Математическое обеспечение классификационного управления режимами обслуживания авиационной техники

Курс Российской Федерации на качественное совершенствование своего экономического и оборонного потенциала, приведение его к уровню современных требований, причем, в условиях ограниченного финансирования, обусловливает необходимость изыскания и приведения в действие эффективных, малозатратных решений, экономного использования имеющихся возможностей. Сказанное в полной мере относится к парку отечественной авиационной техники (АТ) и к системе его эксплуатации.

Важным резервом эффективной эксплуатации АТ является снижение расходов на ее обслуживание, хранение и ремонт без ущерба для эффективности применения. Это особенно актуально в условиях прогрессирующего устаревания авиапарка, снижения численности, ресурса и срока его службы.

За последние 15.20 лет в отечественной авиационной практике сформировалось понимание того, что дальнейшее использование централизованной планово-предупредительной системы управления парковым обслуживанием проблематично, более того, — обременительно. Выход видится в переходе к рационально децентрализованному управлению обслуживанием на уровне эксплуатирующих организаций, когда максимально полно могут быть учтены реальное техническое состояние каждого объекта и возможности по организации их обслуживания.

Переход к децентрализованному управлению обслуживанием АТ требует разрешения целого ряда проблем правового, методологического и научно-технического характера. Последнее связано с тем, что тривиальная децентрализация обычно ведет к информационной изоляции лиц принимающих решения (ЛПР), к снижению корректности управления.

Актуальность диссертационной работы определяется тем, что к настоящему времени даже на фундаментальном уровне недостаточно проработаны вопросы ситуационного управления многопараметрическими динамическими процессами (к классу которых принадлежит обслуживание АТ) в условиях ограниченной информации. Что качается прикладного уровня, предполагающего алгоритмические и методические решения, то такие исследования по заявленной теме отсутствуют вовсе. Такая ситуация препятствует переходу к прогрессивным вариантам обслуживания отечественной АТ.

Целью работы является разработка математических и программных средств, обеспечивающих классификационное управление режимами обслуживания объектов АТ в условиях информационной неопределенности, характерной для эксплуатирующих подразделений.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие частные задачи:

1. Разработка комплексной модели обслуживания, учитывающей эксплуатационную надежность объекта и затраты на его обслуживание;

2. Создание математического обеспечения основных компонентов комплексной модели обслуживания;

3. Разработка алгоритма классификационного управления, использующего комплексную модель обслуживания объекта;

4. Реализация алгоритмических решений на программном уровне;

5. Применение полученных теоретических результатов и программного обеспечения для решения практических задач.

Методы исследования. В работе использованы методология системного анализа, элементы теории вероятностей, математической статистики, теории надежности и математического программирования.

Обоснованность научных результатов. По ключевым решениям, как правило, использовалось несколько способов получения результатов. Алгоритмическое обеспечение классификационного управления тестировалось в ходе численных экспериментов и прошло практическую апробацию на реальных объектах авиационной техники.

Научную новизну представляют следующие результаты, выносимые на защиту:

1. Комплексная трехкомпонентная математическая модель, предназначенная для выбора рациональных режимов обслуживания объекта с учетом его технического состояния и располагаемых ресурсов подразделения;

2. Алгоритм прогнозирования значений параметров технического состояния, функционирующий в трех вариантах: а) для умеренно коротких рядовб) для коротких рядовв) для сверхкоротких рядов;

3. Алгоритм определения периодичности актуальных режимов обслуживания, основанный на том, что техническое состояние объекта зависит как от постепенных, так и от внезапных отказов.

4. Алгоритм выбора варианта обслуживания для классификационного управления, использующего комплексную математическую модель и процедуру настройки на специфику обслуживаемого объекта. Практическая значимость и реализация результатов. Основные результаты диссертационной работы получены автором при проведении исследований в рамках НИР: «Математическое, алгоритмическое и программное обеспечение управления эксплуатационной надежностью объектов авиационной техники на уровне эксплуатирующих организаций (шифр Надежда)" — «Алгоритмическое обеспечение расчетно-информационной системы управления эксплуатационной надежностью объекта авиационной техники (шифр АРИС-2005)" — «Разработка методов прогнозирования технического состояния летательного аппарата на основе разнородной информации (шифр Имитатор-2005)».

Полученные результаты имеют прикладную направленность и могут быть использованы при переходе от централизованной планово-предупредительной системы парковой эксплуатации к эффективной децентрализованной системе по-обьектной эксплуатации, максимально полно учитывающей специфику каждой ситуации. Актуальность такого перехода обусловлена состоянием парка отечественной техники и многолетним лимитом материально-технических средств. Часть предложенных решений реализована в эксплуатационной практике учебного аэродрома и моторноиспытательной станции Иркутского высшего военного авиационного инженерного училища (ИВВАИУ), а также в ряде войсковых частей ВВС. Результаты исследований используются в учебном процессе ИВВАИУ в базовой учебной дисциплине «Надежность и техническая диагностика». В приложении приведены акты внедрения, для учебной дисциплины «Надежность и техническая, диагностика» подготовлено и опубликовано учебное пособие.

Апробация работы. Материалы исследования представлялись и обсуждались на: XIV всероссийской научно-технической конференции «Проблемы боевого применения, технической эксплуатации и обеспечения безопасности полетов летательных аппаратов», г. Иркутск, 2005 г.- XXII межвузовской научно-методической конференции Иркутского ВВАИУ, г. Иркутск, 2005 г. Работа обсуждалась на научных семинарах Иркутского ВВАИУ.

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, включая 3 статьи и 4 доклада, а также одно учебное пособие. В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат научные и практические результаты, заявленные в диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 94 наименований и двух приложений. Основной текст диссертации изложен на 176 страницах машинописного текста и включает 43 иллюстрации (без приложения) и 14 таблиц.

4.5. Выводы по главе 4.

1. Для апробации предлагаемых решений по классификационному управлению обслуживанием выбран объект, включающий как техническую (составной объект АТ), так организационную (персонал и средства обслуживания) составляющие. Составной объект АТ включает авиадвигатель типа Р11Ф2−300 и комплексную установку У-900−80, представляющую имитатор летательного аппарата с дополнительной системой контроля.

2. Для управления обслуживанием оказалось возможным использовать • набор из 24 агрегированных показателей, состоящий как из бинарных сверток типовых параметров (характеризующих состояние технической составляющей объекта), так и ряд дополнительных параметров, характеризующих состояние организационной составляющей объекта. Данный набор показателей позволяет распознавать 9 групп производственных ситуаций.

3. Материалы тестирования основных программных компонент АРМ УРО на контрольных выборках, имитационных и реальных данных свидетельствуют о работоспособности программных модулей во всех проверенных условиях, включая и условия сверхкоротких данных. Полученные результаты использованы для настройки АРМ УРО на специфику ОТО МИС, а также для выработки общих рекомендаций методического характера.

4. В ходе опытного классификационного управления обслуживанием ОТО МИС апробированы две стратегии — «обслуживание с минимумом затрат» и «обслуживание с максимумом готовности к применению». При сравнении с результатами традиционной стратегии «планово-предупредительное обслуживание» установлен ряд фактов, позволяющих судить: во-первых, о принципиальной возможности обслуживания объекта МИС по различным стратегиямво-вторых, о нерациональности использования для МИС традиционной планово-предупредительной стратегии (в плане эксплуатационных затрат) — в-третьих, об очевидной предпочтительности для МИС стратегии минимизации затрат на обслуживание при приемлемом уровне готовности к применению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации разработано математическое и программное обеспечение классификационного управления режимами обслуживания объектов авиационной техники. Разработки направлены на увеличение срока службы объектов, что, в свою очередь, повышает эффективность их использования за счет внедрения в эксплуатацию комплексной стратегии обслуживания по техническому состоянию и учета состояния производственной среды.

В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

1. Комплексная математическая модель функционирования объекта АТ из трех взаимосвязанных компонентов: 1) прогнозирования частных процессов- 2) идентификации производственных ситуаций- 3) оптимизации актуальных режимов обслуживания. В компоненте прогнозирования использованы периодически перенастраиваемые линейные и параболические модели тренда, а также модели для сверхкоротких рядов. В компоненте идентификации использованы методы дискриминантного анализа с периодически пополняемыми обучающими выборками. В компоненте выбора режимов использован двухэтапный алгоритм: на первом этапе, используя стохастический алгоритм, определяется периодичность актуальных режимов обслуживания, а на втором — осуществляется выбор варианта режима обслуживания;

2. Алгоритм принятия решений по режимам обслуживания, состоящий из двух составных частей: алгоритм настройки на специфику обслуживаемого объекта и алгоритм регулятора, реализующего классификационное управление обслуживания объекта.

Алгоритм настройки (периодической перенастройки) включает процедуры задания специфических для объекта и условий его обслуживания параметров наблюдений и их ограничений, обучающих выборок, стратегии обслуживания и организационно-технических ограничений, форм и вариантов обслуживания, характерных состояний объекта и переходов между ними, метрик и правил классификации производственных ситуаций.

Алгоритм регулятора включает четыре модуля: 1) подготовка данных- 2) анализ и прогнозирование процессов- 3) идентификация текущих и прогнозируемых производственных ситуаций- 4) выбор оптимальных вариантов обслуживания и оптимизации их периодичности.

3. Автоматизированное рабочее место управления режимами обслуживания (АРМ УРО) со специальным программным обеспечением, позволяющим: настраивать АРМ на специфику конкретных объектов, использовать АРМ в качестве перенастраиваемого регулятора процесса обслуживания конкретных объектов или для решения частных исследовательских задач.

4. На основе АРМ УРО проведено опытное обслуживание моторно-испытательной станции, состоящей из авиадвигателя Р11Ф2−300, комплексной установки У-900−80 и персонала с табельными средствами обслуживания. Для управления обслуживанием оказался достаточным набор из 24 агрегированных показателей. Набор наблюдаемых показателей позволил распознавать 9 групп типовых производственных ситуаций. В качестве управляющих воздействий на объект использованы режимы обслуживания (виды и периодичность работ), стратегии обслуживания (по максимуму готовности, по минимуму затрат), а также фонд трудозатрат персонала.

Сравнение результатов опытного управления (период № 2) с ретроспективными результатами традиционного планово-предупредительного обслуживания (полученными за аналогичный по продолжительности и интенсивности эксплуатации период в 8 месяцев — период № 1) позволило установить:

— удовлетворительную функциональность АРМ УРО во всех режимах управления объектом, включая и варианты со сверхкороткими рядами данных;

— принципиальную возможность обслуживания объекта с использованием классификационного управления;

— очевидную предпочтительность для объекта стратегии обслуживания по минимуму затрат при заданном уровне готовности к применению.

Важным результатом классификационного управления режимами обслуживания является своевременное выявление и предупреждение зарождающихся аномалий при анализе накопленных и прогнозируемых значений частных процессов. Всего за контрольный период № 2 установлено 53 таких фактов из них — 39 по авиадвигателю и 14 по установке. О влиянии данного фактора можно судить по величине накопленных неплановых (аварийных) трудозатрат, сопутствующих обслуживанию, в оба контрольных периода. Так, для периода № 1 они составляют 195 чел. ч, а для периода № 2 почти в два раза меньше -104 чел.ч.

5. По результатам диссертационного исследования получены акты внедрения от ИВВАИУ и войсковых частей.