют периодичность изменения, кото- рое измеряется обычно долями секунд. Эти процессы заканчиваются в пределах цикла машины и опять возникают при следующем цикле. К
28 ним можно отнести вибрацию узлов, изменение сил трения в подвиж- ных соединениях, колебания рабочих нагрузок и другие процессы, ко- торые влияют на совместное расположение узлов в каждый момент времени и искривляют цикл работы машины.
Возникновение быстротекущих процессов обусловлено сложными физическими взаимодействиями, которые возникают при работе меха- низмов, при трении в направляющих элементах и т.д.
На ВС к быстротекущим процессам можно отнести вибрации, вы- званные неравновесностью масс двигателей и агрегатов, которые вра- щаются; вибрации трубопроводов, обусловленные как механическими колебаниями, так и параметрическим возбуждением; изменения сил трения в подшипниках, подвижных элементах агрегатов, пульсации давления рабочей жидкости; акустические колебания, которые вызваны выхлопной струей газа.
Процессы средней скорости проходят за время непрерывной рабо- ты машины и их длительность измеряется обычно в минутах или ча- сах. Они приводят к однообразному изменению начальных параметров машины. Этим самым обуславливается возникновение параметриче- ских или медленных неисправностей и отказов.
Например, изменения температуры окружающей среды и рабочей жидкости в системах в полете; рабочих узлов двигателей и корпуса; изменение давления воздуха внутри и вне герметических кабин. Все эти изменения относятся к обратимым процессам.
Из необратимых процессов данного типа можно назвать процесс изменения физических свойств рабочей жидкости, ход которого уско- ряется при повышении температуры; изменение физических свойств органических материалов, резины и другие процессы.
Медленные процессы проходят на протяжении всего периода экс- плуатации машины, например, систематический износ всех рабочих элементов, которые испытывают трение; износ подшипников; элемен- тов конструкции планера, агрегатов, трубопроводов, соединений; кор- розию; старение резиновых изделий, пластмасс и др.
29
Эти процессы оказывают влияние на утомительную прочность ма- териалов, точность работы агрегатов, механизмов, изменение КПД двигателей, насосов и других изделий.
Однако все эти изменения делаются относительно медленно. Все отмеченные процессы характеризуются случайными функциями, для которых характерно рассеивание значений соответствующих парамет- ров. Потому для их изучения и анализа используют математический аппарат теории вероятностей, математической статистики и теории случайных функций.
Таким образом, изменение параметров и характеристик элементов во времени является следствием физико-химических процессов, кото- рые происходят в них. Процесс возникновения отказа являет собой, как правило, некоторый часовой процесс, внутренний механизм и ско- рость которого определяются свойствами материала, напряжениями, влиянием климатических и других факторов.
Многообразие и стохастический характер влияния эксплуатацион- ных факторов на объекты
авиационной техники приводят к тому, что при одной и той же наработке или длительности эксплуатации объекты имеют разное фактическое техническое состояние, что, есте- ственно, должно учитываться при разработке стратегий технического обслуживания и ремонта этих объектов.
В зависимости от действующих нагрузок и физической сущности процессов, которые протекают, типичные отказы и повреждения изде- лий АТ можно классифицировать за такими группами:
•
Трещины, деформации и разрушения, вызванные действием мно- гократно повторяющихся в эксплуатации нагрузок. Эти отказы и по- вреждения широко распространены в виде утомительных трещин. Они возникают в обшивке и элементах внутреннего силового набора. Очень опасные трещины на силовых панелях крыла в районе влияния сосре- доточенных нагрузок (например, узлы навески шасси и закрылков), а также в местах концентрации напряжений (например, изменения тол- щин в лонжеронах).
В общем случае развитие трещин имеет характер, аналогичный из- носу, с тремя выраженными зонами интенсивности их развития (рис. 7).
30
t
Рис. 7. Типичный характер развития размера усталостной трещины в обшивке планера:
1 - размер трещины; t - наработка
Первая зона характеризуется сначала высокой, а затем постепенно ниспадающей скоростью; вторая зона – период устойчивого развития трещины; третья зона – катастрофическое нарастание трещины, что заканчивается разрушением элемента.
В эксплуатации на основе тщательного анализа надежности и жи- вучести конструкции устанавливаются предельно допустимые размеры трещин.
•
Повреждения в виде трещин, деформаций и разрушений, вы- званные случаями избыточных нагрузок воздушных судов в эксплуа- тации. Они не являются локальными, а являют собой общие остаточ- ные повреждения основных частей планера. Избыточные перегрузки могут возникнуть в результате грубых посадок, попадания в зону грозовой деятельности и турбулентной атмосферы, недопустимых ма- невренных перегрузок и др.
•
Коррозийные повреждения и разрушения лакокрасочных и дру- гих видов защитных покрытий.
•
Разные виды механического износа, которые возникают от дли- тельного влияния переменных эксплуатационных нагрузок, например, люфты подвижных соединений и заклепочных швов, потертость эле- ментов конструкции и др.
•
Неисправности, которые возникают в результате старения дета- лей, изготовленных из органических материалов (стекла, резины, пла- стмасс и др.). Процессу старения способствуют климатические факто- ры (осадки, температура и ее изменения, солнечная радиация, влаж- ность и др.), факторы окружающей среды (насыщенность атмосферы
31 солями, пыль, грязь и др.). Этот процесс происходит скрыто и чаще всего проявляется в виде повреждений внезапно.
•
Разные механические повреждения обшивки, полов и других эле- ментов, вызванные небрежностью при техническом и коммерческом обслуживании, при ремонте и др.
Перечисленные неисправности и повреждения влияют на долго- вечность изделий АТ, межремонтные и назначенные ресурсы.
2.4. Методы управления техническим обслуживанием ВС
В процессе эксплуатации ВС его узлы и агрегаты подвергаются по- стоянному воздействию эксплуатационных факторов, изменяя его тех- ническое состояние.
Внутренний механизм возникновения отказа представляет собой временной процесс изменения структуры и свойств изделия, вызван- ный нагрузками, температурой и другими факторами.
Многообразие и стохастический характер воздействия эксплуата- ционных факторов на объекты авиационной техники приводят к тому, что при одной и той же наработке или продолжительности эксплуата- ции объекты имеют различное фактическое состояние. В связи с этим наработка или календарный срок службы не характеризуют однознач- но техническое состояние объекта в процессе эксплуатации.
Из теории надежности известно, что неисправное состояние, характеризующееся несоответствием любого параметра требовани- ям нормативно-технической документации, при котором его дальней- шая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, называется пре- дельным.
Согласно критериям предельного состояния, устанавливающим пределы использования по назначению, выделены следующие методы эксплуатации:
• до выработки ресурса,
• до отказа,
• до предельного состояния.
Для выявления предельных состояний изделий в Системе ТОиР каждому методу эксплуатации ставятся плановые работы ТО:
32
• методу эксплуатации по выработке ресурса (ТЭР) – работы по контролю наработки,
• методу эксплуатации до отказа (ТЭО) – работы по контролю ра- ботоспособности с определением уровня надежности,
• методу до предотказного состояния (ТЭП) – работы по контролю значения определяющего параметра состояния.
Совокупность правил выполнения работ по поддержанию и вос- становлению надежности изделия определяется как стратегия восста- новления технического состояния изделия.
Связь стратегии обслуживания со стратегией эксплуатации пред- ставлена в табл. 1.
Таблица 1
Метод ТЭР со стратегией по наработке (ТОН), так называемое ре- активное обслуживание (РО), до сих пор применяется в ГА. Структур- ная схема управления техническим состоянием объекта представлена на рис. 8.
Управляющим входным воздействием на схему является цель
ТОиР (обеспечение безопасности и регулярности полетов, сохранение заданных лётно-технических характеристик (ЛТХ) АТ) на протяжении установленных ресурсов и сроков службы.
Система управления является разомкнутой, т.к. управляющее воз- действие на процесс технической эксплуатации определяется не вы- ходным параметром объекта
)
t
(
У
, а внешним воздействием
)
t
(
X
. В качестве параметра
)
t
(
X
используется календарное время или нара- ботка
)
t
(
X
=
t
в соответствии с принятой программой ТОиР.
33
Рис. 8. Схема управления техническим состоянием объекта при методе ТЭР и стратегии ТОН:
)t(X - входной параметр,
)t(У - выходной параметр,
)(Zτ
- параметр воздействия процесса (ТЭ) на управление программой ТОиР,
)t(Х.зад - задающий параметр,
БУП - блок управления программой,
БП - блок программы ТОиР объекта,
УУ - устройство управления,
ПТЭ - процесс технической эксплуатации,
ОЭ - объект эксплуатации
Зависимость
)t(Xносит
случайный характер и имеет большую дисперсию, поэтому при отсутствии жесткой обратной связи метод
ТОиР по наработке обеспечивает слабое взаимодействие между про- цессом изменения технического состояния объекта и его технической эксплуатации. Лишь по истечении довольно длительного времени
τ
эксплуатации большого числа однотипных объектов (с параметрами
)t(X) в Программу ТОиР объекта может быть внесено изменение
)(Zτ
. Внесение этой корректировки влияет на изменение ресурса экс- плуатирующего изделия, но система управления остается разомкнутой.
Для однотипных объектов эксплуатации реализация случайного изменения определяющего параметра
)t(Xво времени условно харак- теризуется зависимостями, приведенными на рис. 9.
Рис. 9. Изменение определяющего параметра объекта
34
На нем обозначено
доп
Х
– граница допустимых значений параметра
)
t
(
X
,
)
t
(
f
– плотность распределения вероятности отказа,
0
Т
– мате- матическое ожидание, т.е. средняя наработка объекта до отказа.
По соображениям безопасности полетов для агрегатов, подвержен- ных износу и старению, устанавливается межремонтный ресурс
р
Т
меньше среднего значения времени наработки на отказ
0
Т
в лучшем случае на величину среднего времени недоработки объекта до его пре- дельного состояния
Т
Δ
=3
σ
, где
σ
- среднее квадратичное отклоне- ние времени отказа. В зависимости от типа объекта
σ
= (0,1 ÷ 0,3)
0
Т
Относительный коэффициент недоиспользования фактического ре- сурса объекта
β
= 0,3÷0,9, откуда следует, что в подавляющем боль- шинстве случаев (99,865%) замены агрегатов производятся прежде- временно, до выработки ими индивидуальных ресурсов, а в 0,135% случаев имеют место отказы агрегатов и их досрочная замена, при этом большая часть регламентных работ выполняется при фактиче- ском отсутствии их необходимости.
Таким образом, метод ТЭР изделий приводит к недоиспользова- нию 0,3÷0,9 времени их фактического ресурса, т.е. к значительным экономическим потерям, и не удовлетворяет возросшим требованиям по обеспечению безопасности и регулярности полетов.
Большой накопленный опыт эксплуатации авиационной техники показывает, что стратегии ТО по наработке присущи следующие недостатки:
• значительное недоиспользование индивидуальных возможностей агрегатов и узлов, заменяемых после выработки межремонтного или назначенного ресурсов. Опыт ремонта агрегатов ФС отечественных
ВС показывает, что свыше 60% агрегатов, поступающих в ремонт после отработки межремонтного ресурса, находятся в нормальном рабочем состоянии;
• длительные простои ВС и значительные трудозатраты, вы- званные заменой агрегатов, выработавших ресурс, а также полной или частичной разборкой и дефектацией ВС при капитальном и про- филактическом ремонте;
35
• большие материальные затраты на создание обменного фонда запасных частей, устанавливаемых на ВС после снятия отказавших или выработавших ресурс агрегатов.
Стратегия ТЭО с контролем уровня надежности – одна из наиболее распространенных. Практическое применение данной стратегии суще- ственно сокращает затраты на техническое обслуживание не только новых типов ВС, но и эксплуатирующихся длительное время.
Особенности стратегии ТЭО следующие: каждое изделие эксплуа- тируется до отказа, межремонтный ресурс для них не устанавливается, техническое обслуживание каждого конкретного изделия заключается в выполнении необходимого объема работ по регулировке, обнаруже- нию возникших отказов и неисправностей и их устранению. Примени- тельно ко всему парку однотипных изделий осуществляется контроль уровня надежности.
Структурная схема управления процессом ТЭО техническим состоя- нием объекта с контролем уровня надежности представлена на рис. 10.
Рис. 10. Схема управления процессом ТЭО однотипных изделий при применении стратегии обслуживания с контролем уровня надежности:
ОУ - объект управления, ОЭ - объект эксплуатации, ПТЭ - процесс техниче- ской эксплуатации,
БП - программный блок, БИ - блок информации, БА - блок ана- лиза,
БО - оперативный блок,
БН - блок накопления информации
Объектом управления (ОУ) является совокупность однотипных из- делий ФС ВС и процесс их технической эксплуатации (ПТЭ).
Информация о надежности изделий
r
поступает в блок обработки
36 информации (БИ), где происходит определение фактического уровня надежности
ф
R
, накопление качественной и количественной инфор- мации по отказам
Z
, информации о наработке объектов
Т
и технико- экономической информации
С
На основе сравнения характеристик надежности
ф
R
с допустимы- ми
доп
R
и анализа информации по отказам
Z
с
'
Z
за предыдущий период, блок анализа (БА) и оперативный блок (БО) преобразуют ре- зультаты анализа в команды управления, воздействующие на процесс технической эксплуатации однотипных изделий.
Если фактический уровень
ф
R
≤
доп
R
, то оператор вырабатывает команду на продолжение эксплуатации с контролем уровня надежно- сти
R
δ
≤ 0, если же
ф
R
≥
доп
R
, то оператор вырабатывает команду на изменение процесса эксплуатации (
R
δ
≥ 0) в виде назначения до- полнительных работ по техническому обслуживанию, выполнение конструкторских доработок и т.п.
Программный блок
БП служит для формирования допустимого уровня надежности
доп
R
в зависимости от характеристик наработки
Т и экономических факторов С .
Применение стратегии обслуживания с контролем уровня надеж- ности имеет ряд недостатков. При замене изделия после возникнове- ния безопасного отказа особую актуальность приобретает задача опе- ративной оценки надежности серийных изделий в эксплуатации вслед- ствие определения эффективности проведенных мероприятий по по- вышению надежности и уточнения режимов профилактических работ в эксплуатации.
Определение ряда показателей надежности (средняя наработка до первого отказа
0
.
ср
t
, средняя наработка до первой замены
з
.
ср
t
) на ранней стадии эксплуатации оказывается невозможным, поэтому воз- никает необходимость в применении других показателей.
Существующая в настоящее время система сбора и учета инфор- мации о надежности объекта не обеспечивает необходимую полноту и достоверность информации для решения задачи безопасности и регу-
37 лярности полетов. Область применения данной стратегии обслужива- ния ограничена изделиями, для которых имеет место экспоненциаль- ное распределение вероятности безотказной работы, т.к. исполь- зование других методов для контроля уровня надежности затруднено из-за особенностей «реального плана» эксплуатационных наблюдений.
Современный уровень развития средств технического диагности- рования позволил применить стратегию обслуживания и ремонта сис- тем и изделий ЛА по состоянию с контролем параметров, позволяю- щую эксплуатировать их до предотказового состояния (ТЭП).
В этом случае задача технического обслуживания сводится к управлению техническим состоянием каждого конкретного объекта.
По результатам непрерывного или периодического контроля пара- метров изделия принимается решение о продолжении его эксплуата- ции до следующего контроля, или проведении восстановительных ра- бот, или о замене.
Структурная схема взаимосвязи ТОиР с выходными характеристи- ками
)
t
(
X
при методе ТЭП представлена на рис. 11.
Рис. 11. Замкнутая схема управления техническим состоянием объекта при методе ТЭП:
)
t
(
У
- выходной параметр, БУП - блок управления программой,
ОЭ - объект эксплуатации, ПТЭ - процесс технической эксплуатации,
УУ - устройство управления, БП - блок программы ТОиР объекта,
)
t
(
У
зад
- задающее воздействие
Замкнутая схема реализует принцип управления по наблюдае- мому отклонению
)
t
(
ε
регулируемой величины (выходного парамет-
38 ра)
)
t
(
У
с задающим воздействием
)
t
(
У
зад
. В зависимости от наблю- даемого отклонения
)
t
(
ε
формируется соответствующее управляю- щее воздействие
)
t
(
у
ε
на процесс технической эксплуатации, а через него и регулирующее
)
t
(
у
µ
на объект, которое уменьшает это откло- нение. При заданной программе управления функционирует контур схемы, отмеченный штриховыми линиями на рис. 11.
При появлении отклонения
)
t
(
ε
выходного параметра
)
t
(
У
от его заданного значения
)
t
(
У
зад
по жесткой обратной связи оно немедлен- но корректирует управление процессом ТОиР, введя оператор
)
У
,
Z
(
V
, обеспечивающий изменение алгоритмов управления.
Для выявления предотказового состояния используют принцип уп- реждающих допусков на диагностические параметры (рис. 12).
Рис. 12. Схема упреждающих допусков
Поле допусков определяющего параметра
0
х расположено между границами
min
х
и
max
x
. Выход параметра за пределы этих границ яв- ляется отказом. Границы
н
у
х (нижняя) и
в
у
х (верхняя) определяют границы упреждающих допусков. При пересечении параметром этих границ принимается решение о проведении восстановительных работ.
Величина упреждения Δ допуска назначается с учетом скорости ухода параметра, длительности межконтрольного периода, допустимой веро- ятности достижения параметром границ.
Упреждающий допуск означает совокупность значений парамет- ров, заключенных между предельным
2
η
и предотказным
1
η
уровня- ми. Выход параметра за предельный уровень означает отказ, а дости-
39 жение преотказного уровня означает необходимость проведения про- филактических мероприятий (рис. 13).
Метод определения предотказного состояния изделия заключается в совокупности состава диагностических параметров, периодичности их проверки и упреждающих допусков на параметры.
Существенное значение с точки зрения управления техническим состоянием ВС имеет техническое диагностирование его на земле при оперативном техническом обслуживании , проводимом при подготовке
АТ к полетам.
Рис. 13. Принцип предупреждения отказов:
1 - исправное состояние; 2 - предотказное состояние;
3 - неработоспособное состояние (отказ);
1
t и
2
t - моменты первой и второй проверок;
1
Т и
2
Т - моменты пересечения реализацией случайного процесса
)t(η
уровней
1
η
и
2
η
При внешней простоте такого подхода его реализация наталкива- ется на ряд существенных трудностей:
выбор совокупности контроли- руемых параметров, область работоспособности для каждого из вы- бранных параметров и аппаратурная реализация, обусловленная необ- ходимостью применения большого числа разнородных диагностиче- ских средств.
Область применения стратегии ТЭП ограничена системами и изде- лиями, которые по соображениям безопасности полетов не могут быть допущены к эксплуатации до отказа, а по экономическим соображениям
– к эксплуатации до выработки установленного межремонтного ресурса.
Прежде всего, это дорогостоящие системы и изделия с высокой функциональной значимостью, имеющие недостаточную степень ре- зервирования и вместе с тем обладающие высоким уровнем эксплуата- ционной технологичности и контролепригодности.
40
2.5. Перспективы развития методов технического обслуживания ВС
За последние 30 лет главной задачей развития авиационно- транспортной системы является поиск новых подходов в решении проблемы повышения безопасности полетов ВС. Очевидно, что тради- ционная ретроактивная (Reactive) идеология профилактики авиацион- ных событий, построенная на строгом соблюдении нормативных тре- бований и внедрении профилактических рекомендаций, разработан- ных по результатам расследования происшедших событий, себя исчер- пала.
Поэтому ИКАО разработала принципиально новую идеологию профилактики авиационных происшествий и инцидентов, названную
«управлением безопасностью полетов».
Новая идеология предотвращения авиационных происшествий
(
АП) и инцидентов предполагает создание в авиакомпании системы управления безопасностью полётов (СУБП), которая:
• выявляет фактические и потенциальные угрозы безопасности;
• гарантирует принятие корректирующих мер, необходимых для уменьшения факторов риска/опасности;
• обеспечивает непрерывный мониторинг и регулярную оценку достигнутого уровня безопасности полетов.
СУБП акцентирована не на ожидании негативного события, а на выявлении опасных факторов в авиационной системе, которые еще не проявились, но могут стать причиной инцидентов, аварий и катастроф.
Такой подход в профилактике авиационных происшествий получил наименование «проактивный» (Proactive).
По сути, проактивное обслуживание предполагает тот же реаги- рующий подход, как и обслуживание по состоянию с контролем пара- метров (ТЭП), но в качестве диагностических признаков выбираются такие параметры системы, наблюдение которых позволяет контроли- ровать глубинные причины деградации факторов стабильности систе- мы (рис. 14).
Накопленный опыт расследования авиационных событий показал, что каждое из них было обусловлено воздействием нескольких причин, которые долгое время скрывались в виде недостатков (опас- ных факторов или факторов риска) компонентов авиационной систе- мы.
41
Рис. 14. Структура проактивного обслуживания
Пять базовых структурных элементов концепции безопасности по- летов лежат в основе модели Ризона (рис. 15).
Меры по обеспечению безопасности полетов должны быть направ- лены на контроль за организационными процессами, содержащими скрытые условия в виде недостатков в конструкции оборудования, упущения в подготовке персонала и т.п., а также для улучшения усло- вий на рабочем месте.
Рис. 15. Модель Ризона
42
Инструментом для анализа компонентов и особенностей эксплуа- тационных контекстов и их возможных взаимодействий с людьми яв- ляется модель SHEL(L) (рис. 16), призванная дать общее представле- ние о взаимосвязи индивидуумов с компонентами и особенностями рабочего места.
Рис. 16. Модель SHEL(L)
Рассмотренные выше стратегии и методы технического обслужи- вания авиационной техники направлены на устранение в основном очевидных неисправностей и отказов изделий функциональных систем
ВС.
Накопленный опыт и практика расследования авиационных собы- тий доказывает, что наличие любого скрытого недостатка в системе в виде опасного фактора или фактора риска может привести при опреде- ленных условиях к трансформации его в причину, которая и обуслав- ливает последующее негативное событие.
Поэтому ИКАО предложила изменить содержание профилактиче- ских работ модели обеспечения безопасности полетов (ОБП) на прове- дение целенаправленной работы по выявлению и устранению опасных факторов в каждом компоненте авиационной системы модели управ- ления безопасностью полетов (УБП) (рис. 17).
При внедрении управления БП (УБП) содержание профилактиче- ской работы определяется опасными факторами (ОФ) компонентов авиационной системы. Поэтому, в соответствии с проактивным подхо- дом, в авиакомпаниях разрабатываются специальные методики, пред- назначенные для оценки степени риска прогнозируемых событий.
43
Рис. 17. Модели обеспечения (ОБП) и управления (УБП) безопасностью полетов:
ОД - ошибочные действия, ОФ - опасные факторы, И - инциденты,
СИ - серьезные инциденты, А - аварии, К - катастрофы
Практическая основа управления безопасностью – это управление рисками, методика которого изложена в «Программе управления рис- ками в отношении безопасности полетов». Переход от обеспечения
(ОБП) к управлению безопасностью полетов (УБП) на практике озна- чает проведение профилактических работ до развития авиационного события путем выявления и устранения источников опасности (факто- ров риска) во всех компонентах авиационной системы.
В настоящее время расходы на техническое обслуживание состав- ляют от 12 до 18% от прямых эксплуатационных расходов.
В соответствии с требованиями ИКАО на сегодняшний день одним из перспективных является метод упреждающего (проактивного) тех- нического обслуживания (Proactive Maintenance), основанный на ис- пользовании технологии прогнозирующего анализа (Predictive
Analytics) компании Macsea.
Основанная на сборе и обработке информации технология, позво- ляющая прогнозировать дальнейшее развитие событий, реализована в пакете Macsea Dexter, который может осуществлять автоматический мониторинг и диагностику состояния любого оборудования. Система производит непрерывный анализ и обработку данных, оповещая опе- ратора о появившихся или возможных проблемах, анализирует работу каждого компонента оборудования в реальном времени и прогнозиру- ет его состояние и производительность в будущем.
44
Исследования компании Emerson Process Management показывают, что расходы на профилактическое обслуживание будут в 5 раз выше, а на обслуживание при необходимости – в 15 раз выше, чем в случае упреждающего подхода.
Основным направлением повышения эффективности работы авиа- компании является увеличение налета часов и снижение себестоимо- сти единицы транспортной продукции.
Применение метода упреждающего обслуживания сокращает вре- мя вынужденных простоев ВС на ТО, материальные и человеческие ресурсы, что повышает рентабельность авиакомпании.
Встроенные бортовые устройства регистрации информации само- летов последнего поколения позволяют получить дополнительные данные результатов диагностирования состояния и работы функцио- нальных систем ЛА вне аэропорта базирования, что повышает вероят- ность определения источника опасности (отказа), и уменьшают по- требность в непосредственном осмотре оборудования.
В среднем незапланированное время простоя для типичного техно- логического процесса может стоить 1-3% дохода и 30-40% прибыли в год.
Мониторинг состояния ФС позволяет проводить ТО только тех изделий, которые этого требуют, следовательно, снижается общая трудоемкость процедур технологического процесса, расходы на мате- риалы и сокращаются объемы запасного оборудования и сопутствую- щие затраты на его содержание, которые могут составлять 25% стои- мости.
В процессе эксплуатации ВС его узлы и агрегаты подвергаются по- стоянному воздействию эксплуатационных факторов, влияющих на их
ТС, структурные параметры элементов изменяются, упорядоченность системы в целом и ее функциональные качества ухудшаются, дегради- руют.
Работы М.М. Хрущова, А.К. Зайцева, А.К.Дьячкова, Д.В. Конвиса- рова по теории старения машин не дают полного анализа реального фактического состояния системы в целом, т.к. не учитывают случайно- го характера внешнего изменения условий работы отдельных ее дета-
45 лей и узлов (закономерностей
ухудшения условий смазки во времени, нарушения регулировок в эксплуатации и т.д.) и не рассматривают ра- боту изделий в комплексе.
Решение проблемы повышения надежности ФС может быть полу- чено только при комплексном подходе, предполагающем охват всех этапов эксплуатации на протяжении всего жизненного цикла ВС.
Анализ надежности функциональных систем ВС показывает, что большинство эксплуатационных отказов носит постепенный характер и связано это с нарастающим старением изделий системы.
Информацию о нарастающем старении систем можно получить из рассмотрения динамики некоторых определяющих параметров, как например, количественная оценка механического износа элемента кон- струкции, расхода топлива, напряжения пружины, повышения вибра- ции вращающихся деталей, технологические и режимные параметры
(температуру, нагрузку, давление, влажность и др.), частицы износа в смазке и т.д.
Условия использования, приводящие к отклонению в параметрах источника отказа (условный отказ), вызывают разрушение материала объекта системы (начинающийся отказ), что является прямой причи- ной сбоев в работе (надвигающийся отказ), а это, в свою очередь, при- водит к состоянию нарушения функционирования системы (крутому или катастрофическому отказу), как показано на рис. 18.
Идея проактивного технического обслуживания оборудования за- ключается в обеспечении максимально возможного межремонтного срока эксплуатации оборудования за счет применения современных технологий обнаружения и подавления источников отказов.
Основами проактивного технического обслуживания являются:
• идентификация и устранение источников повторяющихся про- блем, приводящих к сокращению межремонтного интервала объекта;
• устранение или значительное снижение факторов, отрицательно влияющих на межремонтный интервал или срок эксплуатации объекта;
• распознавание состояния объекта с целью проверки отсутствия признаков дефектов, уменьшающих межремонтный интервал;
• увеличение межремонтного интервала и срока эксплуатации объ-
46 екта за счет проведения монтажных, наладочных и ремонтных работ в точном соответствии с техническими условиями и регламентом.
Рис. 18. Схема развития отказа
По сути, проактивное обслуживание предполагает тот же реаги- рующий подход, как и обслуживание по состоянию с контролем пара- метров, но в качестве диагностических признаков выбираются такие параметры системы, наблюдение которых дает возможность контроли- ровать глубинные причины деградации факторов стабильности систе- мы. Мониторинг изменения свойств материала на ранних стадиях от- клонения параметра источника отказа (рис. 18) позволяет путем пре- дупредительного обслуживания данного источника предотвратить дальнейшую деградацию системы в целом.
Характерные качественные особенности влияния различных под- ходов к техническому обслуживанию на процесс эксплуатации и меж- ремонтные интервалы исследуемого объекта проиллюстрированы на рис. 19.
Кривая 1 (
рес
Т
С
0
) соответствует изменению состояния объекта эксплуатации при реактивном обслуживании (РО). Точка
рес
Т соответ-
47 ствует поломке или отказу объекта, или выработке ресурса, что предо- пределяет его замену или ремонт.
Рис. 19. Зависимость уровня технического состояния объекта от времени эксплуатации при различных видах обслуживания:
1 - реактивное обслуживание (РО), 2 - обслуживание по состоянию (ОС),
3 - проактивное обслуживание (ПО)
График 2 характеризует эксплуатацию объекта при обслуживании по состоянию (ОС) и состоит из трех участков. Кривая
Н
0
С
соответ- ствует изменению параметров объекта эксплуатации до достижения ими предельной величины в точке
Н . Горизонтальный участок
1
Н
Н
отражает время ремонта, а вертикальная линия
2 1
Н
Н
– повышение уровня рабочего состояния объекта до величины
1
С , при этом время развития последующих отказов до ремонта в диапазоне от
1
Т до
2
Т ,
3
Т и т.д. в среднем уменьшается, а начальный уровень состояния
0
С после проведения ремонта уже не достигает начального
1
С <
0
С , так как отказы одних агрегатов системы оказывают отрицательное влия- ние на работоспособность остальных.
График 3 характеризует эксплуатацию объекта при проактивном обслуживании (ПО). Как было отмечено выше, данный вид обслужи- вания является следующей ступенью развития метода ОС, поэтому общий вид зависимости 3 аналогичен графику 2. Точка П соответству- ет отклонению параметра источника отказа от нормы.
48
Горизонтальный участок отсутствует, т.к. корректировка состояния объекта до начального уровня
0
С , связанная с устранением глубинных причин отказов, как правило, не требует временного выхода объекта из эксплуатации.
Данный рисунок наглядно отражает преимущества упреждающего подхода к ТО, основным из которых является отсутствие периодов вы- нужденного простоя объектов ТО, обусловленного ремонтом. Поэтому с некоторой долей идеализации, для проактивного технического об- служивания характерен постоянный, не зависящий от времени экс- плуатации уровень состояния
0
С "вечного" агрегата, срок службы ко- торого поддерживается путем систематического устранения источни- ков дефектов, приводящих к преждевременному выходу его из строя.
По данным независимых опросов, средние показатели производст- венной экономии, достигнутые благодаря применению упреждающего подхода, составляют: рентабельность инвестиций – десятикратная, со- кращение расходов на обслуживание – 25-30%, сокращение количества аварий – 70-75%, уменьшение времени простоя – 35-45%, увеличение производительности – 20-25%.
В связи с этим можно ожидать значительного эффекта от внедре- ния упреждающего подхода к ТО функциональных систем ВС, в том числе и увеличения сроков их эксплуатации.
Скачать 1.2 Mb.