Экономический эффект от перехода авиационных радиовысотомеров к эксплуатации по состоянию Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Жихарев И.А., Бухаров А.Е., Юрков Н.К. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ПЕРЕХОДА АВИАЦИОННЫХ РАДИОВЫСОТОМЕРОВ К ЭКСПЛУАТАЦИИ ПО СОСТОЯНИЮ

Очевидно, что конкурентоспособность любого предприятия, независимо от формы его собственности и размеров, зависит в первую очередь от качества и надежности его продукции. Поэтому одной из важнейших задач проектирования является обеспечение высокой надежности продукции [1].

В идеальных условиях, при отсутствии ограничений по весу, габаритам, потребляемой мощности и т.д. можно было бы создать аппаратуру с любой, сколь угодно высокой надежностью. Однако, на практике, разработчику приходится сталкиваться с все возрастающими требованиями к надежности, сопряженными с все ужесточающимися ограничениями по весу, габаритам и т.д. Вместе с тем современные реалии больше не позволяют решать вопросы надежности изолированно, без экономического анализа их эффективности.

Одно из основных требований надежности, предъявляемое к авиационным радиовысотомерам (РВ) -эксплуатация по ресурсу, существенно увеличивает стоимость эксплуатации РВ. Подобный подход к эксплуатации имеет целый ряд недостатков, к которым, например, относятся [2]:

- низкий коэффициент использования летательного аппарата (ЛА) из-за частых снятий РВ и выполнения неоправданно большого объема ремонтных работ;

- недоиспользование индивидуального ресурса подавляющего большинства РВ;

- отрицательное влияние на надежность повышенной интенсивности отказов РВ в послеремонтный период;

- наличие большого обменного фонда РВ.

Радикальный путь повышения экономической эффективности эксплуатации РВ и устранения вышеуказанных недостатков заключается в обслуживании ЛА с заменой РВ по техническому состоянию. Сущность подхода заключается в проведении непрерывного или периодического контроля и измерении параметров, определяющих техническое состояние для обеспечения требуемого уровня безотказности ЛА и полного использования индивидуальных ресурсов РВ. Подробно возможность перевода авиационных РВ к эксплуатации по состоянию рассмотрена в [3], где показана целесообразность такого подхода и отмечается, что он позволяет достичь минимума расходов на эксплуатацию. Однако, не меньший интерес представляет и количественное выражение снижения расходов на эксплуатацию - экономический эффект.

Экономический эффект от эксплуатации по состоянию выражается в количестве средств, высвобождаемых в результате более продолжительной эксплуатации авиационных РВ по сравнению с предварительно оговоренной.

В [4, 5] приводится уравнение суммарных затрат на эксплуатацию РВ Т

С© = С + С2\а(№ + СЭТ (1)

0

где С - стоимость изделия; С2 - затраты на текущие ремонты изделия, включающие в себя потери от последствий отказов РВ; со(1) - параметр потока отказов РВ; Сэ - эксплуатационные затраты, не связанные с безотказностью РВ, включающие в себя затраты на транспортировку РВ в составе ЛА, затраты на плановое техническое обслуживание и т.д.; Т - срок службы РВ; I - текущее время.

Затраты на эксплуатацию РВ в год выражаются из (1) и составляют:

С + С2 ¡а(Г )& +СЭ Т АС =----------^------------- (2)

Т

Соответственно экономический эффект можно оценить по отношению:

АС! АС2 Т

с + с № + сэ т

* 2

1 С + С + СэТ2

0

(3)

где АС - затраты на эксплуатацию в год при сроке службы РВ равном Т ; АС2 - затраты на экс-

плуатацию в год при сроке службы РВ равном Т2 ; Т - срок службы РВ установленный в документации; Т2 - срок службы РВ возможный при эксплуатации по состоянию.

Допустим, что со(1) - возрастающая функция времени и имеет линейную зависимость = — (4)

где — - коэффициент, характеризующий скорость физического износа изделия.

При этом уравнение (1) запишется как

аТ2

С© = С + С —— + СЭТ (5)

Продифференцировав правую часть уравнения (5) по Т и приравняв ее к нулю, получим исходное уравнение для определения срока службы изделия, при котором обеспечивается минимум затрат у потребителя

Т = (6)

]] С2—

Величину С2 можно представить выражением С2 = СТР + ЯСп (7)

где Стр - средняя стоимость текущего ремонта; С - стоимость затрат от отказов с последствиями; q - относительная частота отказов с последствиями.

0

В связи с тем, что значение Си неизвестно, воспользуемся рекомендацией [6] и примем С = С . Кроме того, по имеющимся данным эксплуатации РВ известно, что величина д находится в пределах от

0,005 до 0,02, а отношение

СТР

С

от 0,015 до 0,037.

Величину — найдем следующим образом. Будем считать, что число отказов, накопленное к моменту

2

Г* . —г

времени г , определяемое выражением I —гш =----------- равно числу отказов Н(г), накопленному к моменту

*'0 2

времени г , наблюдаемому на практике. Из этого следует, что

2Н (г)

— =--^ (8)

г2

Упростив выражение (3) используя соотношения (5)-(8), а также данные статистики для наихудшего варианта, экономический эффект выразим следующим образом:

АС Т 1 + 0,057Я (Т) + кТл

---1 = — х------------------------ (9)

АС Т 1 + 0,057Я(Т2) + кТ2 ( )

где Н (Т1) и Н (Т2) - число отказов накопленное к моментам времени Т и Т2 соответственно;

; Сэ

к = —^ - отношение эксплуатационных затрат, не связанных с безотказностью РВ к стоимости РВ.

Рассмотрим решение уравнения (9) для различного числа отказов при увеличении срока службы с

Т1 = 15 до Т1 = 25 лет. Согласно [3], срок службы отдельных видов РВ по физическому старению, т.е.

эксплуатации по состоянию, изменяется от 19 до 33 лет. Анализ статистического материала показывает, что в среднем для РВ, эксплуатируемых на ЛА, число отказов н (г) к концу восьмого года эксплуатации равно от 3 до 4. Для периода в 15-25 лет можно допустить, что н (г) - возрастающая функция

времени и имеет линейную зависимость.

Учитывая, что согласно данных статистики большинство отказов происходит в первый год эксплуатации [7], уравнение допускает варианты решения, представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Варианты решения уравнения (9) для различного числа отказов Н (Т1) и Н (Т2) при

увеличении срока службы с Т = 15 до Т1 = 25 лет

Вариант Число отказов в первый год эксплуатации Число отказов к концу восьмого года эксплуатации Уравнение для Н (?) Число отказов Решение уравнения для экономического эффекта, АС/ЛС2

н (ф н (4)

1 1 3 0,286¿+0,714 5 8 ( 2,14 + 25к )/(1,456 + 25к)

2 1 4 0,428¿+0,571 7 11 (2,33 + 25к )/(1,627 + 25к)

3 2 3 0,143 ¿+1,857 4 6 (2,05 + 25к )/(1,342 + 25к)

4 2 4 0,286¿+1,714 6 9 (2,24 + 25к )/(1,513 + 25к)

5 3 4 0,143¿+2,857 5 7 ( 2,14 + 25к У(1,399 + 25к)

1.5

1.47

1.44

1.41

1.38

1.35

1.32

1.29

1.26

1.23

1.2

1.17

1.14

1.11

1.08

1.05

1.02

0.01 0.020.03 0.040.050.060.070.080.09 0.1 0.11 0.120.130.140.1

~ Г Г Ґ ї~

50.160.170.180.19 (5.2

1.05 1.0475 1.045 1.0425 1.04 1.0375 1.035 1.0325 1.03 1.0275 1.025 1.0225 1.02 1.0175 1.015 1.0125 1.01 1.0075 1.005 1.0025

-і--------і----------1------1-------1-------1-------1-------1-------1-------1-------1-------1-------і---------1-----1-------1---------1------і-

3 1.311.321.331.341.351.361.371.381.39 1.4 1.41 1.421.43 1.441.451.461.47 1.4

.49 1.5

У(х)=(2.14+25*х)/ (1.456+252) У(х)=(2.33+25*х)/(1.627+25*х) У(х)=(2.05+25*х)/ (1.342+25*х) У(х)=(2.24+25*х)/ (1.513+25*х)

х х х х У(х)=(2.14+25*х)/ (1.399+25*х)

Рисунок 1 - Графическое решение уравнения (9) для различного числа отказов н (Т) н (Т2) при

увеличении срока службы с Т = 15 до Т1 = 25 лет

На рисунке 1 представлено графическое решение уравнения (9) для различного числа отказов Н(Ті) и Н(Т2) при увеличении срока службы с Ті = 15 до Ті = 25 лет.

Анализ решения (рисунок 1) позволяет сделать следующие выводы:

- экономический эффект ACj/АС наблюдаемый при увеличении срока службы с Т = 15 до Т1 = 25 лет

всегда больше единицы, т.е. затраты на эксплуатацию РВ в год АС при увеличении срока службы гарантированно сокращаются;

- значение, на которое сокращаются затраты АС , зависит от величины к , т.е от величины отношения эксплуатационных затрат, не связанных с безотказностью РВ к стоимости РВ;

- при к = 0...1,5 экономический эффект АС^/АС2 может принимать значения в диапазоне 1, 02...1, 53. Соответственно количество средств, высвобождаемых в результате увеличения срока службы с 15 до 25 лет, составит от 2 до 53%.

В заключении, отметим, что экономический эффект от перехода к эксплуатации по состоянию будет присутствовать только при условии линейного роста числа отказов, что согласно данных статистики достижимо в пределах сроков службы от 19 до 33 лет.

ЛИТЕРАТУРА

1. Животкевич И.Н., Смирнов А.П. Надежность технических изделий. - М.: Олита, 2003.

2. Смирнов И.И., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. - М.: Транспорт, 1987.

3. Бухаров, А.Е. К вопросу о возможности перевода авиационных радиовысотомеров к эксплуатации

по состоянию / Бухаров А.Е., Иофин А.А., Смирнова Г.И. // Надежность и качество: тр. междунар.

симп. в 2-х томах.

т. 1. - Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ, 2007. - С. 323-325.

4. Колегаев Р.Н. Определение оптимальной долговечности технических систем. - М.: Советское радио, 1967.

5. Колегаев Р.Н. Экономическая оценка качества и оптимизация системы ремонта машин. - М.: Машиностроение, 1980.

6. ОСТ В 4Г 0.012.022. Система организации работ в Министерстве по обеспечению надежности аппаратуры. Аппаратура радиоэлектронная. Методика оценки технико-экономической эффективности надежности.

7. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. Пер. с англ. - М.: Мир, 1980.