автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Обоснование инженерной методики предупредительных замен стареющих элементов радиоэлектронного оборудования воздушных судов Гражданской авиации

61 - 99-5^/Чд^^ з

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи

КАРПИН Николай Борисович

ОБОСНОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫХ ЗАМЕН СТАРЕЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ.

Специальность: 05.22.14.-Эксплуатация воздушного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

технических наук.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Барзилович Е.Ю.

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

1. проблема продления ресурсов бортового и наземного

радиоэлектронного оборудования в гражданской авиации......................................5

1.1 Актуальность проблемы..............................................................................................................................5

1.2. Краткий обзор литературы по проблеме оценки и продления ресурса технических систем......10

1.3. Описание задач исследования..............................................................................................................16

1.4. Выводы.........................................................................................................................................................18

2. обоснование инженерного подхода к определению интервалов предупредительных замен стареющих элементов рэо.................................................19

2.1. Приближенное решение уравнения (1.9)................................................................................................19

2.2 Определение необходимого запасного комплекта при эксплуатации по ресурсу......................24

2.3. Инженерный подход к определению функции Цт) для "стареющих" элементов.........................27

2.4. Расчет интервалов предупредительных замен "стареющих" элементов РЭО самолета ТУ-154. .......................................................................................................................................................................39

2.5. Оценка точности первого приближения к оптимальному интервалу предупредительных замен. ........................................................................................................................:......................................................46

2.6. Статистическая оценка интервалов предупредительных замен при ограниченной исходной

информации........................................................................................................................................................48

2.7. Предложения к методике продления ресурса РЭО ВС ГА..................................................................55

2.8 Выводы..........................................................................................................................................................57

3. оптимизация эксплуатационных расходов на поддержание и повышение надежности бортового и наземного рэо га............................................................................58

3.1 Вводные замечания....................................................................................................................................58

3.2 Оптимальное управление системой с доходами.................................................................................59

3.3 Описание программы................................................................................................................................70

3.4 Оптимизация эксплуатационных расходов для комплекса бортового и наземного радиотехнического оборудования................................................................................................................81

3.5 Выводы..........................................................................................................................................................82

заключение.....................................................................................................................................................83

литература.......................................................................................................................................................85

приложение 1..................................................................................................................................................89

приложение 2..................................................................................................................................................91

приложение 3................................................................................................................................................102

Введение

В настоящее время примерно 25-30% объектов бортового радиоэлектронного оборудования воздушных судов Гражданской Авиации работают за пределами установленных ресурсов. Среди наземных радиотехнических систем положение еще хуже: более 80% таких систем имеют просроченный ресурс.

К сожалению, законченных теоретических исследований по обоснованию продления ресурса систем радиоэлектронного типа пока нет, но есть исследования по оценке остаточного ресурса, которые могут быть использованы для обоснования продления срока эксплуатации объектов радиоэлектронного оборудования в целом.

Однако применительно к бортовым и наземным авиационным радиоэлектронным системам, с учетом их спецификации, в данной диссертации предложен новый более простой метод продления ресурса. Суть его состоит в том, что, как показывает опыт изделий бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) самолетов Гражданской Авиации (ГА) [1], в каждом объекте РЭО имеется примерно 1-3% элементов от общего их числа, интенсивность отказов которых возрастает во времени. В литературе по надежности такие элементы принято называть "стареющими". Эти элементы в объектах РЭО, как правило, сильно нагружены как электрически, так и механически и являются наиболее важными в плане влияния на общую надежность объектов РЭО. "Стареющие" элементы дают от 20 до 60 % всех внезапных отказов БРЭО [1]. К числу таких элементов относятся, например, интегральные микросхемы.

В аппаратуре РЭО ранних выпусков к таким элементам относились: магнитроны, некоторые типы трансформаторов, нагруженных механических узлов и др. По этим элементам имеется достаточная статистика, позволяющая довольно обоснованно определять законы распределения времени до отказа. Названные элементы имеют времена безотказной работы, распределенные по нормальному закону (чаще всего), по логарифмически-нормальному закону, по законам Стьюдента и Вейбулла.

Для всех этих законов характерно одно: для каждого из них интенсивность отказов возрастает во времени. Именно это обстоятельство было положено в основу разработки инженерного метода предупредительных замен всех "стареющих" элементов авиационных (бортовых и наземных) РЭО в процессе их длительной эксплуатации.

Так как остальные 97-99% элементов РЭО "живут" по экспоненциальному (не стареющему) закону распределения, то организованная, рациональная, а в некоторых случаях, оптимальная или квазиоптимальная, по гостовскому критерию оперативной готовности,

замена "стареющих" элементов рассматриваемого оборудования по существу решает и проблему ресурса объектов в целом, т.е. объекты РЭО практически при таких заменах могут работать до окончания морального срока службы. Приемлемая процедура таких замен и предложена в данной диссертации.

В принципе может оказаться, что некоторая часть "нестареющих" элементов РЭО со временем может перейти в категорию "стареющих". Это обстоятельство должно быть выявлено существующим в гражданской авиации (ГА) методом контроля уровня надежности. Для вновь появившихся элементов с возрастающей интенсивностью отказов необходимо вновь применить предложенный в диссертации метод предупредительных замен.

По мере совершенствования технологии производства элементов РЭО может появиться необходимость в процессе длительной эксплуатации того или иного объекта РЭО в замене ряда элементов и с постоянной интенсивностью отказов.

В этом случае значение интенсивности отказов у вновь поставленного в объект РЭО элемента будет существенно снижено.

В условиях перехода к рынку проводить такую модернизацию объектов авиационного РЭО должна позволить прибыль, полученная при эксплуатации воздушных судов (ВС) ГА. Этот вопрос также рассматривается в данной диссертации.

Таким образом, на защиту выносятся следующие вопросы.

1. Обоснования и разработка инженерной методики замен "стареющих" элементов авиационного РЭО.

2. Учет особенностей применения метода замен при ограниченной исходной статистической информации.

3. Обоснование необходимости замен с учетом прибыли от функционирования ВС ГА.

4. Разработка пакета прикладных типовых программ.

1. Проблема продления ресурсов бортового и наземного радиоэлектронного оборудования в Гражданской Авиации.

1.1 Актуальность проблемы.

Одной из главных задач, стоящих перед Гражданской Авиацией РФ, является задача сохранения летной годности стареющих воздушных судов и надежности наземных радиотехнических средств УВД.

В этой связи первостепенное значение приобретает обоснование процедуры снятия ресурсных ограничений при эксплуатации бортового РЭО и наземных радиотехнических средств УВД.

В гражданской авиации сейчас эту задачу пытаются решать путем внедрения метода эксплуатации изделий РЭО по техническому состоянию с контролем уровня надежности.

Однако на этом пути возникаю следующие трудности.

•Неконтролеспособность существующих объектов РЭО в ГА для измерения информативных параметров.

• Слабое использование разработанного математического обеспечения для эксплуатации объектов по состоянию.

•Низкая точность датчиков — преобразователей информации контроля параметров РЭО.

•Отставание отечественной промышленности в создании современных бортовых вычислительных комплексов.

•Недостаточное методическое и организационное обеспечение процесса эксплуатации по состоянию в предприятиях всех форм собственности в ГА РФ.

Остановимся далее на состоянии технической эксплуатации современного авиационного бортового РЭО.

В разработку теоретических основ эксплуатации авиационных систем и их реализацию внесли большой вклад научные сотрудники вузов и НИИ гражданской авиации, в том числе коллективов, которыми руководят В.Г. Воробьев, А.И. Козлов, H.H. Смирнов, Е.Ю. Барзилович, Ю.М. Демидов, A.B. Майоров, Л.В. Рябинин, В .Я. Карасев, В.Г. Приданов, A.A. Кузнецов и многие другие, а также коллективы ОКБ им. C.B. Ильюшина, им. A.C. Яковлева, А.Н. Туполева.

Потребность в расширенном использовании методов эксплуатации по состоянию, без ресурсов, не только не уменьшилась, но значительно увеличилась в связи с необходимостью поддержания летной годности и обеспечения безопасности полетов стареющего парка ВС, что актуально для всего мирового авиационного сообщества и особенно для России.

Трудности здесь связаны с тем, что реализация методов эксплуатации по состоянию зависит не только от конструкции, изготовления самой авиационной техники и ее эксплуатационной документации, но также и от системы технической эксплуатации, а, следовательно, от методов и

средств технического обслуживания и ремонта (ТОиР), подготовки инженерно-технического персонала (ИТП), уровня организации и информационного обеспечения процессов ТоиР, нормативно-правовой базы, регламентирующей процессы технической эксплуатации вообще и процессы поддержания летней годности особенно.

Существенную роль в решении задачи внедрения методов эксплуатации по состоянию продолжает играть взаимодействие создателей и эксплуатантов ВС. Развитие отечественной авиации постоянно сопровождалось возникновением проблем внедрения в практику новых методов и средств технической эксплуатации авиационной техники (АТ). Остаются проблемы реализации и внедрения в практику прогрессивных и даже жизненно необходимых методов эксплуатации и стратегий технического обслуживания АТ. Такой проблемой являлось и является осуществление перевода изделий АТ на эксплуатацию по техническому состоянию, т.е. без ресурса.

Интенсивные многолетние исследования в нашей стране и за рубежом позволили обосновать возможность снятия ресурсных ограничений и перевод многих изделий АТ на эксплуатацию по техническому состоянию. Первоначально эта альтернатива рассматривалась как путь к снижению эксплуатационных расходов, связанных с недоработкой ресурсных возможностей изделий и затратами на ремонт вполне работоспособных изделий.

Далее появилась не менее важная возможность увеличения наработки и сроков службы изделий, потребных в связи с увеличением ресурсов планера ВС.

О практической возможности использования метода эксплуатации по состоянию, юридических и организационных аспектах метода инженерно-технический персонал (ИТП) ГА можно было узнать лишь из монографий, учебных пособий и отдельных публикаций.

В связи с вышеизложенным был разработан отраслевой стандарт "Система технического обслуживания и ремонта авиационной техники. Основные положения" (ОСТ 5430044-85). Он согласован с промышленностью и введен в действие указанием МГА № 158/У от 11.03.86г., МГА. Данный стандарт до сих пор является единственным документом такого уровня, который создан в целях установления единых принципов и основополагающих понятий и положений системы ТоиР АТ в условиях перехода ее на эксплуатацию по состоянию, обеспечения внедрения эффективных методов эксплуатации и улучшения качества и полноты содержания эксплуатационно-ремонтной документации.

В соответствии с ОСТ 5430044-85, метод технической эксплуатации представляет собой совокупность правил принятия решений по ТоиР, обуславливающих вид предельного состояния, по достижении которого эксплуатация объекта прекращается или приостанавливается.

В зависимости от вида предельного состояния объекта ТоиР установлены следующие методы.

•Метод технической эксплуатации с восстановлением (списанием) после отказа (ТЭО).

• Метод технической эксплуатации с восстановлением (списанием) по достижении предотказного состояния (ТЭП).

• Метод технической эксплуатации с восстановлением (списанием) после выработки ресурса (ТЭР).

Методы ТЭО и ТЭП являются методами технической эксплуатации по состоянию, т.е. предусматривают эксплуатацию объектов без установления для них ресурсов и сроков службы: до первого ремонта, межремонтных и назначенных.

Для каждого объекта ТОиР применение определенного метода технической эксплуатации определяется.

•Влиянием отказов объекта на безопасность и регулярность полетов.

• Характером зависимости показателей безопасности объекта от наработки или от календарных сроков эксплуатации.

•Возможностью контроля и прогнозирования технического состояния объекта.

• Стоимостью объекта и затратами на его эксплуатацию и ремонт.

Применение методов ТЭО и ТЭП предусматривает наличие в

эксплуатационной документации признаков видов отказов и алгоритмов их выявления.

Применение метода ТЭП, кроме того, предусматривает наличие в эксплуатационной документации видов и признаков предотказного состояния и упреждающих допусков на значения определяющих параметров.

Выбор метода ТЭО в качестве альтернативы методам ТЭР и ТЭП был сделан только из-за большой реальности внедрения в практику. Метод ТЭП является гораздо более привлекательным: ресурсы отменяются, а снятие с эксплуатации каждого конкретного изделия производится еще до возникновения отказа. Однако, как показал опыт, промышленность оказалась абсолютно не готова к реализации метода ТЭП. Не готова даже в теоретическом и методическом плане. Указанная в ОСТ 5430044-85 по настоянию промышленности формула о контроле при ТЭП "определяющих параметров" отражает слабую проработку создателями АТ теоретических основ этого метода.

Для реализации метода ТЭП нужно выявлять параметры, характеризующие предотказное состояние, одновременно нужно обеспечить эксплуатацию штатными средствами контроля и технологиями его выполнения. Исключительно важно и внесение в эксплуатационную документацию указаний о допустимых интервалах эксплуатации каждого конкретного изделия после наступления предотказного состояния, т.е. о предельных сроках устранения предотказного состояния.

По всем вышеизложенным причинам МГА, ДВТ МТ и ФАС России систематически запрещали попытки изготовителей АТ необоснованно

переводить отдельные изделия АиРЭО на эксплуатацию по методу ТЭП и в настоящее время ни на одном типе ВС, находящихся в реестре парка ГА РФ, не разрешена эксплуатация каких-либо изделий АиРЭО по методу ТЭП.

Проблемы, связанные с внедрением метода ТЭО, начали возникать при первых же попытках реализации метода. Ведущие самолетные и двигательные ОКБ начали разрабатывать Программы развития прогрессивного метода эксплуатации по состоянию, получать от государства большие субсидии, но решительно отвергали работы по существу, даже после согласования ОСТ 5430044-85 с его конкретными требованиями по совершенствованию эксплуатационной документации. Обычно все дело сводилось к сокращению Регламентов ТО, из которых исключались работы, малая эффективность которых была установлена ранее (вне зависимости от метода эксплуатации).

В последнее десятилетие проблемы внедрения метода ТЭО в России получили новый большой импульс. Все мировое авиационное сообщество приступило к решению двух задач глобального характера.

• Обеспечить сохранение летной годности и безопасности полетов стареющего парка ВС;

• Обеспечить безопасность полетов самолетов нового поколения большой пассажировместимости (900 и более пассажиров).

В решении этих задач конкретное место отводится и системе технического обслуживания (методы, средства, организация, персонал). Соответствующие требования излагаются в материалах 1САО и других международных до