3.4 Эксплуатационная технологичность конструкции.

Успешное решение задач повышения эффективности использования ЛА во многом определяется их конструкцией и, в частности, таким ее свойством, как приспособленность к выполнению всего комплекса работ по ТО и Р с использованием наиболее экономичных технологических процессов. Применительно к ЛА это свойство конструкции принято называть эксплуатационной технологичностью (Maintainability).

Уже на этапе создания ЛА предполагается, что поддержание заданного уровня надежности и обеспечение его работоспособного состояния при эксплуатации будет достигаться вследствие проведения комплекса мероприятий по ТО и Р. А это означает, что эксплуатационная технологичность является не только внутренним свойством конструкции ЛА, но и функцией системы его технической эксплуатации. Опыт передовых отечественных предприятий и зарубежных фирм свидетельствует о том, что только совместная проработка задач безотказности и эксплуатационной технологичности при создании машин обеспечивает последующую успешную их эксплуатацию.

Применительно к таким сложным машинам, какими являются ЛА, эксплуатационная технологичность рассматривается в аспекте приспособленности конструкции к новым прогрессивным методам и технологиям выполнения ТО и Р при эксплуатации и в аспекте приспособленности к выполнению каждой из операций текущего ремонта и профилактических мероприятий в соответствии с программой ТО и Р.

Уровень эксплуатационной технологичности создаваемого ЛА в целом определяется тем, насколько полно:

а) обеспечиваются единичные конструктивно–технологические свойства агрегатов, узлов, блоков, функциональных систем и б) учитываются эксплуатационные факторы [9].

К конструктивно–технологическим свойствам относятся:

• доступность к объектам обслуживания и ремонта;

• легкосъемность объектов;

• взаимозаменяемость объектов;

• контролепригодность объектов.

При рассмотрении вопроса о доступности имеют в виду прежде всего удобство работы (позу) исполнителя при выполнении основных операций ТО и Р с минимальным объемом дополнительных работ. Он должен иметь возможность достать рукой до любой нужной точки в зоне рабочего места, не меняя удобной позы, отчетливо просматривать всю зону рабочего места, правильно и надежно захватывать и держать инструментами нужную деталь.

B понятие доступности, помимо удобства работы исполните­ля, входит также пригодность объекта для выполнения целевых операций по ТОиР с минимальными объемами дополнительных работ или вообще без них. При этом под дополнительными ра­ботами понимаются: открытие и закрытие панелей, крышек лю­ков, демонтаж и монтаж рядом установленного оборудования и другие работы.

Легкосъемность – свойство конструкции объекта, означающее его пригодность к замене с минимальными затратами вре­мени и труда. Легкосъемность во многом определяется применяемыми способами крепления объектов, заменяемых в эксплуатации, конструкцией съемных элементов.

Взаимозаменяемость комплектующих изделий и деталей означает такое их свойство, при котором из множества одноимен­ных деталей (изделий) можно без выбора взять любую и без подгонки (допускается применение технологических компенсаторов) установить на ЛА.

Контролепригодность – важное свойство конструкции для проведения объективного контроля параметров систем и комплектующих изделий ЛА различными средствами и методами полетного и наземного контроля.

Помимо рассмотренных конструктивно-технологических свойств ЛА, на уровень эксплуатационной технологичности су­щественное влияние оказывают условия эксплуатации, характе­ризующиеся совокупностью воздействующих на ЛА эксплуатационных факторов. Эти факторы определяют среду, в которой проявляются свойства конструкции, и учитываются как при соз­дании ЛА, так и при построении программ и технологических процессов их ТОиР.

В группу эксплуатационных факторов, которые должны учитываться при создании ЛА для повышения уровня его эксплуатационной технологичности, входят: методы и формы организации ТОиР с учетом перспектив их развития, методы, средства и формы организации поиска и устранения отказов и повреждений в оперативном цикле эксплуатации ЛА, уровень производственно-технической базы эксплуатационных предприятий, полнота и качество эксплуатационно-технической документации, поставляемой вместе с ЛА.

Для анализа и оценки эксплуатационной технологичности конструкции ЛА на современном этапе развития самолетострое­ния недостаточно ограничиваться ее качественной характерис­тикой, нужен количественный расчет показателей. Такая необ­ходимость возникает при: разработке технических требований к новому образцу ЛА; выборе из нескольких возможных кон­структивных вариантов наилучшего; рассмотрении нескольких «конкурирующих» проектов изделий одного назначения; рас­смотрении макета и проведении испытаний опытного образца ЛА.

Совокупность показателей эксплуатационной технологичности определяется прежде всего структурой и показателями процесса технической эксплуатации ЛА и предъявляемыми к нему требованиями в отношении обеспечения безопасности и регулярности полетов, интенсивности использования и экономичности эксплуатации.

Данная совокупность состоит из обобщенных и единичных (частных) показателей 9.

Обобщенные показатели характеризуют эксплуа­тационную технологичность объекта эксплуатации с точки зре­ния потребных затрат времени, труда и материальных средств на проведение ТОиР. Единичные (частные) показатели характеризуют лишь отдельные (единичные) стороны эксплуатационной технологичности конструкции объекта эксплуатации.

Всю совокупность обобщенных показателей эксплуатационной техно­логичности можно представить состоящей из двух групп: вре­менные и экономические показатели.

Первая группа показателей характеризует эксплуатационную технологичность ЛА с точки зрения затрат времени на техни­ческое обслуживание, ремонт и устранение внезапных отказов при эксплуатации и, следовательно, время нахождения ЛА в неработоспособном состоянии. К ним относятся:

а) Удельная суммарная оперативная продолжительность ТОиP К_оп, представляющая отношение суммарной оперативной продолжительности ТОиР t_0ТОиР к налету Т_с за рассматривае­мый период

где Т_оп, Т_п – суммарная продолжительность выполнения всех форм опера­тивного и периодического обслуживания соответственно за межремонтный ресурс (ремонтный цикл) ЛА Т_рес.л, ч; Т_рем – средняя продолжительность ремонта ЛА или суммарная продолжительность всех ремонтных форм за Т_рес.л, ч; Т_см – средняя продолжительность смены двигателя, ч; Т_рес.д – межремонтный ресурс двигателя, ч; К_д – коэффициент досрочных замен дви­гателей;  – коэффициент, учитывающий число замен двигателей, которые не совмещаются по времени с периодическими формами обслуживания.

Данный показатель характеризует приспособленность ЛА к проведению на нем всех видов ТОиР, определяемых характеристиками безотказности и долговечности. Слово «оперативная» в данном и других показателях эксплуатационной технологичности означает, что в расчет принимаются только те затраты времени (трудоемкости), которые непосредственно свя­заны с выполнением ТОиР на ЛА без учета различного рода пе­рерывов в работе и связанных с ними дополнительных затрат времени (трудоемкости).

б ) Среднее оперативное время устранения отказов (восстановления) t_y при проведении оперативных форм технического об­служивания

г де q_i – условная вероятность отказа изделий i-й группы (системы) ЛА, t_yi – среднее время устранения отказа изделия i-й группы, включая время на его обслуживание (поиск), k—число групп изделий на ЛА.

Условная вероятность отказа изделий i-й группы в общем случае может быть найдена из выражения

где _i – параметр потока отказов изделий i-й группы (i=l, 2, ..., k).

П оказатель t_y характеризует степень приспособлен­ности конструкций изделий функциональных групп (систем) ЛА |к выполнению непланового текущего ремонта (устранению отказов), необходимость выполнения которого возникает в оперативном цикле эксплуатации .

в). Интенсивность устранения отказов (текущего ремонта) . Она характеризует число устраненных отказов и повреждений в единицу времени

г). Вероятность выполнения непланового текущего ремонта (устранения отказа) P{t  t₃} за заданное время t₃. Показатель характеризует приспособленность ЛА к проведению непланового текущего ремонта (устранению отказов) в процессе оперативных форм технического обслуживания при ограниченных затратах времени.

Вторая группа обобщенных показателей характеризует эксплуатационную технологичность ЛА с точки зрения затрат труда, материалов и запасных частей на проведение технического обслуживания и ремонта. К этой группе показателей относятся:

а). Удельная суммарная оперативная трудоемкость ТОиР К_от, представляющая отношение суммарной оперативной трудоемкости ТОиР _оТОиР к налету Т_с за рассматриваемый период.

где Т_оп – суммарная оперативная трудоемкость всех форм оперативного тех­нического обслуживания, включая работы по устранению отказов и повреж­дений за межремонтный ресурс (ремонтный цикл) ЛА Т_рес.л, чел-ч; Т_п – сум­марная оперативная трудоемкость всех форм периодического обслуживания за Т_рес.л, чел-ч; Т_рем.л, Т_рем.д, Т_рем.н – трудоемкость ремонта ЛА, двигателя, i-ro изделия соответственно, чел-ч; Т_см — трудоемкость замены двигателя, чел-ч; Т_рес.д, T_рec.иi — межремонтные ресурсы двигателя и i-ro изделия соот­ветственно, К_д, К_иi – коэффициенты досрочных замен двигателя и i-го из­делия соответственно; n_д, n_иi – число двигателей и изделий каждого типа на ЛА, заменяемых в пределах Т_рес.д и Т_рес.л соответственно; N_и – число типов изделий, заменяемых на ЛА в пределах Т_рес.л.

В случае применения стратегии ТОиР ЛА, двигателей и из­делий функциональных систем по состоянию, когда понятие межремонтный ресурс отсутствует, вместо Т_рес.л, Т_рес.д, Т_pec.иi в формуле (2.3) используются соответственно: Т_р.ц – ремонтный цикл, Т_з.д, Т_з.иi, — заданная средняя наработка на замену двигалеля и i-ro изделия соответственно, ч.

Данный показатель характеризует потребную трудоемкость, за­трачиваемую на ЛА и вне его для поддержания безотказности работы всех функциональных систем на заданном уровне, а также обеспечения исправности и работоспособности ЛА. При необходимости могут также рассматриваться: удельная опера­тивная трудоемкость ТОиР в цикле восстановления К_от.п, удель­ная оперативная трудоемкость технического обслуживания и не­планового текущего ремонта в оперативном цикле эксплуата­ции К_от.о.

б). Удельная стоимость запасных частей и материалов, расходуемых при проведении ТОиР К_оз , представляющая отношение стоимости запасных частей и материалов, непосредственно расходуемых при ТОиР, 3_оТОиР к налету Т_с за рассматриваемый период. Этот показатель характеризует частоту сменяемости агрегатов, узлов, блоков, деталей при эксплуатации ЛА с учетом их стоимости.

где Со —средняя суммарная стоимость запасных частей и материалов при выполнении всех видов и форм технического обслуживания за ресурс Т_рес.л, руб- С_рем.л, С_рем.д, C_peм.иi — средняя стоимость запасных частей и мате­риалов при ремонте ЛА, двигателя, i-го изделия соответственно, руб.

Способ определения значения показателя К_оз по существу ничем не отличается от описанного ранее способа определения удельной оперативной трудоемкости К_от. Используя приведен­ные выражения, значения показателей К_от и К_оз можно опре­делить не только для ЛА в целом, но и для его отдельных функ­циональных систем. Это значительно облегчает проведение ана­лиза и выявление резервов улучшения показателей эксплуатационной технологичности ЛА.

Единичные (частные) показатели, характеризующие отдель­ные свойства конструкции ЛА, выражаются в виде безразмер­ных коэффициентов. Считается, что конструкция полностью от­вечает предъявляемым к ней требованиям в отношении того или иного ее свойства, если коэффициент, характеризующий это свойство, равен или близок единице.

Коэффициент доступности к объекту ТОиР рассчитывается; по формуле

(2.5)

где Т_доп – средняя трудоемкость дополнительных работ, чел-ч; Т_осн – сред­няя трудоемкость основной работы, чел-ч.

К дополнительным работам в данном случае относятся та­кие, как снятие и установка крышек всевозможных люков,, панелей, капотов, зализов, теплозвукоизоляции, демонтаж и монтаж рядом установленного и не подлежащего съемке оборудо­вания и прочие. Основными работами считаются контрольные, регулировочные, смазочные, заправочные операции, демонтаж и монтаж подлежащих замене агрегатов и изделий.

Коэффициент взаимозаменяемости изделия или элемента конструкции ЛА определяется как

, (2.6)

где Т_подг — средняя трудоемкость подгоночных, проверочных или подстроечных работ при замене изделия (элемента конструкции) чел-ч; Т_д.м – сред­няя трудоемкость демонтажно-монтажных работ рассматриваемого изделия,

При определении К_в в величину Т_подг включаются все виды подгоночных, проверочных или подстроенных работ, выполняе­мых по месту установки на ЛА нового или взятого из обменно­го фонда изделия.

.Коэффициент легкосъемности изделия или элемента конст­рукции ЛА определяется следующим образом:

(2.6)

где Т_д.м – отклонение трудоемкости демонтажно-монтажных работ рас­сматриваемого изделия в сравнении с базовым показателем, чел-ч.

За базовый показатель в данном случае принимается пока­затель легкосъемности, заданный в требованиях или аналогично образцу изделия, принятому за эталон.

Коэффициент контролепригодности отдельных функциональных систем и ЛА в целом определяется по формуле

(2.7)

где Т_наз – трудоемкость наземного контроля, чел.-ч; Т_пол – трудоемкость полетного контроля, чел.-ч.

Наземный контроль включает контроль технического состояния изделий выполняемый как на борту ЛА, так и в лабораториях. Для современных типов ЛА основным видом контроля становится полетный контроль. Чем больше его доля в общем объеме работ по контролю технического состояния ЛА, тем выше значение коэффициента контролепригодности.

Оценка уровня эксплуатационной технологичности ЛА произ­водится дифференцированно по каждому из показателей. В пер­вую очередь рассматриваются обобщенные показатели, а затем для некоторых особо важных изделий, оговоренных в техничес­ких требованиях, — единичные (частные) показатели. За меру сравнения принимают относительные показатели , определяе­мые следующим образом:

(2.9)

(2.10)

где К_i— значение i-го показателя оцениваемого ЛА; K_iэ—значение i-го ба­зового (эталонного) показателя.

Для каждого из показателей _i выбирается то из приведен­ных выражений, в котором его увеличению отвечает повышение уровня эксплуатационной технологичности. Уровень технологич­ности по основным показателям К_оп, К_от, К_оз оценивается по выражению (2.9). Оценку уровня эксплуатационной технологичности по веро­ятностным показателям вида Р_y {t  t₃} и всем единичным показателям (за исключением легкосъемности) следует выполнять по выражению (2.10)

Особое место в проблеме эксплуатационной технологичности занимают задачи нормирования ее показателей и задания их в требованиях на новые типы ЛА.

В качестве исходных принимаются два основных фактора: а) заданные значения показателей эффективности ПТЭ ЛА и б) требуемые значения показателей безотказности и долговечности создаваемых изделий, функциональных систем и ЛА в целом.

Показатели эффективности ПТЭ для нормирования эксплуатационной технологичности либо зада­ются заранее, либо определяются путем моделирования для конкрет­ного типа ЛА, исходя из обеспечения заданных в требованиях значений показателей более высокого иерархического уровня таких, например, как:

• годовой налет часов на списочный ЛА – Т_гс;

• масса пустого ЛА – m₀;

• себестоимость тонно-километра – С т-км;

• регулярность отправлений – Р_тп.

Между обобщенными показателями эксплуатационной тех­нологичности ЛА и показателями эффективности ПТЭ сущест­вуют вполне определенные зависимости. Так, удельную опера­тивную продолжительность ТОиР можно представить в зави­симости от показателей использования ЛА К_и, удельной продолжительности ТОиР в цикле восстановления К_п.п, сезонности перевозок К_сез:

К_о.п. = f(К_и, К_п.п, К_сез).

Удельная оперативная трудоемкость ТОиР К_о.т определяет­ся в зависимости от показателя К_т – удельной суммарной тру­доемкости ТОиР, массы пустого ЛА m_o, средней длительности беспосадочного полета t_б.п.

Удельная стоимость запасных частей и материалов К_оз, не­посредственно расходуемых при проведении ТОиР, определяет­ся в зависимости от стоимости нового ЛА С_н и удельной стоимости ТОиР С_уд.

Вероятность устранения отказов (выполнения непланового текущего ремонта) за заданное время Р_y {t  t₃} определяется в зависимости от показателей эффективности ПТЭ, таких как ре­гулярность полетов Р_тп, заданное (располагаемое) время t₃ для поиска и устранения возникших в полете отказов и повреждений при плановой стоянке ЛА в транзитных аэропортах.

Из этих и других подобных зависимостей можно путем моделирования ПТЭ получить соответствующие формулы, которые учитывали бы все основные факторы, влияющие на значения показателей, как при конструировании ЛА, так и при их технической эксплуатации. С помощью таких формул с приемлемой для практики точностью в каждом из показателей эффективности ПТЭ определяется та доля, которая приходится непосредственно на эксплуатационную технологичность ЛА.

Для определения некоторых из обобщенных показателей, та­ких, как К_о.п, К_о.т, К_о.з, может быть предложен способ, основан­ный па использовании статистических коэффициентов .

Статистичсские коэффициенты отражают сложившиеся для ЛА – аналогов соотношения между достигнутыми значениями по­казателей эффективности ПТЭ и эксплуатационной технологич­ности с учетом фактических уровней безотказности и долговеч­ности конструкций отдельных частей, узлов, агрегатов, а также организационно-технологических характеристик процессов ТОиР ЛА в АТБ и на заводах гражданской авиации. Каждый из ста­тистических коэффициентов характеризует долю затрат, кото­рая непосредственно связана с эксплуатационной технологичнос­тью ЛА, в общих затратах на проведение ТОиР, определяемых соответствующими показателями эффективности ПТЭ.

Статистические коэффициенты определяются путем обработ­ки и анализа данных, полученных на ряде АТБ и ремонтных за­водов ГА по определенным типам ЛА – аналогов. Для нормиро­вания принимаются осредненные значения коэффициентов по каждому из показателей 9.

Установленное значение i-го статистического коэффициента _i предлагается принимать постоянным для различных вариантов требуемых значений i-ro показателя эффективности ПТЭ. В данном случае достигается пропорциональное изменение тре­бований к показателям эксплуатационной технологичности и к организационно-технологическим характеристикам процесса ТОиР (рис. З.7, а).

Рис. 3.7. Механизм определения показателей эксплуатационной технологич­ности по показателям эффективности ПТЭ:

1 – исходный вариант; 2, 2’ — улучшенные варианты; 3, 3' – доля эксплуатационной технологичности; 4, 4' – доля организационно-технологических характеристик процесса ТО и Р.

На рис. З.7, а показаны исходное 1 и требуемое 2 или 2' значения i-ro показателя эффективности ПТЭ, а также резервы достижения требуемого значения за счет эксплуатационной тех­нологичности 3 и 3' и организационно-технологических харак­теристик процесса ТОиР 4 и 4' (для вариантов А или Б).

Механизм определения требуемых значений показателей экс­плуатационной технологичности в данном случае представляется следующим образом (рис.З.7, б). Задаваясь определенным значением показателя эффективности ПТЭ, для установленного  определяется соответствующее значение искомого показателя технологичности. В общем случае характер зависимости пока­зателей эффективности ПТЭ от показателей эксплуатационной технологичности может быть и нелинейным (  const). Но это не выносит принципиальных отличий в предложенный механизм нормирования обобщенных показателей эксплуатационной тех­нологичности.

Для определения коэффициента суммарной удельной опера­тивной продолжительности ТО и Р, Коп используется статистичес­кий коэффициент простоев ₁.

Для определения суммарной удельной оперативной трудоемкости ТОиР К_от используется статистический коэффициенту трудоемкости ₂