Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния и особенностей оперативного управления техническим обслуживанием воздушных судов
1.1 Обоснование выбора направления повышения эффективности технического обслуживания воздушных судов 10
1.2 Анализ современных методов управления процессом технического обслуживания воздушных судов 20
1.3 Анализ существующей практики оперативного управления процессом технического обслуживания при восстановлении воздушного судна с отказом функциональной системы 28
1.4 Постановка задачи исследований 39
Выводы 40
2. Разработка методики оптимизации процесса поиска отказа функциональной системы при техническом обслуживании воздушного судна
2.1 Анализ уровня и тенденций развития методов и устройств диагностирования
2.2 Сравнительная оценка методов диагностирования функциональных систем воздушных судов 44
2.3 Характеристика особенностей контроля и диагностирования функциональных систем воздушных судов 48
2.4 Описание гидросистемы самолета ТУ-154 - как объекта исследования 51
2.5 Разработка методики диагностирования гидросистемы самолета ТУ-154 57
Выводы 75
3. Методологические аспекты оперативного управления процессом технического обслуживания воздушных судов
3.1 Планирование процесса технического обслуживания воздушных судов с помощью сетевых матриц 76
3.2. Формирование оперативного плана восстановления воздушного судна при локализации отказа функциональной системы с помощью модульных сетевых матриц з
3.3 Оперативная корректировка организации работ по техническому об
служиванию воздушных судов при локализации отказа функциональ ной системы 99
Выводы 108
4. Методика автоматизированного оперативного управления процессом технического обслуживания воздушных судов
4.1. Сущность задачи автоматизированного оперативного управления процессом технического обслуживания воздушных судов 109
4.2 Синтез входной и выходной информации 111
4.3 Описания блок-схем алгоритмов 115
Выводы 130
Заключение 131
Литература
- Анализ современных методов управления процессом технического обслуживания воздушных судов
- Сравнительная оценка методов диагностирования функциональных систем воздушных судов
- Формирование оперативного плана восстановления воздушного судна при локализации отказа функциональной системы с помощью модульных сетевых матриц
- Синтез входной и выходной информации
Анализ современных методов управления процессом технического обслуживания воздушных судов
В 70-е годы были разработаны модели процесса технической эксплуатации самолетов и их комплектующих изделий в терминах полумарковских процессов [84,100]. Полумарковские модели получили развитие в задачах оптимизации показателей надежности и характеристик системы контроля технического состояния авиационного оборудования [15]. Как показал анализ, целесообразность применения моделей на основе марковских процессов требует определения: применим ли математический аппарат управляемых марковских и полумарковских процессов для решения поставленной задачи. В настоящее время математический аппарат "полумарковский процесс" широко используется для оценки, анализа и прогнозирования показателей эффективности процесса ТЭ ЛА. [47]
Для решения ряда трудоемких задач управления процессами ТЭ и ТО и Р AT нашли применения имитационные модели. Имитационное моделирование используют для построения программ ТО и Р самолетов, определения потребности в авиационно-техническом имуществе, построения моделей функционирования парка ВС, планирования использования и отхода ВС на ТО и Р [48,70,103]. С точки зрения детализации поведения сложных систем имитационное моделирование по сравнению с "классическими" математическими моделями обладает большей гибкостью. Однако, ам процесс оптимизации с помощью имитационного моделирования, как правило, вызывает затруднение, поскольку в имитационных моделях присутствует элемент случайности. Результаты моделирования подвержены статистическим ошибкам, что является существенным недостатком. Имитационные модели - это достаточно сложное программное изделие разработка, которого представляет собой весьма трудо 09 емкий и дорогостоящий процесс, не всегда позволяющий получать однозначный ответ на поставленную задачу. Поэтому к методу имитационного моделирования обращаются в тех случаях, когда аналитическое решение задачи исследования данного процесса существенно затруднено или невозможно.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о целесообразности применения проанализированных методов, в основном, для стадий управления, предшествующих оперативному. Для оперативной стадии управления производственными процессами, когда используются оперативные подетальные планы выполнения работ, необходимо применение так называемых технологических моделей.
Для описания процессов организации ТО самолетов в конце 60-х годов начали применяться методы сетевого планирования и управления (СПУ) [55]. Эффективность применения сетевых методов при решении конкретных задач во многом зависит от полноты учета особенностей рассматриваемого процесса. Так, при управлении сложными производственными процессами наблюдается значительная неопредленность самого процесса в связи с влиянием на него различного рода случайных часто заранее неизвестных факторов. В этих случаях сетевое планирование используют для определения наиболее вероятных в данных условиях сроков окончания отдельных этапов и процесса в целом или для контроля за ходом его осуществления. Возможность решения подобных задач обуславливается следующим: применяемые сетевые модели позволяют выявить все технологические и организационные связи между различными исполнителями, участвующими в данном процессе; позволяют выделять из общего массива те работы (критические), от которых зависит своевременность окончания отдельных этапов и всего процесса; позволяют производить периодическое уточнение структуры и параметров модели и перераспределять на этой основе имеющиеся ресурсы с целью окончания процесса в намеченный срок.
При планировании и управлении технологическими процессами обслуживания ВС в настоящее время используют сетевые графики, а также сочетание сетевых графиков с диаграммами распределения ресурсов (загрузка исполнителей, использование средств ТО и т.д.), так называемые технологические и технико-ресурсные модели (рис. 1.6 и 1.7). Для часто повторяющихся производственных процессов, существует, как правило, хорошо отработанная технология и известен характер влияния случайных факторов. Основной задачей сетевого планирования в этих случаях является наиболее эффективное использование трудовых и материальных ресурсов при обеспечении окончания процесса в установленный срок. К таким процессам относятся подготовка ВС к рейсу, их ТО по оперативным и периодическим формам. Так, в свое время были разработаны сетевые графики коммерческого и технического обслуживания и сетевые графики для периодического ТО самолета ИЛ-18 (рис. 1.6). По комплексным сетевым графикам был организован капитальный ремонт отдельных типов ВС (АН-24ДУ-104) [88,98].
В дальнейшем сетевые графики коммерческого и технического обслуживания были преобразованы в сетевые календарные планы, т.е. в организационно-технологический документ, регламентирующий условия выполнения процесса. Например, были разработаны и используются типовые технологические графики подготовки самолета ТУ-154 к вылету с использованием масштабной шкалы времени (рис. 1.8) [91].
Одной из причин снижения интереса к использованию сетевых моделей при ТО в 80-90-е годы была слабая оснащенность АТБ компьютерной техникой, расчет сетевых моделей ручным способом весьма проблематичен. В настоящее время, когда в авиапредприятиях широко используются ПЭВМ, оперативное планирование и управление производственными процессами с помощью сетевых моделей является доступным и не представляет затруднений. Многие эксплуатационные предприятия при периодических формах регламента ТО разрабатывают и используют сетевые графики для конкретных типов ВС.
Структура сети по степени обязательности выполнения работ может быть детерминированной или стохастической. Сеть является детерминированной , если для достижения конечной цели непременно должны быть выполнены все работы, указанные в графике. Сеть по структуре будет стохастической, если в ходе процесса необходимость в выполнении отдельных работ может отпасть, например, при поиске отказов. Следует отметить, что в работах, посвященных методам СПУ, применяемых в производственных процессах авиапредприятий, рассматриваются только сетевые графики детерминированной структуры. Процесс поиска и устранения отказов является наиболее сложным с точки зрения управления ввиду того, что данный процесс является случайным (заранее неизвестны перечень и последовательность выполнения работ). Методы СПУ не использовались и не применялись для управления процессом поиска и устранения отказов, т.к. для каждого конкретного случая необходимо построение своей индивидуальной сетевой модели.
Сравнительная оценка методов диагностирования функциональных систем воздушных судов
Информацию о техническом состоянии системы снимают с выходов блоков логической модели. Максимум этой информации будет получен при условии, если выходы всех блоков подвергаются контролю.
На основе анализа логической модели строим таблицу состояний (табл.2.6). Состояние блока оценивается единицей, если при подаче на вход реакция допустимая (блок исправен - Wi=l). В противном случае состояние оценивается как нуль (блок неисправен - Wi=0). В таблице состояний число строк соответствует числу рассматриваемых состояний системы Si, а число столбцов - числу проверок П) блоков модели системы. Таблица состояний (табл.2.6) гидросистемы содержит 12 строк и 12 столбцов, при этом известно, что система не работоспособна и в ней имеется отказ одного из 12 блоков. Первая строчка таблицы соответствует состоянию Si, так как имеется отказ блока W]. Реакция этого блока является воздействием для всех последующих блоков W2 - W12 и поэтому исходы проверок Пі - Пі2 будут отрицательными (при условии ,что проверками охвачены все блоки системы). Вторая строчка соответствует отказу блока W2. Его реакция также является воздействием на все последующие блоки, поэтому исходы проверок П2 -т- Пі2 будут отрицательными (все блоки, кроме Wi, будут охвачены проверками). Третья строчка соответствует отказу блока W3. Его реакция является воздействием на блоки W5 - Wj2, поэтому проверки П3, П5 т- П]2 будут отрицательными (блоки Wi,W2,W4 проверками не охвачены). Аналогично изложенному заполняют всю таблицу состояний.
Таким образом, таблица состояний рассматриваемой гидросистемы представляет собой упорядоченную логическую модель данного объекта диагностирования.
Как указывалось выше для гидросистемы целесообразно построение условного алгоритма поиска отказа с использованием критерия эффективности проверки (2.6).
При построении условного алгоритма (согласно методу изложенному выше) будем использовать способ кодирования проверок с учетом информации получаемой при выполнении каждой проверки. Код состояния образуется следующим образом: - нули ставятся в тех разрядах, которые совпадают с номерами проверенных блоков, при условии, что проверка подтвердила их исправность; - единицы ставятся в разрядах, совпадающих с номерами блоков, которые еще не проверены или среди них в результате проведенных проверок есть отказавший блок; - в исходном состоянии, когда все блоки еще не проверены, код состоит из одних единиц, число которых совпадает с числом блоков модели объекта; - коды нумеруются слева направо.
Коды состояний выбираются из таблицы состояний, т.к. они совпадают со столбцами таблицы состояний гидросистемы.
Исходными данными для построения алгоритма поиска отказа, кроме таблицы состояний, служат значения параметров надежности: вероятностей отказов блоков cjj и время проведения проверки блоков логической модели tj.
В таблице 2.7 представлены данные для расчета условных алгоритмов поиска отказов гидросистем трех самолетов ТУ-154.
Для расчета условного алгоритма поиска отказа определим множество всех разрешенных проверок в исходном состоянии. Множество разрешенных проверок определяется множеством выходов блоков, доступных для контроля. Для гидросистем в множество разрешенных проверок входят проверки Пі -Пі2. Проведем расчет условного алгоритма поиска отказа гидросистемы для первого воздушного судна. На первом этапе расчета оценим эффективность всех разрешенных в исходном состоянии проверок. Для этого вычислим Ро(Щ+) и Ро(Щ-) по формулам (2.11) и (2.13), затем определим по формуле (2.14) информативность проверок Пі..П6 и вычислим эффективность каждой из них по формуле (2.6). Расчет этих данных представлен в таблице 2.8.
Рассмотрим первый этап расчета
Из всех проверок выбираем проверку П3, которая обладает максимальной эффективностью (F3 = 0,06). Это первая проверка, включаем ая в алгоритм. Таблица 2.8 Расчет F(ITj) первого этапа На последующих этапах расчета выбираем, по аналогичным правилам, наиболее эффективные проверки в полученных состояниях и определяем новые информационные состояния (табл.2.10). Продолжив процесс до получения конечных состояний в каждой ветви алгоритма, получим алгоритм (рис.2.8а.), оптимальный по критерию (2.6).
Алгоритм представляет собой совокупность различных последовательностей проверок, каждая из которых соответствует отказу какого-либо блока. Алгоритм выполнен в виде направленного связного графа. Вершины графа соответствуют номерам контролируемых выходов, а дуги определяют последовательность их контроля. При этом по сплошной дуге надо двигаться после проверки очередного выхода, если проверенный параметр оказался в допуске, а по пунктирной - вне допуска. Конечные вершины графа указывают номера отказавших блоков.
При реализации на практике этого оптимального алгоритма учитывается реальное техническое состояние системы в момент диагностирования и могут быть использованы экономные групповые проверки, что сокращает затраты на локализацию отказа.
При формировании условного алгоритма локализации отказа в качестве исходных данных используют вероятности безотказной работы элементов системы P(t) (или вероятность отказа элемента Q(t) = 1 - P(t)), которые представлены в технической документации заводов-изготовителей агрегатов. Однако в случае использования только данных значений результаты расчетов будут недостаточно объективны, так как эти показатели надежности не отражают фактические закономерности изменения надежности элементов систем ВС на момент появления отказа. В ходе эксплуатации на гидроагрегаты воздействует большое количество внешних и внутренних эксплуатационных факторов, которые носят случайный характер. Вследствие нарушения правил эксплуатации и технологии выполнения регламента ТО или возникновения нерасчетных ситуаций (грубая посадка самолета и т.д.) проявляются эксплуатационные отказы, которые влияют на показатели надежности элементов гидросистем.
Формирование оперативного плана восстановления воздушного судна при локализации отказа функциональной системы с помощью модульных сетевых матриц
Определим критический путь для всего комплекса работ по поиску и устранению отказа гидравлической системы самолета ТУ-154.
Наибольшей продолжительностью (рис.3.2 а,б,в) обладает ветвь алгоритма III, следовательно критический путь всего комплекса работ лежит на ветви №3 сетевой матрицы и к нему относятся критические работы, обладающие большой продолжительностью по сравнению с другими работами входящими во все ветви матриц. Работы критического пути: этап П3 - коды работ (1-2) (2-5); этап П8 - проверка давления азота, код работы (5-19); этап П4 - проверка холодильника (19-40); этап П5 - проверка исправности электросхемы, уровня предохранительного клапана, проверка насоса , коды соответственно(40-42),(42-45),(45-48); этап П6 - осмотр фильтров код (48-50); этап П7 - проверка электросхемы сигнализации код (50-52). В случае отказа последним блока Р7 , продолжительность критического пути составит - 99 мин Наиболее продолжительные пути ветвей матрицы № 1 и №2 являются под-критическими путями всего комплекса работ. Необходимо отметить, что этапы П3 и П8 являются критическими для выполнения комплекса работ по поиску. Если проверка П3 оказывается вне допуска, то план выполнения работ будет соответствовать №1 ветви сетевой матрицы. Критический путь в данном случае состоит: этап П3 - проверка уровня рабочей жидкости, проверка исправности датчика, коды работ (1-2) и (2-5); этап П2 -проверка трубопроводов и магистрали, код (5-8); этап П! - проверка герметичности клапана, код (8-9).
Если проверка П3 в допуске, то выполняется проверка П8 и в зависимости от результата (положительный или отрицательный) план работ будет соответствовать ветви сетевой матрице №3 (что является критическим путем всего комплекса работ) или ветви сетевой матрице №2. Для ветви сетевой матрицы №2 критический путь составят работы: этап П3 - код работ (1-2),(2-5); этап П8 -код работ (5-19); этап П9 - проверка электросхемы манометра, код (19-22); этап Пц - проверка герметичности редукционных клапанов, код (22-25); этап Пю -проверка электросхемы сигнализатора, код (25-29). Если при диагностировании выяснится, что отказал блок Р!2, то время данного пути составит 76 минут.
Наличие конечных вершин в графе указывает на то обстоятельство, что процесс выявления отказа может быть выполнен при проведении всего объема работ (всех этапов сетевой матрицы), либо завершиться на начальном этапе. Например, на этапе проверки П2, если отказал третий блок Р3 (рис 2.8а). В данном случае необходимо выполнить работы ветви сетевой матрицы №: коды(1-2), (2-3) (2-4),(2-5),(5-6) (5-7) и (5-8). Критический путь .составят работы (1-2) (2-5) (5-8) (8-9) и (9-14), которые определяют продолжительность - 53 минут.
Таким образом, время выполнения поиска отказа максимально составит 99 минут, а минимально 53 минут.
В главе 2 отмечалось, что для каждого воздушного судна с отказом необходимо формировать свой алгоритм с учетом показателей надежности элементов систем, которые рассчитывают по данным эксплуатации воздушного судна. Вследствие этого, типовой план работ по выявлению отказа разработать практически невозможно, необходимо разрабатывать план каждый раз для конкретного воздушного судна, где произошел отказ функциональной системы. Ранее построение такого плана, в виде сетевых графиков, вызывало затруднения. Структура сетевой матрицы позволяет не только сформировать план работ, но в некотором роде унифицировать данный процесс.
Поясним данное положение. Каждой проверке диагностического алгоритма соответствует этап сетевой матрицы. В этапе сетевой матрицы имеется необходимое количество работ, причем, для проверки работоспособности конкретного блока функциональной системы воздушного судна набор работ, как правило, определен нормативной технической документацией. В результате при изменении последовательности этапов на сетевой матрице (проверок), последовательность работ на этапе не изменяется, при этом начальное событие данного этапа является конечным событием предыдущего этапа. Это позволяет создать модули (наборы фрагментов работ) сетевых матриц отдельных проверок rij и модули (фрагменты) сетевых матриц работ по устранению отказа Р, для конкретных функциональных систем ВС и хранить их в банке данных ЭВМ, применяя для формирования программы поиска и устранения отказа.
Для построения модуля сетевой матрицы проверки П, необходимо задать следующую исходную информацию: - перечень работ, входящих в модуль (этап) сетевой матрицы ITj; - перечень событий, входящих в работы модуля проверки Ц); - буквенный шифр работ и событий; - специализацию и количество исполнителей, выполняющих отдельную работу модуля проверки Ц].
Пример исходной информации для фрагментов этапов дан в таблицах 3.3 и 3.4. Первоначально для задания исходной информации при построении модуля необходимо тщательно проанализировать состав и последовательность выполняемых работ, а также определить оптимальное количество исполнителей требующихся для их выполнения. Так, обследование организации работ в отдельных АТБ показало, что при выполнении работ по поиску в некоторых случаях наблюдается скопление специалистов, которые мешают друг другу.
В авиапредприятиях могут возникать различные производственные ситуации, поэтому возможна разработка вариантов (альтернативных) выполнения работ на модуле с другим количеством исполнителей, отличающихся от оптимального. Данные альтернативных вариантов заносятся в качестве примечания в таблицу оптимальных вариантов, либо разрабатывают отдельные таблицы.
При непосредственном построении отдельного модуля формируют горизонтальные "коридоры" которые соответствуют количеству специалистов выполняющих работы по проверке nj. Если в работах по проверке блоков функциональной системы на модуле участвуют исполнители разных специализаций, необходимо соблюдать единообразие в последовательности расположения специалистов в горизонтальных "коридорах" при построении всех модулей сетевой матрицы (рис. 3.3 а, б, в )
После определения горизонтальных "коридоров", наносим на масштабную сетку времени (вертикальные "коридоры") работы согласно исходной информации (табл.3.3 и 3.4).
Модули сетевой матрицы содержат события, которые констатируют факт завершения выполнения той или иной работы. Конечное событие на модуле является начальным событием для последующего модуля сетевой матрицы, поэтому модули не имеют начальных событий. Отсчет времени выполнения работы, а также присвоение шифра работе ведется от нулевой вертикальной оси масштабной временной сетки для данного модуля. Например, начальная работа модуля проверки П3 имеет шифр (О-А) (табл. 3.3), а модуля проверки П2 - 0-А . Конечное событие модуля на сетевой матрице выделяется.
Общее время проведения проверки nj рассчитывается путем суммирования времени выполнения каждой работы. Если имеются параллельно и последовательно выполняемые работы, то общее время проведения находится путем суммирования времени выполнения самой продолжительной из параллельных работ и времени работы последовательно с ней связанной. Например, время выполнения проверок П3, П2, П5 равно соответственно:
Синтез входной и выходной информации
Обнаружение отказа функциональной системы на одном из обслуживаемых ВС связано с отклонениями от планируемого хода регламентных работ и ведет к увеличению простоев судов на оперативных и периодических формах ТО. Оперативное управление процессом ТО в данных условиях преследует цель уменьшения простоев, путем минимизации производственных затрат. В рамках этой задачи оперативное управление включает в себя выработку оперативного плана по восстановлению воздушного судна, где произошел отказ, с учетом оптимального распределения трудовых ресурсов на ВС, связанные между собой ходом планируемых работ.
Формирование оперативного плана восстановления воздушного судна состоит из построения модели процесса поиска и устранения отказа в виде сетевой матрицы на базе условного алгоритма поиска отказа с заданным количеством специалистов, выполняющих работы по локализации отказа. В связи с этим оперативное управление процессом ТО при отказе функциональной системы ВС может осуществляться в три этапа: I этап - построение оптимального условного алгоритма поиска отказа функциональной системы ; II этап - оптимальное распределение специалистов по ВС, связанных между собой планируемыми работами на ТО; III этап - построение модульной сетевой матрицы процесса поиска и устранения отказа с заданным количеством исполнителей, которая является оперативным планом восстановления воздушного судна, где произошел отказ. Задачей первого этапа для руководителей работ при получении информации об отказе функциональной системы на одном из обслуживаемых ВС, является определение последовательности выполнения проверок блоков отказавшей системы и времени локализации отказа. Критерием оптимальности алгоритма поиска отказа, является "эффективность проверки" (см. 2-ю главу), который минимизирует временные затраты на поиск отказа.
Задачу второго этапа решают в случаях, когда количество специалистов привлекаемых для локализации отказа, влияет на ход работ на других ВС.
Она состоит в оптимальном распределении специалистов по ВС в случае отказа функциональной системы на одном из них. Критерий оптимальности в этом случае является минимальные суммарные временные затраты на ТО ВС (см. 3-ю главу).
На базе первых двух этапов решают задачу третьего этапа, состоящую в построении оперативного плана восстановления воздушного судна, где произошел отказ, в виде сетевой матрицы процесса ТО.
Производственная ситуация при обнаружении отказа требует быстрой выработки оптимальных управленческих решений. Обработка оптимизационных задач, в реальном времени, повышает информационную нагрузку на руководителей работ и занимает значительное время, что понижает качество управления. Чтобы избежать этих издержек, необходимо эффективно использовать современную вычислительную технику [49]. Для решения поставленных задач на каждом этапе оперативного управления автором были разработаны соответствующие алгоритмы, которые позволяют автоматизировать процесс оперативного управления ТО ВС при отказу функциональной системы. Блок-схемы данных алгоритмов представлены на рис. 4.3, 4.4, 4.5.
Для реализации этапов решения задач оперативного управления ТО при отказе функциональной системы ВС на ЭВМ необходимо запрограммировать соответствующие алгоритмы, то есть разработать программы.
Программа - это последовательность команд или операторов какого-либо формального языка, которая после декодирования в вычислительной машине, заставляет эту машину выполнять некоторую работу [96]. Программы можно описывать различными способами, например, в виде блок-схем, снабженных комментариями, или иерархических схем ввода, обработки, вывода (документированный метод HIPO), схем Вернера-Орра и т.д.
Оперативное управление процессом ТО при отказе функциональной системы воздушного судна осуществляется в три этапа, поэтому общую структуру программного обеспечения автоматизированного управления данным процессом можно представить в виде модулей программы. Под модулем программы понимаем набор из нескольких программных операторов, имеющих имя (метку), посредством которого он может быть вызван другими частями программы. Модуль самого верхнего уровня называется организующим (головным). Иерархическая подчиненность модуля К-го уровня означает, что он мо Ill жет вызываться из модуля К - О-го уровня, если в схеме между ними имеется соединение. Функция организующего модуля 0 заключается в организации диалога пользователя с ЭВМ и вызове по запросу 1,2,3 модулей в отдельности или в совокупности. Модуль 1 соответствует алгоритму автоматизированного построения оптимального условного алгоритма поиска отказа функциональной системы (УАП). Модуль 2 соответствует алгоритму автоматизированного распределения специалистов по ВС, связанных между собой планируемыми работами на ТО (PC). Модуль 3 соответствует алгоритму автоматизированного построения сетевой матрицы процесса поиска и устранения отказа с заданным количеством исполнителей (СМ). Описание каждого модуля выполняется в виде описания информации на его входе, содержании модуля и выходной информации (рис.4.1). Входная информация ь Содержаниемодуля ь, Выходная информация W W Рис.4.1 Схема описания модуля программы Для детального описания содержания модулей в дальнейшем будем применять блок-схемы соответствующих алгоритмов.
