Анализ показателя поддерживаемости наукоемкой продукции на этапе ее эксплуатации

А. Е. Гриценко
Начальник отделения-СНС ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского,
кандидат технических наук,
г. Москва

Работы в области применения CALS-методологии [2,5] для сопровождения жизненного цикла (ЖЦ) летательных аппаратов, направлены на существенное повышение качества сложного наукоемкого продукта как изначально, на этапе его создания, так и на сохранение этого качества на этапе эксплуатации. Важно, что при этом достигается значительное снижение экономических затрат. В конечном счете, это приводит к повышению конкурентоспособности  продукции на внутренних и внешних рынках.

 Одним из важных потребительских  параметров сложного наукоемкого изделия является величина затрат на поддержку его ЖЦ. Они складываются из затрат на разработку и производство изделия, а также затрат на ввод изделия в действие, эксплуатацию и поддержание его в работоспособном состоянии. Комплекс управленческих технологий, направленных на сокращение этих затрат, объединяется  понятием интегрированной логистической поддержки (ИЛП).

Согласно стандарту [4]  ИЛП включает в себя: анализ логистической поддержки (АЛП), процедуры планирования и управления процессами технического обслуживания и ремонта (ТОиР), интегрированные процедуры планирования и управления материально-техническим обеспечением (МТО), меры по обеспечению персонала электронной эксплуатационной и ремонтной документацией.

АЛП – одна из важнейших составляющих ИЛП. АЛП представляет собой совокупность процедур, осуществляемых на всех этапах жизненного цикла изделия с целью определения потребных ресурсов, обеспечения функционирования изделия, оценки стоимости затрат на эксплуатацию и оказания влияния на конструкцию изделия для снижения этих затрат.

При проведении АЛП формируется интегральный показатель поддерживаемости или другими словами функционал, S = F (MTBF, MTTR, RST, MTBMA, MTBR, ROA, MTMA, RML...),  характеризующий эффективность системы ИЛП где:

 

-      MTBF(Mean Time Between Failures) - наработка на отказ или среднее время между отказами;

-      MTTR (Mean Time to Repair) среднее время ремонта;

-      RST(Required Standby Time) среднее время восстановления (приведения в рабочее состояние) после отказа, характеризующий ремонтопригодность изделия;

-      MTMA(Mean Time Maintenance Actions)  среднее   время технического      обслуживания;

-      MTBMA(Mean Time Between Maintenance Actions)  среднее   время   между   обслуживаниями;

-      MTBR(Mean Time Between Repair) среднее время между ремонтами;

-      ROA(Required Operational Availability) требуемый уровень готовности;  

-      RML(Required Maintenance Level) требуемый уровень обслуживания;

-      LOR(Level of Repair)  требуемый уровень ремонта  и т.д.

Функционал является комплексным параметром, зависящим от технических и организационных факторов. Данные факторы определяют качество продукта [2].

К роли показателя качества авиационной техники (АТ), наилучшим образом подойдёт среднее значение коэффициента исправности парка изделий АТ в течение срока эксплуатации. Выбор этого показателя обусловлен тем, что деятельность системы эксплуатации  направлена на поддержание исправности парка АТ, а именно:

-      приведение в рабочее состояние после отказа;

-      техническое обслуживание;

-      заводской ремонт.

Оценить качество парка АТ ВН, можно с помощью коэффициента исправности Ки, характеризующего долю ЛА, в любой произвольно выбранный момент времени находящихся в исправном состоянии:

                                             ,                                        (1)

где: Nиспр - среднее число самолетов, находящихся в любой момент времени в исправном состоянии;

N - общая численность самолетного парка.

Кроме показателя поддерживаемости в процессе АЛП вычисляется стоимость ЖЦ — LCC (Life Cycle Cost). LCC функционально связана с показателем поддерживаемости: LCC=φ(S).

Поскольку затраты на закупку АТ и списание (утилизацию) носят разовый характер, представляется целесообразным в качестве показателя стоимости на этапе эксплуатации использовать среднегодовые затраты на эксплуатацию парка ЛА [1].

Величина затрат зависит от времени пребывания ЛА в основных режимах эксплуатации  и складывается из затрат на оплату труда обслуживающего персонала и затрат, связанных с расходованием материальных средств (спецжидкостей и газов, электроэнергии, запасных частей).

                                     Сэ = N (Сiтр + Сiср)Тi,                                 (2)

где: N - количество ЛА, находящихся в эксплуатации; Сiтр и Сiср - затраты на оплату труда обслуживающего персонала и стоимость материальных средств, приходящиеся на один час пребывания ЛА в i - ом режиме; Тi - среднее время пребывания ЛА в i -ом режиме в течение рассматриваемого периода.

На основании анализа процессов, имеющих место при эксплуатации АТ, разработана математическая вероятностная модель эксплуатации АТ. В основу модели положен известный метод динамики моментов.

В соответствии с данным методом разработан граф  состояния парка  АТ и интегральных показателей (рисунок1).

Вершины этого графа соответствуют основным технологическим состояниям: 1-исправное; 2-восстановительные работы; 3-регламентные работы; 4- ремонтные работы.

Рис.1. Граф состояния самолетного парка эксплуатации АТ и граф псевдосостояний

Для моделирования процессов, отражающих интегральные показатели эксплуатации АТ, воспользуемся так называемыми  псевдосостояниями [6]: 0 - неисчерпаемый источник; 5-суммарное текущее количество восстановлений; 6-суммарное текущее количество профилактических работ;  7-суммарное текущее количество ремонтов.

Для решения практических задач можно воспользоваться тем, что при относительно больших запасах (число однотипных элементов в системе), пуассоновском характере процессов и независимости, либо линейной зависимости lkh от составляющих вектора переходов, закон распределения этого вектора является асимптотически нормальным. В этом случае достаточно ограничиться вероятностными характеристиками, определяемыми уравнениями (3), (4):

                                                                    (3)

                              (4)

где: skhh  – составляющая вектора переходов, которая отражает количество изделий, переходящих из состояния k в состояние h;

Значения интенсивностей lkh потоков событий, действующих в рамках представленного графа состояний, соответствующих фазе эксплуатации определяются с помощью параметров составляющих показатель поддерживаемости, формулы (5).

 

             , , ,         (5)

              , ,,

где: tн - средний годовой налет объекта АТ ; tр - календарный фонд рабочего времени за год.

Подсистемы профилактических работ и  ремонта и моделируются как системы массового обслуживания с ограниченным числом каналов.

В работе предлагается проводить анализ чувствительности стоимости эксплуатации Сэ и коэффициента исправности KИ к изменению значений составляющих показатель поддерживаемости относительно опорных величин, характеризующих современный уровень этих составляющих. Процедура анализа чувствительности заключается в вычислении относительных вариаций от приращений опорных значений каждого исследуемого параметра  следующих выражений:

                                                    (6)

                                                     (7)

где: Сэ(t),  КИ(t) — значения стоимости и коэффициента исправности при опорных значениях показателей входящих в показатель поддерживаемости;

       Сэ*(t), КИ*(t) и Сэ**(t), КИ**(t) — значения  стоимости и коэффициента исправности, соответствующие приращению опорного значения одного из исследуемых параметров, в меньшую и большую сторону соответственно.

Используя модель процессов эксплуатации АТ получаем возможность: выявить показатели, составляющие функционал, оказывающие наибольшее влияние на качество и стоимость системы эксплуатации. (рисунок2,3)

Рисунок 20 — Чувствительность коэффициента исправности  к показателям входящим в S

 

Рисунок 3 — Чувствительность стоимости  эксплуатации к показателям входящим в S

Подобный анализ чувствительности критериев качества и стоимости эксплуатации позволяет выявить те конкретные показатели, которые в наибольшей степени влияют на указанные критерии. Это значит, что именно этим показателям необходимо обеспечить наибольшее внимание с точки зрения как формирования требований на этапе выбора концепции обслуживания изделия, так и при выборе проектно-конструкторских решений на этапе проектирования, когда в окончательном варианте формируется Единый Регламент технического обслуживания изделия АТ, моделируются соответствующие условия эксплуатации АТ и выполнения работ по ТОиР.

Для определения стоимости эксплуатации необходимо просуммировать затраты по всем видам работ, в разработанной модели Сэ определяется выражением (8):

             (8)

где: ,,- математические ожидания выполненных работ по восстановлению АТ ,регламентных работ и заводских ремонтов;

,- стоимость работ по восстановлению, регламентным работам и заводскому ремонту.

Трудозатраты вычисляются по следующей формуле:

             (9)

где:-трудозатраты на восстановительные работы; -трудозатраты на регламентные работы; -трудозатраты на заводской ремонт.

Таким образом модель позволяет осуществлять прогноз стоимостных затрат и трудозатрат на весь период эксплуатации. (рисунок 4,5)

 Рисунок 4 — Затраты трудоемкости эксплуатации АТ

  Рисунок 5 — Затраты стоимости эксплуатации АТ

Учёт трудовых и стоимостных затрат ведётся в целом по парку самолётов и по видам работ технического обслуживания. В результате определяются средние значения таких показателей производственной деятельности, как трудоёмкость и стоимость на рассматриваемом  периоде эксплуатации АТ. Представляется возможным определение значения трудовых затрат и стоимости технического обслуживания и ремонта интересующих нас работ

Таким образом разработанная модель обладает  следующими свойствами:

-      Моделирование реальных процессов использования изделий АТ обеспечивается  при достаточно ограниченном количестве исходных данных.

-      Оценка стоимости затрат осуществляется совместно с оценкой качества изделий АТ.

-      Алгоритмы вычислений основаны на интегрировании обыкновенных дифференциальных уравнений, что при существующем уровне вычислительной техники обеспечивает оперативный анализ стоимости затрат при заданном качестве изделия.

-      Обеспечивается оценка чувствительности стоимости ЖЦ изделия к различным параметрам, характеризующим показатель поддерживаемости.

 

 

 

 

 

 

Литература

1.       Аксенов А.В., Шаламов А.С. Анализ подходов к моделированию стоимости жизненного цикла вооружений и военной техники.// Научно-технический сборник в\ч 26923, № 6 (423). 2000г.

2.       Бакаев В.В. Информационное обеспечение, поддержка и сопровождение жизненного цикла изделия. М: Машиностроение-1, 2005

3.       Головин В.Я. Управление организационно-техническими системами. М: ВВИА им.проф.Н.Е.Жуковского, 2006

4.       Стандарт DEF STAN  – 0060.

5.       Шаламов А.С., Головин В.Я., Миронычев В.Н.. CALS – технология и программа технического обслуживания и ремонта авиационной техники . М.: Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Электроника, №27. Стр. 55-60. 2000.

6.       Шаламов А.С. Модель расходования и пополнения запасов в сложной системе с процессами регенерации первого и второго рода. //Изв. АН СССР. Техн.кибернетика. № 2, стр. 152-162. 1990 г.