Начальная стадия эксплуатации характеризуется малыми налётами парка Ан-148, а для разработки предложений по совершенствованию ПТЭ модель позволит оценить показатели эффективности для будущей эксплуатации увеличенных парков Ан-148.
Принципы моделирования процесса технической эксплуатации.
При технической эксплуатации самолетов гражданской авиации выполняется большой и разнообразный комплекс мероприятий, связанных с их техническим обслуживанием, ремонтом и подготовкой к полетам. Комплекс мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту самолетов условно можно разделить на две группы: плановые профилактические работы, связанные в основном с предупреждением отказов и неисправностей, т.е. имеющие основной целью поддержание работоспособного состояния; работы по обнаружению и устранению внезапных отказов и неисправностей, т.е. в основном направленные на восстановление работоспособного состояния.
Между этими группами работ на практике могут существовать различные соотношения в зависимости от принятых критериев оптимальности и стратегии в проведении профилактики. Но в любом случае основное требование, предъявляемое к системе технического обслуживания и ремонта в целом, состоит в том, чтобы обеспечить заданный уровень безопасности и регулярности полетов при ограниченных затратах труда, времени и средств для поддержания в исправном состоянии самолетного парка. Грамотное решение этой задачи может быть получено, если существуют способы управления результатами работы авиапредприятия, осуществляющего ТО ЛА. Такую возможность дают структурное описание ПТЭ и математическая модель его функционирования, которые будут рассмотрены ниже.
Структура процесса технической эксплуатации самолетов
Процесс технической эксплуатации ЛА (ПТЭ) представляет собой последовательную во времени смену различных состояний эксплуатации в соответствии с принятой стратегией. Под структурой ПТЭ понимается совокупность его различных состояний и распределение самолетов по этим состояниям.
Изучение структуры реального ПТЭ является необходимым условием для разработки его математической модели. Перечень состояний и их граница определены «Инструкцией по почасовому учету исправности и использования самолетов». Обобщенная структура ПТЭ с возможными группами его состояния приведена на рис. 1.
Группа состояний S1 включает в себя состояния оперативного цикла
ПТЭ самолетов (П, Г, А, М, Е, Об, Тб, У); состояния ПТЭ данной группы характеризует совершенство процесса использования самолетов по назначению и производственной деятельности оперативных цехов АТБ. Группа S2 - включает в себя группу S1 и группу дополнительных состояний ПТЭ (Оп, ТП, Ш, З, ДВ, Ж, Д, С). Состояния ПТЭ группы S2 характеризуют производственную деятельность АТБ в целом, а самолеты, проходящие через указанные состояния, можно назвать действующим парком АТБ.
Группа S3 - включает группы S1 и S2 и группу состояний, характеризующих нахождение самолетов в ремонте (ОР, Р, Ж). Группа S3 характеризует совершенство ПТЭ всего приписного парка самолетов, то есть эффективность работы АТБ и авиаремонтного завода.
Состояние П - полет (использование по назначению) - является целевым для ПТЭ. Среди остальных состояний можно выделить:
состояния ожидания начала обслуживания и ремонта (ОБ, ОП, ОР);
состояния непосредственного обслуживания и ремонта (Е, Тб, Тп, Р, У, Д);
состояния ожидания списания (С);
состояния готовности (Г, А, М).
Следует отметить, что простои самолета в состояниях ожидания начала ТОиР объясняются многими причинами и, прежде всего, отсутствием свободных обслуживающих бригад, недостатками в организации обслуживания, изменениями планов воздушного движения и т.п. Учет простоев и использования приписного парка ЛА возложен на производственно-диспетчерский отдел (ПДО) авиационного предприятия. Для учета и контроля нахождения в состояниях ПТЭ приписного парка ЛА в любой момент времени диспетчером ПДО ведется по установленной форме диспетчерский график, составляемый каждые сутки. В диспетчерском графике для каждого самолета (бортового номера) приписного парка указывается состояние ПТЭ, в которое самолет попадает, и время пребывания в этом состоянии.
Математическая модель ПТЭ
Рассмотрим, как строится математическая модель ПТЭ. Обозначим через t1 момент времени, соответствующий началу некоторого состояния ПТЭ, а через t2 - его конец. Очевидно, что интервал X = t2 - t1 есть продолжительность состояния. На практике легко убедиться, что длина интервала Х - величина случайная.
Весь ПТЭ, характеризуется конечным множеством своих состояния Δ. Обозначим через δj состояние процесса, j - порядковый номер состояния. Примем, что 1) смена состояний ПТЭ происходит последовательно и непре-рывно; 2) переходы из состояния в состояние осуществляются мгновенно. Из последнего условия следует, что лучше рассматривать в качестве количественной характеристики не время перехода из j-го состояния в смежное k-е состояние, а относительные частоты Рjк переходов самолета из
j-го состояния в k-е, где k Δ.
Доказано, что для моделирования ПТЭ ЛА наиболее конкретными являются полумарковские модели. Их характеристиками рассматривают: частоты перехода из состояния в состояние и вектор частот попадания в состояние .
Для определения Р jк на достаточно большом фиксированном интервале времени наблюдения ТН за процессом ТЭ определим число попаданий nj процесса в j-е состояние и подсчитаем число непосредственных
(прямых) переходов njk и j-го состояния в k-е состояние.
Тогда относительные частоты переходов можно определить следующим образом для каждого из состояний j, k Δ.
Составив матрицу частот переходов , мы получим описание структуры данного ПТЭ. Доказано, что ПТЭ обладает свойствами стационарности и эргодичности.
Благодаря второму свойству, в соответствии с матрицей ,можем определить частоты πj попадания объектов в j-е состояние ПТЭ за время Тнj Δ:
где N - общее число состояний, наблюдаемых в интервале ТН.
Из значений πj , полученных для всех N состояний, можно составить одностроковую таблицу частот π = (π1 , π2, ...., πn ), которая называется вложенным вектором-строкой частот состояний.
Т.о., совокупность множества Δ {хi}, матрицы P и вектора π является математической моделью рассматриваемого ПТЭ ЛА. Отметим, что
матрица P обладает следующими свойствами :
1) матрица - квадратная, имеет конечный порядок;
2) вероятности Р jк зависят от состояний j и не зависят от более ранних состояний;
3) все элементы не отрицательные (Р jк ≥ 0 для всех j и k), а сумма
элементов каждой ее строки равна единице:
Для описания ПТЭ удобно пользоваться графом состояний и переходов G , который можно построить, воспользовавшись матрицей переходов(рис. 2.) Так как матрица имеет конечный порядок, то число вершин графа G также конечно. Каждая j-я вершина графа соединяется в k-ой вершиной ребром Е = (j,к), если элемент (jк) в равен 1. Ориентация ребер выполняется в направлении от j-ой вершины к k-ой. Если же элементы (j,к) (к,j) существуют одновременно, то у графа G будет два ориентированных ребра между соответствующими вершинами. Разметка ребер и вершин графа G выполняется с помощью матрицы и вектора-строки π. Таким образом, модель и граф ПТЭ являются математическим описанием работы авиационного предприятия.
Разработка модели процесса технической эксплуатации Ан-148
Исследуя ПТЭ Ан-148, реализуемый в ГТК "Россия", представляется возможным его моделирование на основе рассмотренных принципов. На рис. 3. представлен граф состояний и переходов реального ПТЭ Ан-148.
Перечень состояний ПТЭ Ан-148:
П - полёт
Е - Оперативное ТО. Форма Е.
- в базовом/конечном аэропорте 1 раз в 2 суток (48 час)
- в базовом/конечном аэропорте при налете не менее 5 часов с момента выполнения Е или W
- после простоя >5 суток, если самолет не ставился на хранение
W - Оперативное ТО. Форма W.
- 1 раз в 15+5 суток при выполнении хотя бы одного полета в сутки, в срок до 30 суток
T - Оперативное ТО. Форма Т.
- перед каждым полётом
A- Периодическое ТО. Форма А. Периодичность - 750₋₅₀ час
С - Периодическое ТО. Форма С. Периодичность - 7500 час час
3С - Периодическое ТО. Форма 3С. Периодичность 30000 час.
У - Устранение неисправностей
З - Отсутствие запчастей
Г - В резерве
Ар - Неиспользованное время
ЗВ - Задержка вылета
При моделировании имеется возможность задавать следующие параметры:
Разработанная модель позволяет моделировать ПТЭ Ан-148 в условиях эксплуатации ГТК "Россия"
Были рассмотрены следующие возможные варианты эксплуатации парка Ан-148:
Рассматривался один календарный год эксплуатации.
Определялись характеристики ПТЭ Ан-148
ti - время пребывания в состоянии, ч;
ni - количество попаданий в состояния.
Значения характеристик для трёх вариантов моделирования представлены в табл. 1, 2, 3. Там же представлены рассчитанные характеристики, отражающие частоту попаданий .
Разработка предложений для совершенствования процесса технической эксплуатации Ан-148 по результатам моделирования.
Эффективность ПТЭ - это результаты работы авиапредприятия по поддержанию требуемого уровня безопасности полетов, регулярности полетов, использования самолетного парка, исправности самолетного парка и
экономичности эксплуатации.
Эффективность ПТЭ - сложное комплексное свойство, характеризующее работу АП по обслуживанию самолетов. Оно распадается на ряд отдельных свойств, которые назовем "критерии эффективности".
Из формулировки определения эффективности ПТЭ следует перечень критериев эффективности:
Таблица 1. Характеристики модели ПТЭ Ан-148 (для парка из 6 ВС)
Состояния |
ni |
πi |
ti |
μi |
τi |
πi·μi |
πi·τi |
П |
6570 |
0,399241623 |
13140 |
2 |
|
0,798483 |
|
Т |
7227 |
0,439165786 |
2168 |
0,299986 |
5 |
0,131744 |
2,195829 |
Е |
201 |
0,012214241 |
2190 |
10,89552 |
10 |
0,133081 |
0,122142 |
W |
138 |
0,008385897 |
585 |
4,23913 |
14 |
0,035549 |
0,117403 |
A |
16 |
0,000972278 |
340 |
21,25 |
100 |
0,020661 |
0,097228 |
C |
1 |
6,07674E-05 |
360 |
360 |
2100 |
0,021876 |
0,127611 |
3C |
1 |
6,07674E-05 |
500 |
500 |
5000 |
0,030384 |
0,303837 |
Ар |
657 |
0,039924162 |
4377 |
6,6621 |
|
0,265979 |
|
Г |
985,5 |
0,059886243 |
12100 |
12,27803 |
|
0,735285 |
|
У |
328,5 |
0,019962081 |
2700 |
8,219178 |
12 |
0,164072 |
0,239545 |
З |
2,7 |
0,000164072 |
3100 |
1148,148 |
|
0,188379 |
|
Зв |
328,5 |
0,019962081 |
11000 |
33,48554 |
|
0,668441 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сумма |
16456,2 |
1 |
52560 |
|
|
3,193933 |
|
Периодичность А |
|||||||
750 |
ч. |
||||||
Показатели |
Периодичность С |
||||||
Р100 |
0,95 |
Средний годовой |
7500 |
ч. |
|||
КИ |
0,25 |
налёт на списоч-й ЛА |
Периодичность 3С |
||||
КИР |
0,542199 |
2190 |
ч. |
30000 |
ч. |
||
КВИР |
0,855689 |
Периодичночть W |
|||||
КП |
0,532725 |
14 |
сут. |
||||
КИСПР |
0,866819 |
Периодичночть Е |
|||||
КТ |
8,0121 |
10 |
сут. |
||||
Общее число пер. форм |
Средняя длит-ть |
||||||
18 |
беспосадочного |
||||||
полёта |
|||||||
2 |
ч. |
||||||
Количество ВС |
|||||||
6 |
шт. |
Таблица 2. Характеристики модели ПТЭ Ан-148 (для парка из 4 ВС)
Состояния |
ni |
πi |
ti |
μi |
τi |
πi·μi |
πi·τi |
П |
4380 |
0,399241623 |
8760 |
2 |
|
0,798483 |
|
Т |
4818 |
0,439165786 |
1900 |
0,394355 |
5 |
0,173187 |
2,195829 |
Е |
134 |
0,012214241 |
2190 |
16,34328 |
10 |
0,199621 |
0,122142 |
W |
92 |
0,008385897 |
585 |
6,358696 |
14 |
0,053323 |
0,117403 |
A |
10 |
0,000911511 |
340 |
34 |
100 |
0,030991 |
0,091151 |
C |
1 |
9,11511E-05 |
360 |
360 |
2100 |
0,032814 |
0,191417 |
3C |
1 |
9,11511E-05 |
500 |
500 |
5000 |
0,045576 |
0,455755 |
Ар |
438 |
0,039924162 |
4377 |
9,993151 |
|
0,398968 |
|
Г |
657 |
0,059886243 |
3228 |
4,913242 |
|
0,294236 |
|
У |
219 |
0,019962081 |
2700 |
12,32877 |
12 |
0,246108 |
0,239545 |
З |
1,8 |
0,000164072 |
3100 |
1722,222 |
|
0,282568 |
|
Зв |
219 |
0,019962081 |
7000 |
31,96347 |
|
0,638057 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сумма |
10970,8 |
1 |
35040 |
|
|
3,193933 |
|
Периодичность А |
|||||||
750 |
ч. |
||||||
Показатели |
Периодичность С |
||||||
Р100 |
0,95 |
Средний годовой |
7500 |
ч. |
|||
КИ |
0,25 |
налёт на списоч-й ЛА |
Периодичность 3С |
||||
КИР |
0,566495 |
2190 |
ч. |
30000 |
ч. |
||
КВИР |
0,783533 |
Периодичночть W |
|||||
КП |
0,799087 |
14 |
сут. |
||||
КИСПР |
0,800228 |
Периодичночть Е |
|||||
КТ |
8,274658 |
10 |
сут. |
||||
Общее число пер. форм |
Средняя длит-ть |
||||||
12 |
беспосадочного |
||||||
полёта |
|||||||
2 |
ч. |
||||||
Количество ВС |
|||||||
4 |
шт. |
Таблица 3. Характеристики модели ПТЭ Ан-148 (для парка из 6 ВС с увеличенным налётом часов)
Состояния |
ni |
πi |
ti |
μi |
τi |
πi·μi |
πi·τi |
П |
9000 |
0,401718462 |
18000 |
2 |
|
0,803437 |
|
Т |
9900 |
0,441890309 |
1900 |
0,191919 |
5 |
0,084807 |
2,209452 |
Е |
194 |
0,008659265 |
2000 |
10,30928 |
10 |
0,089271 |
0,086593 |
W |
131 |
0,005847235 |
585 |
4,465649 |
14 |
0,026112 |
0,081861 |
A |
22 |
0,000981978 |
340 |
15,45455 |
100 |
0,015176 |
0,098198 |
C |
2 |
8,92708E-05 |
360 |
180 |
2100 |
0,016069 |
0,187469 |
3C |
1 |
4,46354E-05 |
500 |
500 |
5000 |
0,022318 |
0,223177 |
Ар |
900 |
0,040171846 |
3800 |
4,222222 |
|
0,169614 |
|
Г |
1350 |
0,060257769 |
2500 |
1,851852 |
|
0,111588 |
|
У |
450 |
0,020085923 |
2455 |
5,455556 |
12 |
0,10958 |
0,241031 |
З |
3,75 |
0,000167383 |
3100 |
826,6667 |
|
0,13837 |
|
Зв |
450 |
0,020085923 |
5500 |
12,22222 |
|
0,245495 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сумма |
22403,75 |
1 |
41040 |
|
|
1,831836 |
|
Периодичность А |
|||||||
750 |
ч. |
||||||
Показатели |
Периодичность С |
||||||
Р100 |
0,95 |
Средний годовой |
7500 |
ч. |
|||
КИ |
0,438596 |
налёт на списоч-й ЛА |
Периодичность 3С |
||||
КИР |
0,667641 |
3000 |
ч. |
30000 |
ч. |
||
КВИР |
0,82115 |
Периодичночть W |
|||||
КП |
0,375278 |
14 |
сут. |
||||
КИСПР |
0,835404 |
Периодичночть Е |
|||||
КТ |
7,893 |
10 |
сут. |
||||
Общее число пер. форм |
Средняя длит-ть |
||||||
25 |
беспосадочного |
||||||
полёта |
|||||||
2 |
ч. |
||||||
Количество ВС |
|||||||
6 |
шт. |
Повышение эффективности ПТЭ ЛА заключается в сокращении количества отказов авиационной техники в полете, задержек отправлений, простоев и затрат на ТО, в повышении интенсивности использования самолетов.
Повышение эффективности ПТЭ ЛА означает предоставление возможности увеличения налета имеющихся самолетов за счет сокращения простоев на ТО, что позволяет увеличить объем перевозок без увеличения парка самолетов. При этом имеется в виду, что соответственно возрастающий объем технического обслуживания будет обеспечиваться не за счет привлечения дополнительных трудовых и материальных ресурсов, а засчет сокращения удельных затрат труда и средств на ТО при выполнении требований по безотказности авиационной техники и регулярности отправлений.
Для оценки эффективности ПТЭ ЛА используется система показателей (табл. 4.)
Для рассмотрения вариантов моделирования ПТЭ Ан-148 рассчитывались значения этих показателей. Результаты расчёта представлены в табл. 1, 2, 3. Для расчёта использовались формулы
Таблица 4.Показатели эффективности ПТЭ ЛА
Критерий эффективности ПТЭ |
Показатели эффективности ПТЭ ЛА |
|||
обозначение |
наименование |
определение |
Единицы измерения |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1. Регулярность вылетов ЛА |
Р100 ТП |
Коэффициент регулярности вылетов |
Отношение количества вылетов, выполненных без задержки по техническим причинам, к общему количеству вылетов за рассматриваемый период эксплуатации. |
% |
2. Использование ЛА
|
КИ
КИР
КВИР
|
Коэффициент использования ЛА по назначению.
Коэффициент использования ЛА в рейсах
Коэффициент возможного использования в рейсах |
Отношение налёта парка самолётов к календарному фонду времени их эксплуатации за рассматриваемый период эксплуатации. Отношение налёта парка самолётов и их простоев в состояниях, связанных с обеспечением полётов, к календарному фонду времени эксплуатации за рассматриваемый период. Отношение налёта парка самолётов, их простоев в состояниях, связанных с обеспечением полётов, и простоев в исправном состоянии к календарному фонду времени эксплуатации за рассматриваемый период.
|
%
%
% |
3. Исправность парка ЛА |
КП |
Удельные суммарные простои на ТОиР |
Отношение суммарных простоев на ТОиР к налёту парка ЛА за рассматриваемый период эксплуатации. |
ч/ч.нал. |
КИСПР |
Коэффициент исправности |
Отношение фонда времени ЛА в исправном состоянии, включая полёты, к общему календарному фонду времени за рассматриваемый период. |
% |
|
4. Экономичность ТОиР |
КТ |
Удельная суммарная трудоёмкость ТОиР. |
Отношние суммарной трудоёмкости ТОиР к налёту парка ЛА за рассматриваемый период эксплуатации. |
чел.-ч/ ч.нал |
Для разработки предложений по дальнейшему повышению эффективности ПТЭ Ан-148 по результатам моделирования определялись доминирующие характеристики (ч) и (чел-ч). Обобщение результатов моделирования представлено в табл. 5. (Приложение)
Результаты моделирования отражают возможности ГТК "Россия" по проведению ТО Ан-148, которые зависят от многих факторов: квалификация исполнителей, организация рабочих мест, наличие приспособлений и оборудования, поставка запасных изделий.
Разработанная модель ПТЭ Ан-148 для ГТК "Россия" позволяет моделировать процесс на будущий календарный период, т.е осуществлять прогнозирование эффективности ПТЭ и управлять им. Управление будет направлено на совершенствование ПТЭ при реализации конкретных выбранных мероприятий.
На основании результатов моделирования для совершенствования процесса технической эксплуатации н-148 в ГТК "Россия" был разработан перечень предложений:
1) для уменьшения времени пребывания в состояниях:
2) для уменьшения трудозатрат:
3) для повышения эффективности ПТЭ по всем показателям: