CC BY
375
2008 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 127
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735.017
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗАДАЧ КОНТРОЛЯ НАДЁЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
С.В. ДАЛЕЦКИЙ., Е.С. ДАЛЕЦКИЙ
Сформулированы задачи контроля надёжности изделий АТ в эксплуатации и определены условия решения этих задач относительно свойств надёжности и качеств конструкции ВС его систем и оборудования.
Надежность изделий авиатехники является основным их свойством, определяющим эксплуатационно-технические характеристики (ЭТХ) воздушных судов (ВС) в процессе эксплуатации. Соответственно и формирование ЭТХ ВС связано с контролем надежности изделий в эксплуатации для решения задач поддержания летной годности ВС при минимальных затратах труда, времени и средств на техническую эксплуатацию ВС. Учитывая, что работы по контролю состояния изделий авиатехники составляют до 80% общей трудоемкости работ при ТОиР ВС гражданской авиации, определение функциональных задач контроля надежности изделий авиатехники является необходимым условием оптимизации их режимов ТОиР и на этой основе улучшения ЭТХ ВС в целом.
Новый тип ВС поступает в эксплуатацию с эксплуатационными качествами, заданными типовой конструкцией, ожидаемыми условиями эксплуатации и начальной системой технического обслуживания и ремонта (С ТОиР), которая должна обеспечивать:
- подготовку ВС к полетам;
- поддержание уровня безотказности изделий АТ, обусловленную требованиями к безопасности и регулярности полетов;
- поддержание заданных уровней долговечности изделий.
Улучшение ЭТХ ВС при заданных конструктивных качествах ВС возможно повышением эффективности выполнения указанных задач системы ТОиР, из которых все в той или иной степени связаны с контролем надежности изделий в эксплуатации. Таким образом, оптимизация задач контроля надежности непосредственно связана с оптимизацией системы ТОиР и соответствующих ЭТХ ВС в целом.
ГОСТ 27.002 определяет надежность как «Свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки». Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Эти свойства также определены стандартом:
безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки;
долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе ТОиР;
ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения ТОиР.
Координация указанных свойств надежности с задачами системы ТОиР ВС и определяет функциональные задачи контроля надежности изделий АТ в эксплуатации.
В практике эксплуатации ВС под надежностью изделий АТ обычно понимаются свойства их безотказности, ранжированные по последствиям влияния конкретных видов отказов на безопасность полетов ВС в целом. Обеспечение долговечности изделий АТ является самостоятель-
ной задачей, которая решается в рамках исследовательских работ по обеспечению ресурсов и сроков службы ВС, его систем изделий и оборудования. Свойства ремонтопригодности изделий АТ обычно реализуются через показатели эксплуатационной и ремонтной технологичности (ЭТ и РТ), характеризующие приспособленность конструкции ВС, систем изделий и оборудования к выполнению работ в системе ТОиР в соответствии с эксплуатационной и ремонтной документацией, устанавливающей режимы и технологии их выполнения.
Но, рассматривая свойства надежности для изделий АТ в комплексе, функциональные задачи контроля этих свойств определяются следующим образом.
Безотказность изделий АТ является основным свойством надежности, контролируемым в процессе эксплуатации ВС при выявлении всех видов отказов изделий АТ с целью определения закономерностей их появления:
- для подтверждения расчетных параметров безотказности каждого типа изделий АТ по их влиянию на безопасность полетов, принятых при проектировании и изготовлении ВС;
- для разработки мероприятий по устранению причин появления новых опасных видов отказов и неисправностей изделий АТ;
- для корректировки режимов профилактики и контроля состояния изделий АТ (корректировка ремонтных работ и технологий их выполнения);
- для обоснования и подтверждения ресурсов и сроков службы изделий АТ и ВС в целом;
- для обоснования и подтверждения безресурсной эксплуатации изделий АТ (эксплуатация по техническому состоянию);
- для обоснования, подтверждения и улучшения ЭТХ ВС, обусловленных эксплуатационной и ремонтной технологичностью изделий АТ и ВС в целом, при проведении работ по контролю и восстановлению технического состояния.
Долговечность изделий АТ является основным свойством надежности, контролируемым в процессе эксплуатации ВС для решения следующих задач:
- обоснования, подтверждения и увеличения ресурсов и сроков службы АТ и конструкции ВС, эксплуатирующихся по безопасному ресурсу;
- обоснование и подтверждение сроков появления и видов безопасных повреждений изделий АТ и конструкции ВС, эксплуатирующихся до безопасного повреждения;
- обоснование и подтверждение гамма-процентных ресурсов изделий АТ, эксплуатирую-
щихся до безопасного отказа.
При решении указанных задач контроля долговечности изделий АТ и ВС в целом одновременно решаются задачи системы ТОиР ВС, связанные с необходимостью плановой замены и ремонта изделий АТ по отработке ресурсов и сроков службы или внеплановой замены и ремонта изделий АТ при их отказе с учетом принятых методов их технической эксплуатации, а именно:
- техническая эксплуатация до выработки ресурса - ТЭР;
- техническая эксплуатация до предотказного состояния - ТЭП;
- техническая эксплуатация до безопасного отказа - ТЭО.
Ремонтопригодность изделий АТ является основным свойством надёжности, контролируемым в процессе эксплуатации ВС с целого обоснования и подтверждения принятых технологий ТОиР. Очевидно, что ремонтопригодность как самостоятельное понятие в системе ТОиР ВС не имеет смысла в отрыве от принятых методов технической эксплуатации изделий АТ, их показателей безотказности и долговечности и видов работ ТОиР, выполняемых в эксплуатации на этих изделиях АТ.
Указанные функциональные задачи контроля надежности должны решаться в процессе летной и технической эксплуатации ВС бортовыми и наземными средствами контроля для обеспечения безопасной эксплуатации и сохранения летной годности ВС, при минимальных затратах труда, времени и средств, что требует определенной оптимизации контроля в параметрах «безопасность - экономичность», где безопасность эксплуатации ВС является необходи-
мым условием использования ВС по назначению, а экономичность определяет эффективность этого использования. Рассмотрим потребность различных изделий АТ и методов их технической эксплуатации в реализации функциональных задач контроля надёжности АТ.
Методы технической эксплуатации изделий АТ требуют выполнения следующих плановых работ: ТЭР - контроля наработки; ТЭП - контроля, оценки и прогнозирования технического состояния; ТЭО - контроля работоспособности и оценки безотказности. При всех методах еще необходим и контроль отказов, влияющих на безопасность полетов, который может выполняться непрерывно или периодически, в полете или на земле при ТО. Группы работ по контролю состояния изделий АТ, их целевое назначение и коды приводятся в табл. 1.
Таблица 1
Г руппы и целевое назначение работ по контролю состояния изделий АТ
Вид работ Г руппы работ Целевое назначение Коды
1. Визуальный контроль без применения инструментальных средств. Выявление внешних механических повреждений и разрушений изделий и взаимного положения. 111-119
2. Визуальный контроль с применением инструментальных средств. Выявление внешних механических повреждений элементов изделий с установлением параметров. 121-129
3. Автоматизированный контроль работоспособности. Выявление отказанных состояний и параметрическая оценка способности систем и изделий выполнять заданные функции. 131-139
Контроль техниче- ского состояния 4. Проверка функционирования систем и изделий с помощью бортовых средств или наземной аппаратуры. Выявление отказных состояний и непараметрическая оценка работоспособности. 141-149 150-159
5. Контроль и измерение параметров состояния изделий на борту ВС или лаборатории. Определение соответствия изделий требованиям нормативно-технической документации и проверка способности выполнять заданные функции. 161-169 171-179
6. Проверка систем и изделий, работающих с избыточным давлением. Определение герметичности и проверка способности выполнять заданные функции. 181-189
7. Неразрушающие методы контроля. Выявление скрытых повреждений и структурных изменений в материалах или изменений в геометрических раз-мерах и физических свойствах. 191-199
8. Контроль параметров безотказности, долговечности, эксплуатационной и ремонтной технологичности. Проверка способности изделий выполнять заданные нормативы по безотказности, долговечности, ЭТ и РТ. 101-102
Принятая классификация работ ТОиР, выполняемых на АТ (ГОСТ 28056) определяет три вида:
- контроль технического состояния (код 100);
- технологическое обслуживание (код 200);
- поддержание и восстановление надежности (код 300).
Каждый вид работ делят на группы по общности технологических признаков работ, а группы работ делят на подгруппы, уточненные по характеру выполняемых на ВС работ.
С другой стороны, изделия АТ классифицируются на обслуживаемые и необслуживаемые, восстанавливаемые и невосстанавливаемые [1], что позволяет в сочетании с классификацией работ дать следующее определение свойства надежности изделий АТ взамен понятия «ремонтопригодность»:
- эксплуатационная технологичность (ЭТ) - технологичность конструкции изделия АТ к выполнению работ технологического обслуживания;
- ремонтная технологичность (РТ) - технологичность конструкции изделия АТ к выполнению работ по поддержанию или восстановлению надежности;
- контролепригодность (КП) - свойство изделия АТ, характеризующее его приспособленность к проведению работ по контролю технического состояния заданными средствами.
Данные определения стандартизированы в отрасли ГА, не противоречат стандартам общего машиностроения и ставят каждое понятие в соответствие одному виду работ, что определяет конкретное место и роль этих понятий в системе технической эксплуатации ВС ГА, при этом понятие «ремонтопригодность» исключается, а его функции в системе свойств надежности переходят к понятиям эксплуатационная и ремонтная технологичность.
Понятие «обслуживаемость» увязано только с работами технического обслуживания, поэтому только обслуживаемое изделие должно обладать качествами эксплуатационной технологичности, которые определяют приспособленность ВС к ожидаемым условиям эксплуатации и не связаны с летной годностью и исправностью ВС.
Понятие «восстанавливаемость» увязано только с работами по поддержанию и восстановлению надежности, поэтому только восстанавливаемое изделие должно обладать качествами ремонтной технологичности, которые определяют приспособленность изделия как составной части ВС к выполнению этих работ в ожидаемых условиях эксплуатации ВС.
Понятие «контролепригодность» увязано только с работами по контролю технического состояния, которые являются общими для всех изделий АТ. Потребность изделий в этих работах определяется требованиями к летной годности ВС в процессе эксплуатации, которые, в зависимости от характеристик надежности изделий и последствий отказов, формируют требования к контролю по глубине, достоверности, режимам, методам и технологиям. Согласно действующим нормативам ВС, допускаемое к полету, должно быть полностью исправно или, при наличии отказов и неисправностей, они должны входить в перечень допустимых при вылете (ММЕЬ/МЕЬ), но в обоих случаях для принятия решения о допуске ВС к полету требуется информация о техническом состоянии ВС, получаемая по результатам контроля.
Комплекс указанных определений с единых методических позиций позволяет формировать потребность изделий АТ в работах ТОиР, связанных с контролем, поддержанием и восстановлением надежности. С этих позиций ВС в целом рассматривается как объект эксплуатации, летная годность и готовность которого к применению обеспечивается выполнением работ ТОиР на отдельных его элементах (системах, изделиях, узлах, деталях). В ВС как объекте ТОиР выделены две группы элементов: конструктивные и неконструктивные*:
1. Конструктивный элемент (Е) - отдельное, входящее с состав изделие (агрегат, блок, узел, деталь), представленное физически отделяемыми образцами.
2. Неконструктивный элемент (О) - физически не отделяемые элементы, обеспечивающие необходимую активную связь или функционирование конструктивных элементов и представленные в виде распространенного представительства материальной сущности или зафиксированного труда.
Очевидно, что элементы любой группы могут быть как обслуживаемые, так и необслуживаемые, но относительно потребности в работах по поддержанию и восстановлению надежности в каждой группе могут быть выделены следующие категории:
Е1 - невосстанавливаемые, несменяемые элементы, которые с заданной вероятностью отработают ресурс (срок службы) до списания ВС;
Е2 - невосстанавливаемые, сменяемые элементы, которые с заданной вероятностью потребуют периодической замены при отработке ресурса (срока службы) до списания ВС;
Е3 - восстанавливаемые, несменяемые элементы, которые с заданной вероятностью отработают ресурс (срок службы) до списания ВС при условии периодического восстановления;
Е4 - восстанавливаемые, сменяемые элементы, которые с заданной вероятностью потребуют периодического восстановления и периодической замены при отработке ресурса (срока службы) до списания ВС;
* Далецкий С.В. Проектирование системы технического обслуживания и ремонта воздушных судов гражданской авиации. - М.: МАИ, 2001.
01 - невосстанавливаемые элементы, которые с заданной вероятностью сохранят свои свойства при отработке ресурса (срока службы) до списания ВС;
02 - восстанавливаемые элементы, которые с заданной вероятностью потребуют полного возобновления своих свойств при отработке ресурса (срока службы) до списания ВС;
03 - восстанавливаемые элементы, которые с заданной вероятностью потребуют частичного возобновления своих свойств при отработке ресурса (срока службы) до списания ВС;
04 - восстанавливаемые элементы, которые с заданной вероятностью потребуют периодического частичного возобновления и периодического полного возобновления своих свойств при отработке ресурса (срока службы) до списания ВС.
Для конструктивных элементов критерием их годности к применению является нормативное значение функции надежности (Рн), которая в общем случае монотонно убывает при увеличении наработки. Годность неконструктивных элементов характеризуется нормативным значением параметра качества (Пн), зависимость которого от наработки, может быть произвольного вида.
Классификация конструкции, изделий и оборудования современных типов ВС гражданской авиации, находящихся в эксплуатации, и на этапах разработки приводится в табл. 2 и 3, а их потребность и приспособленность к проведению работ по контролю, поддержанию и восстановлению надежности и наличия свойств ЭТ, РТ приводится в табл. 4.
Из приведенных определений и классификации элементов формулируются следующие заключения.
Элементы Е1 не имеют потребности к восстановлению и соответственно не нуждаются в свойствах РТ. Отказ таких элементов должен классифицироваться как событие крайне маловероятное (Х=10"7 ^10"9 1/час полета). Однако элементы Е1 являются основными в конструкции ВС и его систем и случайный отказ таких элементов наиболее опасен по возможным последствиям, поэтому в процессе эксплуатации допустим контроль работоспособности или исправности элементов Е1 с целью выявления возможных конструктивных и производственных недостатков или случайных повреждений при нарушении ожидаемых условий эксплуатации.
Элементы Е2 имеют потребность в периодической замене, которая может выполняться как планово, через интервалы наработки, так и внепланово, по результатам контроля состояния. Замена элементов Е2 восстанавливает летную годность ВС, поэтому РТ не определяет эксплуатационных качеств таких элементов. После замены элементы Е2 могут восстанавливаться или списываться, что определяется только из экономических и организационных соображений. В эксплуатации должна контролироваться наработка или состояние элементов Е2 для определения моментов замены, а также может выполняться контроль исправности (работоспособности) для выявления случайных отклонений в техническом состоянии.
Элементы Е3 периодически восстанавливаются, поэтому должны обладать свойствами РТ, показатели которой определяют эксплуатационные качества этих элементов в системе ТОиР ВС. Восстановление этих элементов может выполняться планово или внепланово, поэтому в процессе эксплуатации должна контролироваться их наработка или техническое состояние для определения моментов замены, и может проводиться контроль исправности (работоспособности) для выявления случайных отклонений в техническом состоянии.
Элементы Е4 являются наиболее слабыми по долговечности и стабильности эксплуатационных качеств и имеют потребность в периодическом восстановлении и замене на новое. Эти элементы должны обладать высоким уровнем РТ, обеспечивающим выполнение работ по восстановлению и замене.
Для определения моментов восстановления и замены элементов Е4 необходим контроль наработки и технического состояния, а также допустим контроль исправности (работоспособности) для выявления случайных отклонений в техническом состоянии.
Характеристики элементов группы О в целом аналогичны элементам группы Е относительно свойств их надежности. Применение указанных классификаций элементов и видов работ для
изделий АТ позволяет ранжировать функциональные задачи контроля надежности в зависимости от вида элементов (табл. 4), а также определять виды и объем этих работ в зависимости от методов эксплуатации изделий АТ, которые включаются в регламент технического обслуживания ВС (рисунок). Учитывая, что РО является основным документом, определяющим объем и периодичность работ, выполняемых на ВС в процессе эксплуатации, применение изложенных положений позволяет определить основные объемы работ по контролю состояния выполняемых на ВС, что в свою очередь определяет такие свойства надежности ВС как эксплуатационная и ремонтная технологичность.
Таблица 2
Укрупненная классификация изделий и оборудования ВС по категориям конструктивных элементов
Эле- мент Изделия, агрегаты, узлы и детали конструкции планера, систем и оборудования ВС
Е1 Базисные элементы конструкции планера (лонжероны, балки, силовые шпангоуты и нервюры, силовые элементы центроплана, кессоны крыла, узлы стыковки крыла, киля, стабилизатора с фюзеляжем м т.д.). Несъемное оборудование систем ВС (кронштейны, трубы, качалки, фитинги). Несъемное оборудование АиРЭО (жгуты электропроводки, монтажные жгуты, антенны и т.д.).
Е2 Неремонтопригодные элементы планера с ограниченным ресурсом (направляющие, съемные кронштейны, фитинги, подшипники, узлы навески крышек люков). Неремонтопригодные агрегаты систем (штуцера, горловины, датчики, троса, тяги, короба, концевые выключатели, преобразователи, антенные блоки, индикаторы, датчики, АЗС и т.д.), остекление.
Ез Не силовые элементы планера (обшивки негерметичных частей, зашивки, зализы, законцов-ки); ремонтопригодные агрегаты систем (трубы СКВ, СРД, ПОС, распределительные устройства, эл. разъемы и т.д.)
Е4 Ремонтопригодные изделия и агрегаты систем (насосы, приводы, краны, агрегаты шасси); ремонтопригодное оборудование АиРЭО (комплексы, передатчики, приемники, РЛС, антенны). Бытовое оборудование, светотехническое оборудование, двигатель.
Таблица 3
Укрупненная классификация соединений, сборок, рабочих тел и покрытий ВС по категориям неконструктивных элементов
Эле- мент Соединения, сборки, рабочие тела и покрытия изделий, систем и оборудования ВС
01 Стыковые соединения силовых элементов планера (центроплана с фюзеляжем, крыла, киля и стабилизатора), стенки с полками лонжеронов, балок, шпангоутов, заклепочные швы герметичных частей фюзеляжа и киля, узлы крепления несъемного оборудования систем ВС (шасси, управления СКВ, СРД, ПОС бытового, грузового и т.д.), оборудования АиРЭО (жгутов, антенн, приборов) на планере.
02 Ремонтопригодные стыковые соединения силовых элементов конструкции планера, полностью заменяемая смазка в изделиях самолетных систем и оборудования, бытовое оборудование (облицовка салонов, крепления коробов, панелей), полностью восстанавливаемые защитные лакокрасочные покрытия и герметики, ремонтные регулировки изделий и оборудования.
Оз Подтяжка заклепочных швов конструкции планера, выборка люфтов соединений элементов конструкции, подкраска, восстановление покрытий, регулировка в узлах управления, крепления в люках, створках.
04 Рабочая жидкость гидросистемы и маслосистемы силовой установки, спецжидкости и газы, винтовые соединения в съемных элементах планера (зашивки, зализы, законцовки) регулировки заменяемых или снимаемых с ВС изделий и оборудования самолетных систем и АиРЭО, мягкий инвентарь бытового оборудования, все виды соединений, стыковок и крепления съемных агрегатов и изделий самолетных систем, АиРЭО, планера.
Таблица 4
Потребность элементов в работах по контролю восстановления и характеристиках эксплуатационной и ремонтной технологичности
Эле- мент Вид элемента Приспособленность к работам Характеристики
По восстановлению По замене По контролю ЭТ РТ КП
Наработки Исправ- ности Работоспо- собности
Е1 обслуживаемый - - - + - + - +
Е1 необслуживаемый - - - - + - - +
Е2 обслуживаемый - + + + + + - +
необслуживаемый - + + + + - - +
Ез обслуживаемый + - + + - + + +
необслуживаемый + - + - + - + +
Е4 обслуживаемый + + + + + + + +
необслуживаемый + + + + + - + +
01 обслуживаемый - - - + - - - +
необслуживаемый - - - + - - - +
°2 обслуживаемый + + + + + + + +
необслуживаемый + + + + + - + +
°з обслуживаемый + - + + - + + +
необслуживаемый + - + - + - + +
°4 обслуживаемый + + + + + + + +
Метод Виды работ Условия выполнения Решение
ТЭР Контроль наработки По наработке самолета Не включать в РО
Индивидуально Включить в РО отдельным пунктом
Контроль состояния Совместно с системой Включить в РО по системе в целом
Индивидуально Включить в РО отдельным пунктом
Замена по отработке ресурса Комплектно с системой Не включать в РО
Индивидуально Включить в РО совместно с контролем наработки
ТЭП Контроль состояния Совместно с системой Включить в РО по системе
Индивидуально Включить в РО отдельным пунктом
Оценка состояния Совместно с системой Включить в РО совместно с контролем системы
Индивидуально Включить в РО совместно с контролем изделия
Прогнозирование состояния Совместно с системой Включить в РО совместно с контролем системы
Индивидуально Включить в РО совместно с контролем изделия
ТЭО Контроль работоспособности Совместно с системой Включить в РО по системе
Индивидуально Включить в РО отдельным пунктом
Оценка безотказности По парку в целом Не включать в РО
По авиапредприятию Включить в приложение РО
Рисунок. Схема формирования регламентных работ по контролю надёжности
GARAUNTEE OF AERONAUTICAL PRODUCTS RELIABILITY CONTROL FUNCTIONAL TASKS
DURING IT’S OPERATION
Daletskiy S.V., Daletskiy E.S.
The problems of reliability control of aviation engineering units are formulated at maintenance and the conditions of their decisions are defined relative to characteristics of reliability and quality of aircraft structure, its systems and equipment.
Сведения об авторах
Далецкий Станислав Владимирович, 1944г.р., окончил МАИ (1969), доктор технических наук, академик Российской академии транспорта и Российской академии проблем качества, заслуженный работник транспорта РФ, почётный авиастроитель РФ, начальник отдела Государственного научно - исследовательского института гражданской авиации (Гос НИИ ГА), автор более 100 научных работ, область научных интересов - проектирование, испытания и эксплуатация воздушных судов гражданской авиации.
Далецкий Евгений Станиславович, 1980г.р., окончил МАИ (2004), аспирант МГТУ ГА, ведущий инженер ОАО «Аэрофлот», автор 5 научных работ, область научных интересов - информационное обеспечение процессов эксплуатации ВС и контроль надежности авиатехники.
