IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Моделирование процесса технической эксплуатации (ПТЭ) Ан-148 выполняется с целью его совершенствования.

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, О_б, Т_б, 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 (О_п, Т_П, 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 (О_Р, 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 (О_Б, О_П, О_Р);

состояния непосредственного обслуживания и ремонта (Е, Т_б, Т_п, 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 π_j попадания объектов в j-е состояние ПТЭ за время Тнj Δ:

где N - общее число состояний, наблюдаемых в интервале Т_Н.

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

А_р - Неиспользованное время

З_В - Задержка вылета

При моделировании имеется возможность задавать следующие параметры:

• Периодичность А
• Периодичность С
• Периодичность 3С
• Периодичность W
• Периодичность Е
• Количество ВС
• Средний годовой налёт на списочный ЛА
• Средняя длительность беспосадочного полёта.

Разработанная модель позволяет моделировать ПТЭ Ан-148 в условиях эксплуатации ГТК "Россия"

Были рассмотрены следующие возможные варианты эксплуатации парка Ан-148:

1. для парка в количестве четырёх бортовых номеров
2. для парка в количестве шести бортовых номеров
3. для парка в количестве шести бортовых номеров с увеличенным налётом часов на списочный самолёт.

Рассматривался один календарный  год эксплуатации.

Определялись характеристики ПТЭ Ан-148

t_i - время пребывания в состоянии, ч;

n_i - 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:

1. безопасность полетов;
2. регулярность полетов;
3. использование самолетного парка;
4. исправность самолетного парка;
5. экономичность эксплуатации.

                                                                                                                   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:

• мероприятия по сокращению задержек вылетов;
• планирование расписания рейсов, использованиевозможности дополнительных рейсов;

2) для уменьшения трудозатрат:

• совершенствование технологических графиков выполнения предполётного обслуживания;
• уменьшение трудоёмкости предполётного обслуживания за счёт прогрессивного оборудования, повышения квалификации исполнителей, производительности труда;
• повышение безотказности функциональных систем и их изделий

3) для повышения эффективности ПТЭ по всем показателям:

• увеличение годового налёта на списочный самолёт.

Код для цитирования: Скопировать