автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Обоснование, разработка и оценка эффективности предложений по повышению качества ремонта и надежности авиационных двигателей воздушных судов

Введение.

Раздел 1. Краткая характеристика сложных систем, средств их обслуживания и методов анализа.

Задачи использования.

Глава 1.1. Общие характеристики сложной системы.

Глава 1.2. Методы исследования сложных систем как объектов эксплуатации и ремонта.

Глава 1.3. Задачи авиаремонтного научнопроизводственного объединения.

Раздел. 2. Обзор работ по диагностированию состояния поступающей в ремонт авиационной техники.

Глава 2.1. Получение и анализ диагностической информации о состоянии авиационных двигателей.

Глава 2.2. Методы диагностирования авиационных двигателей.

Глава 2.3. Использование нейротехнологий.

Раздел 3. Перспективы использования балансных и растущих пирамидальных сетей для диагностирования и ремонта, авиационных двигателей.

Глава 3.1. Принципы управления сложными ситуациями, возникающими в процессе организации ремонта авиационных двигателей.

Глава 3.2. Перспективы использования растущих пирамидальных сетей в задачах распознавания состояний авиационных двигателей в процессах эксплуатации и ремонта.

Глава 3.3. К построению алгоритма диагностики на базе растущих пирамидальных сетей.

Раздел 4. Вибродиагностика авиационных двигателей.

Глава 4.1. Предварительные замечания.

Глава 4.2. Анализ зависимости вибрации ГТД от наработки.

Глава 4.3. Статистическая обработка параметров вибрации с применением ЭВМ.

Раздел 5. Учет при ремонтах и корректировках ресурсов ударных нагрузок в процессе эксплуатации воздушного судна.

Раздел 6. Статистическое оценивание качества ремонта по данным эксплуатации и определение вероятности обеспечения послеремонтного гарантийного срока.

Глава 6.1. Прикладной алгоритм.

Глава 6.2. Обзор результатов с обоснованием прикладного перевыборочного алгоритма.

Раздел 7. Обоснование предложений, направленных на повышение эффективности эксплуатации и ремонта авиационных двигателей.

Глава 7.1. О новом способе эксплуатации авиационного двигателя.

Глава 7.2. Предложение по повышению эффективности диагностирования трансмиссионных подшипников.

Глава 7.3. Оптимизация процедуры многократного диагностирования подшипников при косвенных методах диагностики.

Глава 7.4. Предложение по повышению надежности топливной дренажной системы газотурбинного двигателя.

Глава 7.5. О повышении срока службы лопатки компрессора.

Актуальность темы. Совершенствование процессов функционирования и эксплуатации авиационных двигателей (АД) на всех этапах становления и развития гражданской авиации оставалось актуальным и востребованным.

Конструкторская мысль, усилия инженеров, эксплуатирующих авиационную технику, всегда были направлены на повышение надежности, экономичности, контролепригодности, а в последние годы и экологичности авиационных двигателей.

В области повышения надежности, ремонтопригодности при конструировании и эксплуатации современных авиационных двигателей отечественного производства большой вклад внесли такие ученые, как Е.А. Гриценко, A.A. Иноземцев, Л.Ф. Красников, В.И. Люлько, A.M. Матвеенко, Ю.Н. Нечаев, В.А. Пивоваров, H.H. Сиротин, В.М. Чуйко и др. В области диагнострования - А.И. Биргер, С.М. Дорошко, И.В. Кета, A.A. Морозов, В.А. Степанова, В.И. Ямпольский и др.

В диссертации с позиций системотехники рассматриваются обобщенные характеристики авиационного двигателя как сложной технической системы.

Большое внимание уделяется новейшим моделям искусственного интеллекта на базе растущих пирамидальных и балансных сетей.

Обосновывается их применение для более эффективного решения задач диагностики состояний (поиску отказов и определению режимов работы) авиационных двигателей в интересах их технического обслуживания и ремонта.

Особое место в работе отведено вибродиагностике состояний авиационных двигателей. Обосновывается утверждение о необходимости учета при корректировках устанавливаемых ресурсов АД ударных нагрузок, котором они подвергаются в процессе эксплуатации.

По-новому ставится и решается задача статистического оценивания качества ремонта АД по ограниченным эксплуатационным данным и определения вероятности обеспечения послеремонтного гарантийного срока.

Заключительный раздел диссертации органично вписывается в общее ее содержание, в нем рассмотрены конкретные предложения автора по повышению эффективности эксплуатации и ремонта современных газотурбинных двигателей, реализованные в конкретных образцах.

Цель и задачи исследования. Цель исследования заключается в том, чтобы на основе современных достижений фундаментально-прикладной науки и личного многолетнего опыта работы автора диссертации в научно-производственном авиаремонтном объединении поставить и решить следующие (выносимые на защиту) вопросы: обоснование на основе сравнительного анализа выбора модели искусственного интеллекта для автоматического определения состояния АД на борту воздушного судна; принципы управления сложными ситуациями, возникающими в процессе организации ремонта АД; корректировка ресурсов бортовых систем при учете ударных нагрузок; статистическое оценивание качества ремонта на ограниченной статистике в эксплуатации; оптимизация процедуры многократного диагностирования подшипников при косвенных методах; предложения по повышению эффективности эксплуатации и ремонта АД.

Объект и методы исследования. Объектом исследования является процесс технического обслуживания и ремонта авиационных двигателей. Методы исследования связаны с использованием теории вероятностей и математической статистики, метода последовательного анализа (правил остановки наблюдений), моделей искусственного интеллекта и дискретной оптимизации.

Научная новизна работы обусловлена оригинальными постановками возникающих в последние годы и нерешенных задач в области определения состояний и нагруженности работы авиационных двигателей, их диагностики, корректировок устанавливаемых ресурсов, статистического оценивания качества ремонта по ограниченным исходным данным.

Практическая значимость диссертации состоит в том, что предложенные в ней решения позволяют существенно повысить надежность авиационных двигателей, достоверность их контроля и диагностирования, более полно учитывать состояние авиационных двигателей при организации ремонтных работ.

Результаты работы успешно реализованы в конкретных образцах авиационных двигателей, а также в технологиях ремонта авиационных двигателей отечественных воздушных судов, о чем имеются соответствующие акты.

Апробация и публикация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах секции «проблемы воздушного транспорта» РАН (2000-2001г.г.), на семинаре кафедры «Оптимального управления факультета вычислительной математики и кибернетики» МГТУ им.М.В.Ломоносова (2003г.), на семинаре «искусственный интеллект в авиации» (г.Рыбинск, 2004г.), на межведомственных, отраслевых и международных семинарах и совещаниях различного уровня.

По теме диссертации автор имеет 7 печатных работ, включая патенты и авторские свидетельства об изобретениях и статьи в научных вестниках МГТУ ГА.

Заключение и общие выводы по работе

Важным резервом экономики воздушного транспорта является повышение эффективности функционирования авиаремонтных научно-производственных объединений (НПО).

Высокой экономической эффективностью обладают разработки по обоснованию и продлению ресурсов безопасной эксплуатации воздушных судов гражданской авиации страны.

Переход к эксплуатации воздушных судов и их оборудования по техническому состоянию и первый опыт работы в этих условиях дают богатый материал для НПО авиаремонтного профиля для качественного усовершенствования всей системы ремонта.

Использование новых технологий ремонта в НПО, математического моделирования, прогнозирования и на его основе принятия решений, наиболее полное информационное обеспечение — важнейшие аспекты функционирования современных авиаремонтных НПО. Именно освоение и развитие новых технологий ремонта с оптимальной системой организации производства - главнейший путь повышения производительности труда в экономике отрасли.

Внутренняя конкуренция в отрасли и в транспортной системе в целом заставляет предприятия и объединения стремиться к модернизации производственных процессов, снижению затрат, улучшению качества выпускаемой продукции.

Рассмотренные в диссертации модели, предлагаемые решения и направления совершенствования процессов технического обслуживания и ремонта авиационных двигателей должны способствовать дальнейшему подъему авиаремонтного производства и в конечном итоге — экономики отрасли.

Перейдем к общим выводам по работе.

1. В диссертации задачи технического обслуживания и ремонта авиационных двигателей рассматриваются в свете требований к обобщенным характеристикам воздушного судна как сложной технической системы, таким как эффективность, экономическая эффективность системы и программа ее эксплуатации (логистика обслуживания).

2. В работе показано, что переход в авиакомпаниях к обслуживанию систем и комплексов по техническому состоянию неизбежно приводит к изменению организации и технологии выполнения работ в авиаремонтных научно-производственных объединениях (коренным образом меняются информационная база данных и база знаний, алгоритмы и средства диагностирования).

3. В диссертации обосновывается применение для оперативного определения состояния авиационного двигателя на борту воздушного судна и поиска сложных неисправностей в авиаремонтном объединении растущих пирамидальных и балансных сетей, имеющих несомненные преимущества перед традиционно применяемыми при диагностике АД нейронными сетями.

4. В настоящее время в мировой практике гражданской авиации вибродиагностике авиационных двигателей уделяется все возрастающее внимание: совершенствуются технические средства измерения вибраций, создаются новые научные подходы к распознаванию состояния АД на основе измерений вибраций. В работе обобщается опыт вибродиагностики отечественных АД и предлагаются новые научные подходы к анализу вибродиагностической информации.

5. В практике эксплуатации воздушных судов и их оборудования не фиксируются и не учитываются при организации технического обслуживания и ремонта грубые ударные воздействия внешней среды, не приводящие к явно обнаруживаемым поломкам. Поэтому в диссертации предлагается модель снятия накапливаемых при ударах повреждений, реализация которой направлена на эффективное предупреждение отказов и разрушений прежде всего механических элементов конструкций воздушных судов при минимальных средних затратах на снятие таких накоплений повреждений. Вместе с тем, в работе формулируется научная проблема организации измерений таких повреждений.

6. До сих пор статистическое оценивание качества ремонта по данным об отказах и неисправностей по вине ремонтных органов было невозможно из-за недостаточного количества таких данных и из-за отсутствия соответствующего математического аппарата. В диссертации на основе теории перевыборок предложен строгий алгоритм и инженерная методика статистического оценивания состояния отремонтированной техники по ограниченным исходным данным.

7. В диссертации сформулированы технические предложения по повышению эффективности эксплуатации и ремонта авиационных двигателей, включающих в себя: новый способ эксплуатации авиационного двигателя; предложение по повышению качества диагностирования трансмиссионных подшипников с оптимизацией процедуры многократного их диагностирования при косвенных методах измерений; предложение по повышению надежности топливной дренажной системы газотурбинного двигателя; способ повышения срока службы лопатки компрессора.

1. Абрамов В.И., Кузнецов Н.С., Лабендик В.П. Принципы построения экспертной системы диагностирования двигателей НК-86. Рига: РАУ, 1993. Деп. в НТИЦ ГА 22.12.93 г., № 883 -га93. -19 с.

2. Алабин М.А., Козицкий А.Д., Шепель В.Т. Оценка ухудшения газодинамической устойчивости ТРДД в эксплуатации // Техническое обслуживание и ремонт воздушных судов гражданской авиации: Труды ГосНИИГА, вып. 250. М.: ГосНИИГА, 1986. С. 25-33.

3. Барзилович Е.Ю. Савенков М.В. Статистические методы оценки состояния авиационной техники. М.: Транспорт, 1987. 240 с. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.-251 с.

4. Бортовая система обнаружения неисправностей самолета В 717 // Возд. трансп.: Э-И. Зарубежый опыт. М.: ЦНТИ ГА, 1989. № 4. С.З 8.

5. Вороновский Г.К., Махотило К.В., Петрашев С.Н., Сергеев С.А. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности. X.: Основа, 1997. — 112 с.

6. Виноградов В.Ю. Диагностика состояния газотурбинных двигателей в условиях аэродромного базирования // Изв. вузов. Авиационная техника. 2000, № 2, С. 32-34.

7. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. СПб.: Питер, 2000. —384 с.

8. Голланд А.Б., Мац Э.Б., Морозов С.А. и др. Программный комплекс ГРАД для расчета газотурбинных двигателей // Изв. вузов. Авиационная техника. 1985. № 1. С. 83 85.

9. Горбань А. Н., Дунин-Барковский В. Л., Миркес Е. М. и др. Нейроинформатика. Новосибирск: Наука. 1998. -296 с.

10. Гриценко Е.А., Епишев Н.И., Жуков К.А. Защита и диагностика конвертированного авиационного ГТД НК-16СТ // Техника воздушного флота. 1993. № 2-3. С. 49 52.

11. Девяткин В.В. Системы искусственного интеллекта. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. 352 с.

12. Дружинин Л.Н., Швец Л.Н., Ланшин А.И. Математическое моделирование ГТД на современных ЭВМ при исследовании параметров и характеристик авиационных двигателей. ЦИАМ. Труды № 832. М.: ЦИАМ, 1979. 45 с.

13. Дорошко С.М. Контроль и диагностирование технического состояния газотурбинных двигателей по вибрационным параметрам. М.: Транспорт, 1984. 128 с.

14. Дубравский Н.Г., Мокроус М.Ф. Параметрические методы диагностического контроля состояния авиадвигателей. Линейныедиагностические матрицы. ЦИАМ. Труды № 964. М.: ЦИАМ, 1981. — 28 с.

15. Дубровин В.И., Субботин С. А. Методы повышения эффективности процедур нейросетевой диагностики // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. № 3. 2002.

16. Епишев Н.И., Кажаев В.П. Вероятностное разделение множественных неисправностей ГТД по термогазодинамическим параметрам // Вибрационная прочность двигателей и систем летательных аппаратов: Сб. науч. трудов. Куйбышев: КуАИ, 1989. С. 32-37.

17. Епишев Н.И., Кочуров В.А., Кажаев В.П. Анализ эффективности параметрического метода диагностики при стендовых испытаниях // Вибрационная прочность двигателей и систем летательных аппаратов: Сб. науч. трудов. Куйбышев: КуАИ, 1988. С. 43-47.

18. Епишев Н.И., Кочуров В.А. Метод поузловой диагностики проточной части при ограниченном объеме информации // Вибрационная прочность двигателей и систем летательных аппаратов: Сб. науч. трудов. Куйбышев: КуАИ, 1987. С. 69-74.

19. Ермаков Г.И. Диагностирование технического состояния авиационных двигателей путем анализа работающего масла // Возд. трансп.: Обзорная информация. М.: ЦНТИ ГА, 1985. 42 с.

20. Зарин A.A., Логинов В.Е., Отман З.С. Диагностирование и регулирование топливной аппаратуры авиадвигателей. М.: Транспорт, 1989. 79 с.

21. Кеба И.В. Диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Транспорт, 1980.-248 с.

22. Карасев B.A., Максимов В.П., Сидоренко M.K. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1978.- 132 с.

23. Копытов Е.А., Кузнецов Н.С., Лабендик В.П. Обучение нейронных сетей с помощью диагностических матриц // Тезисы доклада Международной НТК "Гражданская авиация на рубеже веков", Москва, Россия, 30-31 мая 2001. М.: МГТУ ГА, 2001. С. 240-241.

24. Короткий С. Нейронные сети: основные положения // http://www.neuropower.de/rus/books/index.htmi.

25. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. М.: Горячая линия — Телеком, 2001. 382 с.

26. Круглов В.В., Дли М.И., Годунов Р.Ю. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети. М.: Издательство Физико-математической литературы, 2001. 224 с.

27. Кузнецов Н.С., Лабендик В.П. К вопросу разработки адекватной линейной математической модели ГТД для контроля состоянияего проточной части с помощью диагностических матриц. Рига: РАУ, 1992. Деп. в НТИЦ ГА 13.08.92 г., № 873 -га92. 15 с.

28. Кузнецов Н.С., Лабендик В.П. Особенности формирования диагностических матриц для контроля состояния проточной части авиационных ГТД // Изв. вузов. Авиационная техника. 1993. № 3. С. 97-101.

29. Кузнецов Н.С., Лабендик В.П. Оценка погрешности линеаризации при использовании линейной математической модели двигателя НК-86 для диагностики состояния его проточной части. Рига: РАУ, 1992. Деп. в НТИЦ ГА 12.04.93 г., № 879 га93. - 12 с.

30. Лабендик В.П., Кузнецов Н.С. Проблемы разработок экспертных систем для диагностирования авиационных двигателей. Рига: РКИИ ГА, 1991. Деп. в ЦНТИ ГА 4.03.91 г., № 836 -га91. 10 с.

31. Лабендик В.П., Кузнецов Н.С. Развитие зарубежных автоматизированных систем диагностирования авиационных двигателей. Рига: РКИИ ГА, 1991. Деп. в ЦНТИ ГА 4.03.91 г., № 838 -га91.- 14 с.

32. Лебедев A.A. Современное состояние и перспективы развития автоматизированных систем диагностирования авиационных двигателей // Возд. трансп.Юбзорная информация. М.:ЦНТИ ГА, 1987.-27 с.

33. Лозицкий Л.П., Янко А.К., Лапшов В.Ф. Оценка технического состояния авиационных ГТД. М.: Транспорт, 1982. 160 с.

34. Люлько В.И. Эксплуатация авиационных двигателей по техническому состоянию. М.: МГУ, 2002, 376 с.

35. Мац Э.Б., Каховский К.В., Тунаков А.П. и др. Адекватная математическая модель двигателей семейства НК-8 // Межвуз. науч. сб. Испытания авиационных двигателей. Уфа: УАИ, 1984. № 12. С. 89-98.

36. Метелкин М.Б. Диагностирование газотурбинных двигателей по характеристикам модулей // Автореферат дисс. на соискание ученой степени к.т.н. М: ГосНИИ ГА, 1996. 29 с.

37. Методика контроля технического состояния двигателя НК-86 (3-я редакция). Методика № МО 1.1791. Куйбышев: КНПО «Труд», 1991.-271 с.

38. Методика МТ-0487-90. Двигатели НК-86, НК-86А. Анализ информации и принятие решений по результатам обработки полетной информации АСД "Анализ-86П,М". Казань: КПБМ, 1991.-151 с.

39. Осис Я.Я., Гельфандбейн Я.А., Маркович З.П. и др. Диагностирование на граф-моделях: На примерах авиационной и автомобильной техники. М: Транспорт, 1991. 244 с.

40. Павленко В.И., Пить И.И. Метод оценки технического состояния ГТД на основе обобщенного статистического критерия // Труды ЦИАМ. Вып. 5 (1271). 1990. С. 31- 40.

41. Пархоменко П.П., Сагомонян Е.С. Основы технической диагностики. Кн.2 Оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратные средства. М.: Энергоиздат, 1981. 320 с.

42. Построение экспертных систем / Под ред. Хейеса-Рота Ф., Уотермана Д., Лената Д. М.: Мир, 1987. 441 с.

43. Практическая диагностика авиационных газотурбинных двигателей / Под ред. Степаненко В.П. М: Транспорт, 1985. —102 с.

44. Результаты и перспективы развития систем контроля состояния ГТД / Webb Gary J. // "SAE Tech. Pap. Ser.". 1987. N 871733. P. 1-6. (на англ. яз.)

45. Сиротин H.H., Коровкин Ю.М. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1979.-272 с.53.54,55,56,57,58,59.