CC BY
330
2006 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА №108
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735.015
КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ В ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
ЮН. МАКИН, О.Г.ФЕОКТИСТОВА
В статье представлена система обслуживания и ремонта авиационной техники, основывающаяся на понятии энтропии. Показана необходимость учета факторов повышения экологической опасности от эксплуатации устаревшей авиационной техники
В процессе научного общения по вопросам состояния и перспектив развития системы технического обслуживания и ремонта авиационной техники (ТО и Р АТ), при переходе к рыночным принципам экономики и в связи с современным состоянием АТ имеют место аспекты на роль, место и будущее капитального ремонта, которые требуют более глубокого логического осмысления, поскольку формируют стратегию отрасли. Они сводятся к тому, что модульность конструкций, достижения в сфере обеспечения контролепригодности, равнопрочности и переход на эксплуатацию по состоянию постепенно сводит на нет такую форму ремонта, как капитальный. В [1,2] дан подробный анализ и доказана ошибочность подобной точки зрения. Но учебная литература не позволяет, с одной стороны, достаточно глубоко провести анализ “в глубь”, с другой - нельзя считать ее достаточной для широкого ознакомления научной общественности и специалистов авиационной отрасли с данной проблемой.
Любое техническое изделие является системой и, как всякая система, представляет собой множество объектов (сборочных единиц, деталей) с набором связей (соединений) между ними. В процессе эксплуатации и взаимодействия с окружающей средой система изменяет исходное состояние - повреждается. Накопление повреждений приводит к возникновению неисправности, когда она не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации. Накопление или рост неисправностей может вызвать отказ - нарушение работоспособности.
Неотвратимость указанного развития ситуации, почему-то подвергается сомнениям. Это формирует в умах не специалистов в области ТОиР ошибочное мировоззрение, которое, в свою очередь, создает негативное и предвзятое общественное мнение, результатом которого является полное отрицание капитального ремонта как формы обеспечения безопасности полетов АТ. Примеры налицо: из нового учебного плана подготовки инженеров специальности 160900 исчезли программы «Технология ремонта ЛА и АД» и «Ремонт ВС», курсовая работа по «Ремонту ЛА и АД».
Этими обстоятельствами определен характер статьи, направленный на поддержку незаслуженно забытого направления.
Понятие энтропия, широко известное из теплофизики, в настоящее время приобрело гораздо большую глубину и соответствует рангу концепции квалиметрии организованности системы.
А.А.Богданов в разработанной им всеобщей организационной науке тектологии емко определил понятие «организованная система» как «целое, практически большее суммы своих частей». Это означает, что качество системы больше суммы качеств входящих в нее подсистем, что связи, соединяющие объекты системы в единое целое, несут в себе дополнительное системное качество. В философии это закон «перехода количества в качество». В теории менеджмента этот феномен объясняет свойство неаддитивности больших систем: большая система не равна сумме подсистем в нее входящих.
Синергетика (теория самоорганизующихся структур, учение о самоорганизации сложных систем) расширяет понятие «энтропия» от привычной нам теплофизической величины, характеризующей тепловое состояние тела, до концептуального: энтропия - мера внутренней неупорядоченности системы.
Исходя из этого определения, второе начало термодинамики приобретает значение универсального общепризнанного всеобщего закона: при всех процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия либо возрастает или остается постоянной; возрастает - если процессы необратимые, постоянная - если обратимые. Энтропия закрытой системы остается постоянной, а открытой - возрастающей до максимального значения - наибольшей неупорядоченности, низкой степени организованности.
Технические конструкции активно взаимодействуют с окружающей средой и, следовательно, являются открытыми системами, обладающими свойствами целостности, поскольку изменение одной части системы вызывает изменение в других частях. Процесс эксплуатации идет в условиях прогрессирующей
изоляции: изменения приводят к постепенному переходу от целостности к суммативности. На бытовом уровне всеобщность закона повышения энтропии, наличия в природе разрушающей тенденции хорошо известна.
Неисправности обнаруживают и устраняют в условиях эксплуатации АТ и капитального ремонта на специализированных ремонтных заводах в процессе восстановления работоспособности. Термины "ремонт" и "восстановление" часто неверно применяют как синонимы. Восстановить АТ - означает привести ее свойства, утраченные в процессе эксплуатации, в состояние, соответствующее требованиям технических условий на его поставку. Ремонт АТ - комплекс организационных, технических и экономических мероприятий по предупреждению или устранению неисправностей и повреждений с целью сохранения или восстановления ее работоспособности. Эта формулировка объединяет мероприятия по ремонту как в процессе эксплуатации ЛА, так и на ремонтных заводах.
Эксплуатационные мероприятия преследуют цель поддержания работоспособности АТ в течение установленного ресурса. Мероприятия, проводимые при капитальном ремонте на специализированных авиаремонтных предприятиях, преследуют цель восстановления всех характеристик АТ, в том числе ресурса и надежности. Эти принципиальные различия с позиций энтропийного принципа показаны на рисунке.
Снижение энтропии конструкции АТ в процессе капитального ремонта на первый взгляд противоречит второму началу термодинамики. И здесь (помня слова д-ра техн. наук, проф. В.П.Фролова, что «Ремонт - система здравоохранения для машин») уместна аналогия с живыми организмами [3,4]. Живые организмы, несмотря на их старение, а значит увеличение энтропии, находятся в состоянии гомеостаза. Г омеостаз - способность организма сохранять равновесие своей внутренней среды в условиях постоянно изменяющейся окружающей среды, всегда основан на “норме реакций” - размах колебаний реакций организма на внешние воздействия без патологических отклонений. Одним из проявлений приспособительных реакций на действие повреждающих факторов окружающей среды является болезнь, которая, как известно, лечится. В живых организмах в ходе их роста и развития может происходить увеличение упорядоченности, которое, казалось бы, противоречит второму закону термодинамики. Организм постоянно совершает работу, растет, следовательно, общее количество свободной энергии в нем должно увеличиваться, но свободная энергия увеличивается лишь в изолированных системах. Внутри такой системы в ее живой части, то есть в организме, свободная энергия может увеличиваться, а энтропия соответственно уменьшаться, но при непременном условии одновременного ее увеличения в неживой части системы.
Показательная функция роста энтропии на рисунке обусловлена мультипликативностью систем, тем, что каждое эксплуатационное повреждение можно рассматривать как дискретно
Рисунок. Принципиальная разница мероприятий в эксплуатации и на специализированных авиаремонтных предприятиях: 8 постами и 8 снятия с жсплуатации - энтропия ЛА (степень внутренней неупорядоченности, дезорганизации, деградации системы; мера несоответствия системы квалиметрическим показателям качества; степень износа системы и т.д.) соответственно в состоянии поставки и снятия с эксплуатации по достижении опасного уровня; т - время эксплуатации; 1 - рост энтропии при отсутствии мероприятий в эксплуатации; 2 - рост энтропии при проведении мероприятий в эксплуатации; 3 - снижение энтропии при проведении мероприятий на специализированных авиаремонтных предприятиях;
4 - рост энтропии при послеремонтной эксплуатации
-внезапный отказ с экспоненциальной функцией интенсивности отказов. С другой стороны, статистический смысл энтропии выражается формулой Больцмана:
8 = к 1п ю, (1)
где к - постоянная Больцмана, а ю - статистический вес состояния, в котором находится система (число микроскопических состояний, которые его реализуют); чем больше ю, тем больше вероятность состояния. При неравновесных процессах система идет к более вероятностному состоянию. Мультипликативность, как фундаментальное свойство больших систем, заключается в том, что отрицательные процессы обладают свойством умножения, а не сложения; деструктивные процессы имеют очень выраженную тенденцию к самотеку и саморазрушению систем при отсутствии должного контролирующего и регулирующего действия со стороны объекта управления; положительные тенденции такой способностью не обладают. Как выразился В. Астафьев: “Мир, в котором с таким трудом удерживается все полезное и доброе, а безобразное, жадное, злое, является вроде бы сомо собой, расталкивая всех и вся, живет, совершенствуясь в силе и наглости”. Следовательно, в процессе “разрушения” конструкции должен насту-тить момент (точка перегиба), когда потенциальная функция переходит в логарифмическую и, в пределе, энтропия достигает своего максимума. В соответствии с принципом Ле-Шателье - Брауна, изменение параметров, выводящих систему из равновесия, сопровождается такими изменениями, которые стремятся свести на нет возмущающие изменения параметров. Возрастание фактора неравновесности до определенного порогового значения приводит к качественному изменению структуры, свойств и поведения системы.
Синергетика утверждает, что неравновесные состояния более высокоорганизованные, так как в них движущей силой процесса является не минимум свободной энергии, как это характерно для равновесных процессов, а минимум производства энтропии. С позиций синергетики целью “эксплуатационных мероприятий”, делающих кривую 1 на рисунке более пологой, например 2, как раз и является минимум производства энтропии. Теорема Гленсдорфа-Пригожина формулирует: состояние всякой линейной открытой системы с независимыми от времени краевыми условиями всегда изменяется в направлении уменьшения производства энтропии, пока не будет достигнуто состояние текущего равновесия, при котором производство энтропии минимально. Моисеев назвал это “принцип минимума диссипации энергии”.
Переход от кривых 1 и 2 к линии 3 на рисунке соответствует 8 - теореме Климонтовича: при критических фазовых переходах через пороговые значения управляющих параметров происходит скачкообразное уменьшение энтропии с уменьшением ее производства. С ростом управляющего параметра переформированная энтропия убывает, то есть имеет место процесс самоорганизации.
Следовательно, функционирование сложных систем (под ними подразумевается любая система, в том числе и конструкции) сопровождается затратами первоначально заложенного в нее качества, и, по мере того, как это качество расходуется для выполнения работы, часть ее становится неспособной к дальнейшей работе - поэтому система тяготеет к выходу из строя и поломке. Энтропия - единица измерения хаотичности (беспорядочности системы, степени ее деградации, утраты качества), энтропийный принцип показывает: чем больше роль случая, тем больше энтропия; по мере того, как конструкции изнашиваются, приходят в упадок и портятся, энтропия возрастает. Когда система становится более организованной и сложной, энтропия падает. Любая система склонна к износу, к утрате упорядоченности, к хаотичности.
Какими бы ни были совершенными формы ТО, как бы ни был минимален прирост энтропии в процессе эксплуатации, обязательно настанет момент, соответствующий теории хаоса, когда бесконечно малая неопределенность в начальных условиях может вести к огромной неопределенности в предсказании дальнейшего поведения, что по условиям эксплуатации по состоянию абсолютно недопустимо. И здесь обязательно встает уже не технический, а экономический вопрос - утилизация или капитальный ремонт?
Термин «капитальный ремонт» почему-то вызывает у авиационной общественности особенное отторжение. А ведь это всего лишь элемент классификации видов ремонта.
Классификация - особый случай применения логической операции деления объема понятий, предназначенная для постоянного использования в какой-либо науке и технике. Классификация видов ремонта изначально служила целям юридически грамотного назначения плановых количеств ремонта за установленный период времени.
В настоящий период ремонты не планируются, но роль классификационного членения продолжает оставаться актуальной. Это связано с тем, что принятая в 2000 году ИКАО поправка № 23 к Приложению 6 и в 2001 году поправка № 98 к Приложению 8 Чикагской Конвенции, определили ремонт АТ как составляющую часть технического обслуживания, причем, самостоятельной частью, поскольку Авиационными правилами (АП) Часть 145. «Ремонтные организации» и Руководством 145.1. «Процедуры сертификации ремонтных организаций» Авиационного Регистра Межгосударственного Авиационного Комитета установлен единый порядок сертификации ремонтных организаций и требования к выполнению ремонта (модификации) воздушных судов и их компонентов. Давая разрешение на ремонт, помимо вида техники, обязательно следует указывать, в каком объеме разрешено производство ремонтных работ. А для этого нужна четкая классификация.
Исторически привыкли, что изделия АТ подвергались планово-предупредительному капитальному ремонту. И эти разные классификационные термины (планово-предупредительный и капитальный) как бы “срослись” между собой. Поэтому прогрессивный переход на эксплуатацию по состоянию и отказ от предупредительного ремонта посчитали и отказом от “капитального” ремонта, что в корне не верно.
На самом деле это термины, принадлежащие к разным классификациям: “текущий ремонт”, “средний ремонт” и “капитальный ремонт” относятся к классификации по “глубине”
ремонтных работ. Термины: “планово-предупредительный ремонт”, “регламентированный ремонт” и “ремонт по состоянию” относятся к классификации по времени отхода изделия АТ в ремонт.
Во время “текущего ремонта” неисправности устраняются заменой поврежденных или изношенных деталей. При “среднем ремонте” восстановление эксплуатационных характеристик производится заменой изношенных или поврежденных деталей с их регулировкой и проверкой технического состояния остальных частей изделия с устранением обнаруженных неисправностей. “Капитальный ремонт” заключается в полной разборке изделия АТ, очистке, дефектации, в замене или восстановлении всех составных частей изделия, сборки и испытаний.
Поступающие в “ремонт по состоянию” самостоятельные модули ЛА подвергаются капитальному ремонту и можно констатировать, что ЛА в целом по сумме всех модульных ремонтов проходит капитальный ремонт, но он растянут по времени эксплуатации.
Только в процессе капитального ремонта возможно снижение энтропии до безопасного уровня посредством «раскрытия» системы конструкции в процессе разборки и очистки и информационноэнергетического насыщения подсистем и связей системы в технологических процессах восстановления и сборки.
Экологическая политика как государства в целом, так и составляющих его хозяйствующих субъектов заключается в охране окружающей среды и предотвращения ее загрязнения при сохранении баланса с социально-экономическими потребностями. При рассмотрении данных вопросов часто забывается геохимический экологический принцип, согласно которому использование конструкционных материалов в технологических процессах не должно нарушать распределение, рассеяние, концентрацию и миграцию химических элементов в земной коре и недрах земли. Нарушение этого закона вызывает ускоренный рост общей энтропии. При капитальном ремонте доля привлеченных исходных химических элементов составляет ничтожный процент по сравнению с процессом изготовления нового изделия. Экологическая «вредность» от загрязнений определяется масштабом технологических процессов и производства. При капитальном ремонте этот масштаб значительно ниже. Следовательно, при стратегическом планировании экологической политики необходимо помимо учета факторов повышения экологической опасности от эксплуатации морально и физически устаревшей авиационной техники учитывать и указанный геохимический принцип.
ЛИТЕРАТУРА
1. Макин Ю.Н. Основы общей теории авиаремонтного производства: Учебное пособие.- М.: МГТУ ГА, 2004.
2. Макин Ю.Н. Ремонт летательных аппаратов и авиационных двигателей: Пособие по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы.- М.: МГТУ ГА, 2005.
3. Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Деев А.И. Биофизика.- М.: Медицина, 1983.
4. Бочков Н.Л. Клиническая генетика.- М.: ГЕОТАР-МЕД, 2002.
THE MAIN REMOUNT AVIATION TECHNICS IN THE ECOIOGIC SISTEM
Makin U.N., Feoktistova O.G.
In this article introduce the system of maintenance and remount aviation technics with using entropiya notion.
Сведения об авторах
Макин Юрий Николаевич, 1952 г.р., окончил МАИ (1975), доктор технических наук, профессор МГТУ ГА автор более 70 научных работ, область научных интересов - общая теория авиаремонтного производства, моделирование технологических и производственных процессов ремонта, историография технологических процессов
Феоктистова Оксана Геннадьевна, окончила МИИГА (1988), кандидат технических наук, доцент МТУ ГА, автор 60 научных работ, область научных интересов - инженерная экология, экологическая безопасность технологических процессов ремонта АТ, математическое моделирование в экологии, экологические последствия аварий (катастроф).
