Совершенствование контроля безотказности изделий функциональных систем самолетов
На правах рукописи
ЮСКИН Сергей Александрович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТРОЛЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ САМОЛЕТОВ
Специальность 05.22.14 – Эксплуатация воздушного транспорта
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва 2009
Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном
предприятии Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации
| Научный руководитель | Кандидат технических наук Лебедев А.В. |
| Официальные оппоненты | Доктор технических наук, профессор Никонов В.В. |
| Кандидат технических наук Волков А.В. | |
| Ведущая организация | ОАО «Туполев» |
Защита состоится «___»__________ 2009 г. в часов на заседании диссертационного Совета Д315.002.01 в Государственном научно-исследовательском институте гражданской авиации по адресу: 125438 г.Москва, Михалковская улица, д. 67, корп. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГосНИИ ГА.
Автореферат разослан «___» _____________2009 г.
| Ученый секретарь диссертационного Совета Д315.002.01 | Кандидат технических наук Байков А.Е. |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В настоящее время большая часть эксплуатируемого парка самолетов отечественного производства имеет ресурсы и сроки службы, выходящие за пределы проектных (расчетных) ресурсов. В то же время финансовое состояние многих эксплуатационных предприятий (отсутствие возможности приобретения новых самолетов, различная техническая оснащенность и т.д.), состояние авиационной промышленности (снижение или полное прекращение выпуска определенных типов комплектующих изделий) и стоимость капитальных ремонтов вынуждают авиакомпании эксплуатировать воздушные суда стареющего парка. В связи с этим решение проблемы поддержания летной годности воздушных судов отечественного производства является одной из основных задач, стоящих перед ОКБ-разработчиками воздушного судна и авиационными властями. Важной составной частью проблемы поддержания летной годности является контроль безотказности изделий функциональных систем самолетов.
Введение в авиакомпаниях эксплуатации комплектующих изделий воздушных судов по техническому состоянию обязывает ОКБ-разработчика воздушного судна и эксплуатационные предприятия для поддержания летной годности производить контроль безотказности изделий ФС самолетов.
Поддержание летной годности самолетов на основе существующих методов контроля безотказности изделий функциональных систем в сложившихся в настоящее время условиях эксплуатации недостаточно эффективно. Во-первых, это вызвано тем, что каждый из разработанных к настоящему времени методов имеет определенные ограничения по применению и отдельные недостатки. Во-вторых, существующие методы не в полной мере учитывают сложившиеся в настоящее время условия эксплуатации (эксплуатация различных типов воздушных судов как сертифицированных, так и аттестованных, значительный диапазон численности эксплуатируемого парка в авиакомпаниях, интенсивность его использования и т.д.).
Из вышесказанного следует, что расширение возможностей и области применения существующих методов контроля безотказности изделий функциональных систем самолетов является актуальной задачей, решение которой позволит более достоверно и эффективно разрабатывать и внедрять организационно-технические мероприятия, направленные на поддержание летной годности.
Цель работы – разработка комплексного подхода к контролю безотказности изделий функциональных систем самолетов на основе расширения возможностей и области применения существующих методов.
Задачи исследования:
- Проанализировать эффективность существующих методов контроля безотказности с учетом сложившихся в настоящее время условий эксплуатации и, по возможности, устранить характерные для них недостатки.
- Обеспечить возможность контроля безотказности изделий функциональных систем как одним, так и комбинацией наиболее действенных методов для достижения поставленной в настоящей работе цели.
- Произвести оценку представительности поступающей из авиакомпаний статистической информации о безотказности изделий функциональных систем.
- Произвести контроль безотказности изделий функциональных систем, отказы которых обуславливают как уровень летной годности, так и только экономичность эксплуатации, а так же эксплуатирующиеся различными методами технической эксплуатации.
- Произвести нормирование безотказности с позиций поддержания уровня летной годности и обеспечения экономичности эксплуатации для используемых методов контроля безотказности изделий функциональных систем.
- Создать унифицированные формы предоставления эксплуатационных данных.
Объектом исследования являются массивы статистической информации, полученные из эксплуатационных предприятий.
Предметом исследования является эксплуатационная безотказность изделий функциональных систем самолетов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- на основе расширения возможностей и области применения существующих методов контроля безотказности (расчетно-статистический метод, метод анализа динамики безотказности и метод статистического регулирования) разработан и апробирован новый комплексный подход к контролю безотказности изделий функциональных систем самолетов;
- процедура, разработанная профессором Андроновым А.Н. для определения количества подконтрольных самолетов при корректировке эксплуатационной документации, доработана и применена для оценки представительности статистической информации о безотказности изделий функциональных систем, поступающей из авиакомпаний;
- полученные оценки представительности информации применены для разделения авиакомпаний на две группы (авиакомпании, для которых контроль безотказности можно осуществлять индивидуально, и авиакомпании, которые должны ориентироваться на результаты контроля, полученные для всего парка самолетов рассматриваемого типа ВС);
- применено нормирование безотказности с позиции поддержания летной годности и обеспечения экономичности эксплуатации;
- разработаны унифицированные формы представления эксплуатационных данных, позволяющие реализовать предлагаемый комплексный подход.
Достоверность результатов решения поставленных задач подтверждается:
- использованием апробированных методов, основанных на теории вероятности, теории надежности и математической статистике;
- использованием статистических данных об авиационных происшествиях, инцидентах (включая серьезные), вызванных отказами изделий функциональных систем самолетов типа Ту-134(А, Б) и Ту-154(Б, М) за длительный период эксплуатации (с начала эксплуатации по 2002г., 2003г.).
Практическая значимость работы состоит в том, что она позволяет:
- расширить возможности контроля безотказности изделий функциональных систем самолетов, эксплуатируемых различными методами технической эксплуатации (с заменой по отработке ресурса или по достижению предельного технического состояния);
- выявлять и определять возможные причины снижения уровня летной годности;
- разработать рекомендации по поддержанию уровня летной годности;
- разработать рекомендации по совершенствованию технической эксплуатации изделий функциональных систем.
На защиту выносятся:
- комплексный подход (алгоритм) к контролю безотказности изделий функциональных систем самолетов направленный на поддержание летной годности самолетов;
- процедура оценки представительности статистической информации о безотказности изделий функциональных систем, и разделение авиакомпаний на две группы по этому признаку;
- процедура нормирования безотказности для расчетно-статистического метода и метода статистического регулирования;
- унифицированные информационные формы представления эксплуатационных данных;
- результаты контроля безотказности изделий функциональных систем для самолетов Ту-134(А, Б) и Ту-154(Б, М) за период 1кв.2007г. 3кв.2008г.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный в диссертационной работе комплексный подход реализован в «Методике управления надежностью изделий функциональных систем с целью поддержания уровня летной годности и экономичности эксплуатации ВС» (ГосНИИ ГА, 2005г.) и внедрен в процедуру контроля безотказности изделий функциональных систем самолетов типа Ту-134(А, Б) и Ту-154(Б, М), эксплуатируемых в авиакомпаниях Российской Федерации и стран СНГ.
Полученные на основе разработанного автором комплексного подхода результаты исследований за 2006г. 2008г. внедрены и используются в деятельности НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА, ОКБ ОАО «Туполев» и эксплуатационных предприятий.
Указанные внедрения подтверждены соответствующими актами.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 4 статьи автора (2 статьи в изданиях, включенных ВАК в список изданий для публикаций материалов диссертаций) и 9 машинописных работ.
Апробация работы. Основные материалы выполненных исследований и отдельные результаты работы докладывались на научно-технических семинарах отдела поддержания летной годности электрифицированных систем ВС (№ 131) Научного центра поддержания летной годности воздушных судов (НЦ ПЛГВС) ГосНИИ ГА в период с 2006г. – 2009г., обсуждались на совместном научном семинаре Кафедр «Безопасности полетов и жизнедеятельности (БП и ЖД)» и «Технической эксплуатации ЛА и АД (ТЭ ЛА и АД)» МГТУ ГА, НТС НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА, а также на Международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию гражданской авиации России (г.Москва, 2008г.).
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников. Основная часть работы изложена на 162 страницах текста. Общий объем работы 185 страниц, содержащий 23 рисунка и 37 таблиц. Список используемой литературы содержит 93 библиографических названия.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируется цель и задачи исследования. Анализируются современные условия эксплуатации воздушных судов (ВС) в Российской Федерации.
В современных условиях эксплуатации для поддержания уровня летной годности (ЛГ) с помощью контроля безотказности изделий функциональных систем (ФС) существующие методы требуют модернизации как в отношении расширения области их применения, так и в унификации их информационного обеспечения. Такая работа была проведена в НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА и реализована в виде рабочей «Методики управления надежностью изделий функциональных систем с целью поддержания уровня летной годности и экономичности эксплуатации воздушных судов».
Разработанный комплексный подход апробирован на парке самолетов типа Ту-134(А, Б) и Ту-154(Б, М), эксплуатируемых в авиакомпаниях РФ в период 2007г. – 3кв.2008г.
В рамках этой работы накоплена большая, постоянно пополняющаяся статистическая база исследований по результатам контроля безотказности комплектующих изделий самолетов Ту-134(А, Б) и Ту-154(Б, М), и даны предложения по составу организационно-технических мероприятий (ОТМ), направленных на поддержание уровня летной годности и экономичности эксплуатации рассмотренных типов ВС.
Первая глава носит обзорно-постановочный характер. Основываясь на материалах, полученных в НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА, проводится анализ ресурсного состояния эксплуатируемого парка самолетов Ту-134(А, Б) и Ту-154(Б, М). Установлено, что к 2012г. будет эксплуатироваться ~67% Ту-134(А, Б), ~7% Ту-154Б и ~98% Ту-154М от эксплуатируемого в настоящее время парка ВС.
Проведена оценка влияния отказов изделий ФС рассмотренных типов ВС за длительный период эксплуатации (с начала эксплуатации каждого типа ВС по 20022003), что позволило выявить номенклатуру ФС (и их изделий), отказы которых обуславливают снижение уровня ЛГ (т.е. приводят к возникновению инцидентов (И), включая серьезные (СИ) и авиационных происшествий (АП)), и в дальнейшем произвести нормирование их безотказности при ее управлении с целью обеспечения уровня ЛГ.
Автором производится анализ эффективности существующих методов контроля безотказности изделий ФС ВС. Определяются их преимущества и недостатки.
Формулируется цель исследования и перечень частных задач, решение которых позволяет реализовать поставленную цель.
Во второй главе с учетом сложившихся в настоящее время условий эксплуатации самолетов и на основании проведенного анализа эффективности существующих методов, автором впервые разрабатывается комплексный подход к контролю безотказности на основе расширения возможностей и области применения существующих методов. Разработанный комплексный подход реализован в виде алгоритма (рис.1), в нем (алгоритме) объединены наиболее действенные методы: расчетно-статистический, метод анализа динамики безотказности и метод статистического регулирования изделий ФС, доработанные под решение поставленных задач.
Комплексный подход (алгоритм) предусматривает:
- Многовариантность применения и возможность постоянного наращивания объемов исследований, т.е.:
- контроль безотказности изделий ФС может осуществляться одним из трех используемых методов или их комбинаций. Критерием выбора метода является объём и состав располагаемой информации (схемно-конструктивный анализ безотказности ВС, данные КУНАТ, данные по трудозатратам на поиск и устранение отказов);
да да да
нет нет нет
Рис.1 Блок-схема алгоритма контроля безотказности изделий ФС самолетов направленного на поддержание уровня летной годности
- возможность изменения рассматриваемой номенклатуры изделий ФС (рассмотрение полной номенклатуры изделий ФС, изделий, отказы которых обуславливают только ЛГ и т.д.).
2. Определение оценки представительности статистических данных из авиакомпаний (АК) на основе информации о безотказности изделий ФС парка конкретного типа самолета и его налете (блок 3).
По результатам проведенной оценки представительности статистической информации производится разделение авиакомпаний на две группы (блоки 4 и 5). Критерием разделения АК является уровень достигнутой представительности равный 0,9 (вероятность ошибки принятия решений при оценке показателей безотказности составляет 10%).
К первой группе относятся АК, объемы статистической информации которых позволяют решать задачу контроля и управления индивидуально (т.е. обеспечивающие представительность информации).
Ко второй – АК, которые, в силу определенных обстоятельств, не могут обеспечить необходимую представительность информации. Такие АК должны ориентироваться на результаты контроля безотказности изделий ФС, полученных для всего эксплуатируемого парка конкретного типа самолета.
3. Разделение изделий ФС самолета на две группы (блок 6):
- изделия ФС, отказы которых обуславливают снижение уровня ЛГ (группа А);
- изделия ФС, отказы которых обуславливают только экономичность эксплуатации ВС (группа Б).
4. Разработку организационно-технических мероприятий (ОТМ), направленных на поддержание уровня ЛГ, индивидуально как для разработчика ВС, так и для эксплуатационного предприятия.
Необходимость (возможность) применения управляющих воздействий для первого из изложенных методов (блок 8) обусловлена результатами сравнения расчетно-статистических значений показателей ЛГ (частот возникновения особых ситуаций: УУП, СС, АС, КС) и соответствующих требуемых частот, приведенных в единых нормах летной годности самолетов (ЕНЛГС).
Для второго из изложенных методов (блок 9) (анализ динамики безотказности изделий ФС) решение о применении ОТМ принимается исходя из устойчивой тенденции изменения безотказности (тренда) изделий ФС.
Для третьего метода контроля (блок 10) (статистическое регулирование безотказности изделий ФС) необходимость (возможность) применения управляющих воздействий определяется исходя из результатов сравнения текущих значений показателей безотказности изделий ФС с верхней границей регулирования (ВГР), зависящей от нормативных значений, которые в свою очередь определяются исходя из обеспечения требований ЕНЛГС.
В качестве возможных управляющих воздействий для разработчика ВС рассматриваются следующие ОТМ:
- корректировка методов технической эксплуатации изделий ФС;
- корректировка режимов (периодичности и объёмов) технического обслуживания (ТО) для ФС и комплектующих их изделий;
- совершенствование технологии технического обслуживания и ремонта (ТОиР) комплектующих изделий ФС;
- разработка бюллетеней по совершенствованию конструкции ФС и их изделий и неукоснительное выполнение их требований при производстве и ремонте;
- предложения по корректировке регламента ТО;
- предложения по доработке изделий для соответствующих климатических условий.
В качестве возможных управляющих воздействий для эксплуатирующего предприятия рассматриваются следующие организационно-технические мероприятия:
- введение дополнительного контроля при ТО;
- корректировка заказов на запасные части;
- введение ограничений на использование изделий для соответствующих климатических условий;
- повышение качества технического обслуживания;
- повышение профессионального уровня инженерно-технического состава.
Для повышения эффективности разработки и применения ОТМ впервые автором предлагается использование процедуры определения представительности информации, т.е. минимального количества наблюдений NTa для оценки показателей безотказности (
, 
) с доверительной вероятностью (1- ) при не превышении относительной погрешности. Основы этой процедуры были предложены профессором Андроновым А.Н. для определения количества подконтрольных самолетов при корректировке регламента ТО. В разработанном автором комплексном подходе эта процедура была доработана и применена для оценки представительности статистической информации, поступающей из эксплуатационных предприятий. Кратко она сводится к следующему:
или 
или 
Для определения NTa используется функция нормального распределения Ф(z):
или 
Выражение: 
или 
является квантилью нормального распределения U1-.
Тогда расчётная формула для определения объёма наблюдений приобретает вид:
или 
При [Na]факт. [Na]расч. представительность объёма информации – обеспечена, а при [Na]факт.< [Na]расч – не обеспечена.
Расчетно-статистический метод контроля безотказности (блок 8) основан на использовании результатов схемно-конструктивного анализа безотказности ФС ВС, т.е. использования аналитических зависимостей между вероятностями возникновения видов отказов ФС и вероятностями возникновения видов отказов изделий, обуславливающих соответствующие виды отказов ФС.
Методология оценки контролируемых показателей и сравнение их с допустимыми значениями была разработана Бакаевым В.М., Крилыком И.О. и Лебедевым А.В.. В разработанном комплексном подходе этот метод применен для определения нормативных значений изделий ФС, влияющих на снижение уровня ЛГ (по результатам схемно-конструктивного анализа безотказности) и для реализации системного подхода к контролю безотказности (т.е. начиная с момента проектирования ВС).
Расчётные методы схемно-конструктивного анализа надёжности ФС позволяют получить аналитические зависимости между контролируемыми показателями ЛГ (QКС, QАС, QCC и QУУП) и показателями безотказности изделий ФС:
, 
, 
где 
, 
, 
- параметр потока отказов -го вида i-го изделий ФС.
Решение о необходимости применения организационно-технических мероприятий с целью обеспечения уровня ЛГ ВС принимается при снижении его уровня (увеличение вероятности возникновения для ВС хотя бы по одной особой ситуации выше допустимого значения).
При необходимости для определения нормативного (допустимого) значения частоты возникновения особой ситуации отдельной (или совокупности) ФС ВС автором предлагается произвести разделение соответствующей частоты возникновения особой ситуации, заданной в ЕНЛГС для всего ВС, между ФС самолета следующим образом:
,
где 
- соответственно допустимые частоты возникновения -го события (особой ситуации), обусловленные отказами всех ФС и -ым видом отказа j-ой ФС;
j - доля отказов j-ой ФС в общем количестве отказов всех ФС, приведших к -му событию по результатам схемно-конструктивного анализа безотказности ВС;
(j) – доля -го вида отказа j-ой ФС в общем количестве всех отказов j-ой ФС, приводящих к -му событию.
Метод контроля безотказности изделий ФС на основе анализа динамики их безотказности (блок 9) был разработан Андроновым А.М., Смирновым Н.Н. и др. Применение этого метода рационально для установившегося периода эксплуатации парка ВС, когда появляется возможность анализа накопленной информации по отказам и неисправностям изделий ФС. В основе метода лежит определение устойчивых изменений (тренда) безотказности изделий ФС и, в случае ее снижения, применение ОТМ в виде управляющих воздействий. Для анализа характера изменения безотказности изделий ФС применяется статистический критерий (критерий серии R), критическая область для которого рассчитывается из выражения:
где n – количество членов исходного ряда;
- уровень значимости, выраженный в %;
Ф-1(0,01) - обратная функция стандартного нормального распределения. Для расчётов рекомендуется принимать =10%, тогда Ф-1(0,01) =1,28.
В разработанной процедуре этот метод используется при разработке ОТМ, в виде корректировки методов технической эксплуатации изделий ФС. В частности, возможность перевода изделий с технической эксплуатации до отработки ресурса (ТЭР) на техническую эксплуатацию по состоянию (ТЭС) и наоборот. Также этот метод может быть использован для корректировки периодичности выполнения профилактических работ изделий ФС.
Методом статистического регулирования безотказности (блок 10) изделий ФС проводится сравнение текущей информации по безотказности с установленным допустимым уровнем (верхней границей регулирования (ВГР)) для однотипных изделий ФС. В разработанном комплексном подходе этот подход применен для выявления причин снижения уровня ЛГ и дальнейшей разработки ОТМ.
Для описания случайного процесса возникновения отказов и определения ВГР используется математическое выражение закона Пуассона.
где P(t)=1- вероятность того, что за контрольный период число отказов однотипных изделий ФС не превысит допустимого уровня;
- риск принятия такого решения;
- нормативный уровень надёжности;
Т(ч.нар.)- суммарный налёт ВС за контрольный период;
a - количество однотипных изделий на ВС.
Верхняя граница регулирования для конкретного типа изделий ФС устанавливается исходя из обеспечения экономичности эксплуатации.
При использовании данного метода для статистического регулирования безотказности изделий, отказы которых обуславливают ЛГ, в данной работе впервые автором разработан механизм определения ВГР из условия обеспечения уровня ЛГ. Для этого производится определение номенклатуры изделий, снижающих уровень ЛГ, на основе результатов схемно-конструктивного анализа с оценкой степени опасности отказов, и/или статистических данных об инцидентах (включая СИ) и АП за длительный период эксплуатации для рассматриваемых типов ВС (с регулярным их дополнением).
Исходя из требований ЕНЛГС к частоте возникновения ОС (на один час полета) ВГР определяется как:
| УУП 10-3 | или |  1; |
| СС 10-510-7 | или |  (10-210-4); |
| АС 10-710-9 | или |  (10-410-6); |
| КС 10-9 | или |  10-6. |
Для реализации разработанного комплексного подхода автором произведена унификация информационного обеспечения, т.е. разработаны табличные формы предоставления статистических данных из эксплуатационных предприятий.
В третьей главе проводится исследование безотказности изделий ФС самолетов типа Ту-134(А, Б), на основе разработанного комплексного подхода. Исследования базируются на статистической информации, полученной из эксплуатационных предприятий за период с 1 кв. 2007г. по 3кв. 2008г.
По данным за 2007г. и накопленным суммарным данным (2007г. и 1-3кв.2008г.) была произведена оценка представительности информации для каждого рассмотренного типа изделия ФС самолета (рис.2).
 по данным за 2007г. (всего отказало 338 типов изделий) |  по накопленным суммарным данным (всего отказало 400 типов изделий) |
Рис.2 Распределение изделий ФС самолета Ту-134(А, Б)
по достигнутым доверительным вероятностям.
Произведена оценка безотказности изделий ФС по показателям 
и 
для ОАО АТК «ЯМАЛ», ОАО «Аэрофлот-РАЛ», ОАО «Аэрофлот-ДОН, АК «АЛРОСА», ФГУП «Пермские АЛ» и ООО «АК Когалымавиа».
По исходным статистическим данным оценены значения показателей безотказности 
для каждого типа изделия ФС. Оценка значений показателей 
для каждого типа изделия проводилась по критериям поддержания уровня ЛГ (табл.1) и обеспечения экономичности эксплуатации (табл.2).
Таблица 1
Перечень изделий ФС, отказы которых снижают заданный уровень ЛГ и
превышают нормативный уровень (фрагмент)
| № ФС | Изделие |  |  | |
| Наименование | Тип | |||
| 21 | Заслонка | 2517 | 0,083 | 0,001 |
| Распределитель воздуха | 1408 | 0,006 | 0,001 | |
| … | … | … | … | … |
| 34 | Приемник полного давления | ППД-1М | 0,011 | 0,001 |
| Блок контроля кренов | БКК-18 | 0,300 | 0,0001 | |
Примечание: всего в таблице 28 типов изделий.
Таблица 2
Перечень изделий ФС, отказы которых влияют только на экономичность эксплуатации и превышают нормативный уровень (фрагмент)
| № ФС | Тип изделия |  |
| 22 | БКД-1 | 0,434 |
| БКР-3 | 0,500 | |
| … | … | … |
| 142 | МП-95 (-2,+5) | 0,300 |
| УП-2-2 | 1,101 |
Примечание: всего в таблице 50 типов изделий.
Для самолетов Ту-134(А, Б) проводился анализ динамики безотказности изделий ФС за период с 01.01.08г. по 30.09.08г. Расчет критерия R изделий ФС самолетов Ту-134(А, Б) выполнялся по объединенным исходным данным, поступившим из ЗАО «Аэрофлот-НОРД», ФГУП «Пермские АЛ» и ООО «АК Когалымавиа», представивших статистическую информацию по форме и объему, достаточной для проведения расчетов. По результатам анализа для рассмотренной номенклатуры изделий ФС доказана правомерность использования метода технической эксплуатации до отказа (ТЭО).
На примере ООО «АК Когалымавиа», за период наблюдения 1-2кв. 2008г., было произведено статистическое регулирование безотказности, которое позволило выявить номенклатуру изделий ФС, для которых необходимо проведение дополнительного анализа причин их отказов, а также устранение конструктивно-производственных недостатков (КПН).
По полученным результатам исследования, с помощью разработанного автором комплексного подхода, даны рекомендации для разработчика ВС и эксплуатирующих предприятий по поддержанию уровня ЛГ.
В четвертой главе проводится исследование безотказности изделий ФС самолетов типа Ту-154(Б, М), на основе разработанного комплексного подхода. Исследования базируются на эксплуатационной информации, полученной из эксплуатационных предприятий за период с 2007г. по 3кв. 2008г.
По данным за 2007г. и накопленным суммарным данным (2007г. и 1-3кв.2008г.) была произведена оценка представительности информации для каждого рассмотренного типа изделия ФС самолета. На рис.3 приводятся результаты, полученные по накопленным суммарным данным.
 самолет Ту-154Б (всего отказало 262 типа изделия) |  самолет Ту-154М (всего отказало 890 типов изделий) |
Рис.3 Распределение изделий ФС самолета Ту-154(Б, М)
по достигнутым доверительным вероятностям.
Произведена оценка безотказности изделий ФС по показателям 
и 
для самолетов Ту-154Б для следующих АК: ОАО АТК «ЯМАЛ», ООО «АК Когалымавиа» и ОАО «ЮТэйр», а для самолетов Ту-154М - ФГУП «ГТК «Россия» (Москва), ФГУП «ГТК «Россия» (С-Петер.), ОАО «Дальавиа», ОАО АТК «ЯМАЛ», ОАО «Аэрофлот-РАЛ», ОАО «Аэрофлот-ДОН, ОАО АК «Татарстан», ОАО «АК «Якутия», ООО «АК Когалымавиа», ОАО «ЮТэйр» и ООО «Аэрокузбасс».
Исходные статистические данные позволили оценить значения показателей безотказности 
для каждого типа изделия ФС. Оценка этих значений для каждого типа изделия проводилась по критериям поддержания уровня ЛГ (табл.3, табл.4) и обеспечения экономичности эксплуатации (табл.5).
Таблица 3
Перечень изделий ФС Ту-154Б, отказы которых снижают заданный уровень ЛГ и превышают нормативный уровень (фрагмент)
| № ФС | Изделие |  |  | |
| Наименование | Тип | |||
| 21 22 | Регулятор | 1408Т | 0,020 | 0,0001 |
| 22 | Гировертикаль | МГВ-1СК | 0,168 | 0,0001 |
| … | … | … | … | … |
| 29 | Блок (РСБН-2) | СПАД-2 | 0,020 | 0,001 |
| Радиокомпас | АРК-15 | 0,010 | 0,001 | |
Примечание: всего в таблице 17 типов изделий.
Таблица 4
Перечень изделий ФС Ту-154М, отказы которых снижают заданный уровень ЛГ и превышают нормативный уровень (фрагмент)
| № ФС | Изделие |  |  | |
| Наименование | Тип | |||
| 21 | Заслонка | 3308Б | 0,032 | 0,0001 |
| Турбохолодильник | 3318 | 0,061 | 0,0001 | |
| … | … | … | … | … |
| 34 | Приёмник | ППД-1М | 0,024 | 0,0001 |
| 110 | БД-2А РСБН-2СА | ВШ2.598.009 | 0,058 | 0,0001 |
Примечание: всего в таблице 37 типов изделий.
Таблица 5
Перечни изделий ФС, отказы которых влияют только на экономичность эксплуатации и превышают нормативный уровень (фрагмент)
| Ту-154Б | Ту-154М | |||||||||
| № ФС | Тип изделия |  | № ФС | Тип изделия |  | |||||
| 21 | 2427 | 0,202 | 22 | БВК-10 | 0,753 | |||||
| 4602Т | 0,212 | БСН-7 | 0,304 | |||||||
| … | … | … | ||||||||
| 142 | УП-2-2 | 2,040 | 142 | УП-2-2 | 0,685 | |||||
| ЩР-4 | 0,646 | МП-95 | 0,242 | |||||||
| Примечание: всего в таблице 74 типа изделия. | Примечание: всего в таблице 36 типов изделий. | |||||||||
Анализ динамики безотказности изделий ФС проводился для самолетов Ту-154М за период с 01.01.08г. по 30.09.08г. по объединенным исходным данным. Статистическая информация, достаточная для проведения расчетов, поступила из следующих авиакомпаний: ФГУП «ГТК «Россия» (Москва), ООО «АЭРОКУЗБАСС» и ООО «АК Когалымавиа».
Расчет критерия R изделий ФС самолетов типа Ту-154М представлен в табл.6.
Таблица 6
Расчет критерия R для изделий ФС самолетов Ту-154М
за период 1-3 кв. 2008г. (фрагмент)
| ФС | Изделие | Наблюдения | Ме- диана | Rрасч. | |||||
| 21 | 5377Т | Дата | 25.05.08 | 30.07.08 | 19.08.08 | 26.08.08 | … | ||
| Наработка | 1673 | 16088 | 9611 | 16137 | … | 11166 | 6 | ||
| Сравн. с медианой | - | + | - | + | … | ||||
| 3161 | Дата | 21.05.08 | 10.07.08 | … | |||||
| Наработка | 6487 | 8396 | … | 7441,5 | 2 | ||||
| Сравн. с медианой | - | + | - | - | … | ||||
| МПК | Дата | 27.05.08 | 30.08.08 | … | |||||
| Наработка | 6544 | 2109 | … | 4326,5 | 2 | ||||
| Сравн. с медианой | + | - | - | - | … | ||||
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
Примечание: всего в таблице 88 типов изделий.
В табл.7 представлены результаты определения наличия тренда безотказности изделий ФС самолетов типа Ту-154М.
Таблица 7
Определение тренда безотказности изделий ФС Ту-154М
за период 1-3кв.2008г. (фрагмент)
| ФС | Изделие | Rрасч. | Выборка n | Критическая область R | Наличие тренда | Характер параметра потока отказов | Рекоменд. метод ТЭ |
| 21 | 5377Т | 6 | 7 | 2,43 | - | const | ТЭО |
| 3161 | 2 | 2 | 0,86 | - | const | ТЭО | |
| МПК | 2 | 2 | 0,86 | - | const | ТЭО | |
| … | … | … | … | … | … | … | … |
Примечание: всего в таблице 88 типов изделий.
По результатам анализа динамики безотказности для всей номенклатуры рассмотренных изделий тренд отсутствует, что доказывает правомерность использования метода технической эксплуатации до отказа (ТЭО).
На примере ФГУП «ГТК «Россия» (Москва) за период с 01.07.08 г. по 30.09.08г. было произведено статистическое регулирование безотказности.
Нормативные уровни безотказности 
для изделий ФС, отказы которых снижают заданный уровень ЛГ, были определены на базе длительного периода эксплуатации самолетов Ту-154М и в соответствие с ЕНЛГС.
Для изделий, отказы которых влияют только на экономическую эффективность эксплуатации, 
был принят ОАО «Туполев» равным 0,2. В общем случае, данный норматив носит индивидуальных характер для каждого изделия ФС и должен быть уточнен исходя из обеспечения экономичности эксплуатации изделий данного типа.
Выполненный контроль уровня безотказности изделий ФС самолетов типа Ту-154М представлен в табл.8 и является исходным для статистического регулирования (табл.9). Расчеты выполнялись для заданной вероятности Рзад=0,95, при этом риск принятия решения составлял 5%.
Таблица 7
Контроль уровня безотказности изделий ФС самолетов Ту-154М
ФГУП «ГТК «Россия» (Москва) за сентябрь месяц 2008г. (фрагмент)
| ФС | Тип изделия | Кол-во изделий | Наработка парка ВС за контрольный период | Ожидаемое количество отказов nож | |||||
| сен.08 | авг.08 | июл.08 | сен.08 | авг.08 | июл.08 | ||||
| сен.08 | сен.08 | ||||||||
| 21 | 3161 | 1 | 0,2 | 518 | 518 | 1553 | 0,10 | 0,10 | 0,31 |
| 22 | ПУ-46 | 1 | 0,2 | 518 | 518 | 1553 | 0,10 | 0,10 | 0,31 |
| СНП-1 | 4 | 0,2 | 2072 | 2072 | 6212 | 1,66 | 1,66 | 4,97 | |
| ВК-90М | 3 | 0,2 | 1554 | 1554 | 4659 | 0,93 | 0,93 | 2,80 | |
| 24 | БРН-208 | 1 | 0,2 | 518 | 518 | 1553 | 0,10 | 0,10 | 0,31 |
| БЗУ-376 | 1 | 0,2 | 518 | 518 | 1553 | 0,10 | 0,10 | 0,31 | |
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
Примечание: всего в таблице 34 типа изделий.
Таблица 8
Статистическое регулирование безотказности изделий ФС самолетов Ту-154М ФГУП «ГТК «Россия» (Москва) за сентябрь месяц 2008г. (фрагмент)
| ФС | Тип изделия | Период наблюдения | Снижение уровня безотказности | Причина снижения уровня безотказности | |||||||
| июн.08 | май.08 | апр.08 | |||||||||
| июн.08 | |||||||||||
| Кол-во отказов | ВГР | Кол-во отказов | ВГР | Кол-во отказов | ВГР | ||||||
| 21 | 3161 | 0 | 1,5 | 0 | 1,5 | 1 | 1,5 | - | - | - | нет снижения |
| 22 | ПУ-46 | 1 | 1,5 | 1 | 1,5 | 2 | 1,5 | - | - | + | провести анализ |
| СНП-1 | 1 | 5,5 | 0 | 5,5 | 3 | 9,5 | - | - | - | нет снижения | |
| ВК-90М | 0 | 3,5 | 1 | 3,5 | 1 | 6,5 | - | - | - | нет снижения | |
| 24 | БРН-208 | 0 | 1,5 | 2 | 1,5 | 3 | 1,5 | - | + | + | КПН, провести анализ |
| БЗУ-376 | 0 | 1,5 | 0 | 1,5 | 1 | 1,5 | - | - | - | нет снижения | |
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
Примечание: всего в таблице 34 типа изделий.
По результатам статистического регулирования безотказности изделий ФС самолетов Ту-154М выявлена номенклатура изделий, для которых необходимо проведение дополнительного анализа причин их отказов, а также устранение КПН.
По полученным результатам исследования, с помощью разработанного автором комплексного подхода, даны рекомендации для эксплуатирующих предприятий и для разработчика ВС по поддержанию уровня ЛГ.
В заключении сформулированы результаты и выводы диссертационной работы.
Основные результаты и выводы
1. В диссертационной работе на основе проведенного анализа:
- эффективности существующих методов контроля безотказности, с учетом сложившихся в настоящее время условий эксплуатации, и выявленных у них преимуществ и недостатков;
- возможности контролировать безотказность изделий функциональных систем как одним, так и комбинацией наиболее действенных методов для достижения поставленной в настоящей работе цели;
а также путем
- оценки представительности поступающей из авиакомпаний статистической информации о безотказности изделий функциональных систем;
- контроля безотказности изделий функциональных систем, отказы которых обуславливают как уровень летной годности, так и только экономичность эксплуатации, а так же эксплуатирующихся различными методами технической эксплуатации;
- нормирования безотказности с позиции поддержания уровня летной годности и обеспечения экономичности эксплуатации для используемых методов контроля безотказности изделий функциональных систем;
- унификации информационного обеспечения об эксплуатационной безотказности изделий функциональных систем
разработан комплексный подход к контролю безотказности изделий функциональных систем, направленный на поддержание летной годности в сложившихся условиях эксплуатации на основе расширения возможностей и области применения существующих методов контроля безотказности изделий функциональных систем самолетов, что соответствует поставленной цели диссертационной работы.
2. В ходе выполнения работы были получены следующие новые научные результаты:
- на основе расширения возможностей и области применения существующих методов контроля безотказности разработан и апробирован новый комплексный подход к контролю безотказности изделий функциональных систем самолетов;
- процедура, разработанная профессором Андроновым А.Н. для определения количества подконтрольных самолетов при корректировке эксплуатационной документации, доработана и применена для оценки представительности статистической информации о безотказности изделий функциональных систем, поступающей из авиакомпаний;
- полученные оценки представительности информации применены для разделения авиакомпаний на две группы (для которых контроль можно осуществлять индивидуально и авиакомпании, которые должны ориентироваться на результаты, полученные для рассматриваемого типа самолета);
- применено нормирование безотказности с позиций поддержания уровня летной годности и обеспечения экономичности эксплуатации;
- разработаны унифицированные формы представления эксплуатационных данных, позволяющие реализовать предлагаемый комплексный подход.
- В результате проведенных исследований, с помощью разработанного автором комплексного подхода, для ВС типа Ту-134(А, Б) и Ту-154М, эксплуатируемых в авиакомпаниях РФ и странах СНГ выполнено следующее:
- разработаны рекомендации по поддержанию уровня летной годности для эксплуатирующих предприятий и для разработчика ВС;
- определена ошибка принятия решения при разработках организационно-технических мероприятий для поддержания уровня летной годности;
- установлены значения показателя
для каждого типа изделия функциональной системы с целью обеспечения нормативного уровня летной годности воздушного судна и определены перечни изделий функциональных систем, отказность которых за период наблюдений превышает этот уровень;
- доказана правомерность использования метода технической эксплуатации до отказа (ТЭО) для рассмотренной номенклатуры изделий функциональных систем самолетов;
- выполнена оценка представительности информации о безотказности изделий функциональных систем, поступающей из авиакомпаний, что позволило выделить две группы авиакомпаний: обеспечивающие и не обеспечивающие представительность информации;
- установлены авиакомпании, которые поддерживают наибольший уровень безотказности изделий функциональных систем, а также определены функциональные системы и типы их изделий с наименьшим уровнем безотказности, которые требуют повышенного внимания при поддержании уровня летной годности воздушных судов.
- Разработанный комплексный подход лег в основу «Методики управления надежностью изделий функциональных систем с целью поддержания уровня летной годности и экономичности эксплуатации ВС», разработанной в НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА.
По содержанию диссертации опубликованы следующие работы
1. В изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций:
1.1. Гришин А.Н, Мочалов А.Я., Лебедев А.В., Юскин С.А. Результаты определения представительности информации об эксплуатационной надежности изделий ФС самолетов Ту-134(А, Б) и Ту-154(Б, М), эксплуатируемых по техническому состоянию с целью обеспечения ЛГ ВС. Научный вестник МГТУ ГА №135 серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонта авиационной техники. Безопасность полетов. – М., МГТУ ГА, 2008, с.55-60.
1.2. Гришин А.Н, Мочалов А.Я., Лебедев А.В., Юскин С.А. Результаты оценки надежности изделий функциональных систем, самолетов типа Ту-134(А, Б) и Ту-154(Б, М), эксплуатируемых в авиакомпаниях РФ. Научный вестник МГТУ ГА №135 серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонта авиационной техники. Безопасность полетов. – М., МГТУ ГА, 2008, с.61-66.
2. В прочих изданиях:
2.1. Мочалов А.Я., Лебедев А.В., Герасимова Е.Д, Юскин С.А. Совершенствование управления безотказностью изделий функциональных систем ВС в условиях старения эксплуатируемого парка. Сборник научных трудов ГосНИИ ГА №310 (юбилейный выпуск). – М., ГосНИИ ГА, 2008, с.159-164.
2.2. Герасимова Е.Д., Лебедев А.В., Юскин С.А. Управление надежностью изделий функциональных систем ВС на основе анализа динамики их безотказности с применением статистического критерия. Сборник научных трудов ГосНИИ ГА №310 (юбилейный выпуск). – М., ГосНИИ ГА, 2008, с.172-176.
3. В девяти машинописных работах:
3.1. Методика управления надежностью изделий функциональных систем с целью поддержания уровня летной годности и экономичности эксплуатации ВС. М. ГосНИИ ГА, 2005. – 42с.
3.2. Отчеты по результатам контроля и управления надежностью изделий функциональных систем самолетов типа Ту-134(А, Б), эксплуатируемых в авиакомпаниях Российской Федерации, за 2007, 1кв.2008г., 2кв.2008г. и 3кв.2008г. НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА, 2008.
3.3. Отчеты по результатам контроля и управления надежностью изделий функциональных систем самолетов типа Ту-154(Б, М), эксплуатируемых в авиакомпаниях Российской Федерации, за 2007, 1кв.2008г., 2кв.2008г. и 3кв.2008г. НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА, 2008.
Соискатель Юскин С.А.
