CC BY
176
УДК 629.735
ПОСТРОЕНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ НАЗЕМНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В ШТАТНОЙ СИТУАЦИИ
Ю.М. ЧИНЮЧИН, К.Н. ДОДОНОВ
В статье рассматриваются принципы построения технологических графиков обслуживания ВС с использованием имитационных моделей производственных процессов в аэропортах ГА.
Ключевые слова: производственная деятельность авиапредприятий ГА, имитационная модель.
Одной из ключевых задач авиатранспортной системы является повышение эффективности эксплуатации воздушных судов. Это связано в первую очередь с увеличением налёта ВС в течение суток и, как следствие, с сокращением продолжительности обслуживания ВС на земле. Обслуживание ВС на земле является функцией служб аэропортового комплекса, направленной на обеспечение выполнения полётов ВС (СПП). Для выполнения указанной функции в аэропорту формируется система наземного обслуживания ВС, включающая в себя подсистему обслуживания ВС в оперативном цикле эксплуатации. Данная подсистема предназначена для поддержания лётной годности ВС при его использовании по назначению, а также для комплексной подготовки ВС к полёту при выполнении конкретного рейса. Вопросы, связанные с периодическим техническим обслуживанием ВС и восстановлением его лётной годности при временном отстранении ВС от полётов, в настоящей статье не рассматриваются.
Основой функционирования системы наземного обслуживания ВС в оперативном цикле эксплуатации (далее - НОВС) является планирование работ по обслуживанию ВС, выполняющих полёты в течение суток. Результатом планирования является производственный план работы аэропорта. Такой план должен составляться для каждой службы и подразделения аэропорта, а также для каждого исполнителя работ по обслуживанию ВС (авиарейсов). В этом случае производственный план будет содержать перечень рейсов, обслуживаемых конкретной службой аэропорта (исполнителем работ) в течение суток, с указанием времени выполнения технологических операций, применяемых средств механизации и оборудования и других необходимых характеристик. Предлагаемый подход позволяет более эффективно организовывать выполнение работ по обслуживанию авиарейсов, а также осуществлять контроль за выполнением указанных работ и оперативное управление производственным процессом. Это достигается за счёт разбиения единого производственного процесса на элементарные составляющие - технологические операции.
Планирование работы системы НОВС направлено на повышение эффективности её функционирования, которое предполагает сокращение продолжительности подготовки ВС к полёту, уменьшение затрат на наземное обслуживание ВС, обеспечение реализации максимальной пропускной способности аэропортового комплекса и увеличение суммарного налёта ВС авиакомпаний.
Исходными данными для формирования производственного плана работы аэропорта являются характеристики ВС (которые могут быть приняты и обслужены в данном аэропорту), перечень технологических операций, выполняемых при обслуживании ВС, параметры рейсов, запланированных на расчётный период (сутки), а также характеристики наземной базы аэропорта (например, пропускная способность аэровокзала, производительность используемых топливозаправщиков и т.д.). Отметим, что перечень и параметры авиарейсов, требующих обслуживания в течение суток, содержатся в суточном плане полётов ВС для конкретного аэропорта (СПП). Таким образом, каждый авиарейс представляет собой требование на обслуживание ВС, которое должно быть удовлетворено системой НОВС аэропорта с использованием имеющихся
у него обслуживающих аппаратов (технических перронных бригад, средств механизации и других). Данное утверждение позволяет использовать для создания аналитической модели процесса функционирования системы НОВС элементы теории массового обслуживания.
Основным элементом производственного плана работы аэропорта является технологический график обслуживания ВС, в соответствии с которым осуществляется оперативное планирование и управление процессом подготовки ВС к полёту. В технологическом графике содержится перечень, объём, последовательность и продолжительность работ по обслуживанию ВС, а также указываются используемые при этом ресурсы. Таким образом, технологический график является наглядной формой представления технологии обслуживания ВС, включающей комплекс операций по обслуживанию пассажиров и обработке их багажа, обработке груза и почты, техническому обслуживанию ВС и т.д. Каждый технологический график позволяет определить последовательность выполнения операций и их взаимосвязь, а также вычислить необходимое количество ресурсов для обслуживания ВС в соответствии с графиком. Совокупность технологических графиков, сформированная в соответствии с СПП, позволяет определить последовательность обслуживания рейсов и возможные совпадения различных процессов во времени («накладки»), а также рассчитать потребность производственного процесса в ресурсах аэропорта. Аналогичный анализ можно провести для каждой службы (подразделения) аэропорта, в результате которого будет составлен план работы данной службы и определено необходимое количество ресурсов, которыми она должна располагать.
В настоящее время технологические графики обслуживания ВС разрабатываются для каждого типа ВС на этапе предварительного планирования работы аэропорта, однако более рациональным представляется построение технологических графиков в интерактивном режиме при оперативном планировании и управлении процессом комплексной подготовки ВС к полёту. Это связано с возможными изменениями характеристик ВС, параметров обслуживаемых рейсов и состояния наземной базы аэропорта в реальных условиях. В частности, для выполнения конкретного рейса может быть назначено воздушное судно другого типа взамен неисправного самолёта, возможно изменение коммерческой загрузки рейса или изменение перечня технологических операций, выполняемых при его обслуживании. Задачу построения технологических графиков при оперативном планировании процесса обслуживания авиарейсов удобно решать с использованием ЭВМ и специализированных программных продуктов. Однако предварительно необходимо разработать модель исследуемого процесса.
Моделирование процесса функционирования системы НОВС может осуществляться двумя способами, каждый из которых позволяет решать задачу оперативного планирования и управления наземным обслуживанием ВС в определённой постановке. Выбор способа моделирования осуществляется лицом, принимающим решения (диспетчером ПДСП; диспетчерами служб или подразделений аэропорта, задействованных в процессе подготовки ВС к полёту) в соответствии с конкретными производственными условиями.
В процессе моделирования учитывается стохастический характер функционирования системы НОВС, то есть возможные отклонения фактического времени прибытия и отправления ВС от плановых значений, предусмотренных СПП; отклонение фактической продолжительности обслуживания ВС на перроне от расчётной, установленной технологическим графиком; случайные колебания длительности использования спецтехники при выполнении технологических операций; возможные отказы авиационной наземной техники; потеря работоспособности авиационными специалистами и т. д.
Первый способ построения модели функционирования системы НОВС предполагает рассмотрение процесса обслуживания одного авиарейса как единой операции, для выполнения которой используются ресурсы (технические перронные бригады, авиационная наземная техника), входящие в состав так называемого «комплекса ресурсов». При этом технологический график обслуживания авиарейса не разбивается на отдельные операции и конкретные виды ресурсов, необходимые для их выполнения. Такой подход позволяет составлять производственный
план работы авиапредприятия в соответствии с действующим СПП. В этом случае исполнителями работ являются «комплексы ресурсов», а производственный план определяет последовательность обслуживания рейсов конкретными «комплексами ресурсов» и потребность аэропорта в них. Таким образом, построенная модель процесса функционирования системы НОВС позволяет решать задачи оперативного планирования и управления наземным обслуживанием ВС в самом общем виде. Тем не менее, описанный способ построения модели даёт возможность вычислить основные показатели эффективности функционирования системы НОВС, например: вероятность обеспеченности каждого авиарейса «комплексами ресурсов», необходимыми для его обслуживания; среднее время задержки авиарейса в связи с нехваткой «комплексов ресурсов»; коэффициент использования «комплексов ресурсов», которыми располагает авиапредприятие. Проведённый таким образом анализ эффективности функционирования системы НОВС позволяет разработать рекомендации по корректировке СПП.
Второй способ построения модели функционирования системы НОВС предполагает разделение процесса обслуживания ВС на конкретные технологические операции с указанием используемых для их выполнения ресурсов. В этом случае производственный план, формируемый на основании СПП, содержит последовательность операций, выполняемых конкретной единицей ресурса ] при обслуживании каждого рейса. Другими словами - это последовательность рейсов с указанием конкретной операции, выполняемой данной единицей ресурса. Производственный план также позволяет определить потребность аэропорта в ресурсах каждого вида. Построенная модель функционирования системы НОВС используется при формировании сменно-суточного задания для конкретной единицы каждого ресурса аэропорта. В случае нехватки ресурсов имитационная модель используется для определения оптимальной последовательности обслуживания рейсов (выполнения операций), а также при разработке рекомендаций по корректировке СПП.
Установление последовательности выполнения операций в рамках технологического процесса обслуживания ВС и последовательности обслуживания авиарейсов в рамках СПП предполагает определение момента, относительно которого будет производиться отсчёт времени. При подготовке ВС к полёту в качестве такого момента целесообразно использовать время отправления ВС, а при выполнении послеполётного обслуживания - время прибытия ВС. Очевидно, что моделирование процесса обслуживания ВС, выполняющего транзитный или оборотный рейс, может осуществляться как по времени прибытия, так и по времени отправления ВС. Однако отметим, что в этом случае именно время прибытия ВС является моментом поступления ВС на обслуживание. Тогда имитационная модель позволяет определить время отправления ВС с учётом минимальной продолжительности его обслуживания. Если полученное расчётным путём время отправления ВС окажется меньше запланированного, необходима корректировка СПП, что также осуществляется с использованием данной модели.
Как уже отмечалось, процесс функционирования системы НОВС имеет стохастический характер и сопровождается всевозможными отклонениями от СПП ВС и производственного плана работы авиапредприятия. Следовательно, функционирование системы НОВС может осуществляться в различных условиях, которые необходимо учитывать при моделировании этого процесса. К наиболее характерным условиям относятся:
1) штатная ситуация, характеризуемая точным выполнением установленного суточного плана полётов ВС в аэропорту;
2) нештатная ситуация, характеризуемая нехваткой ресурсов аэропорта для обеспечения выполнения установленного СПП, а также внесением в СПП непредусмотренных рейсов, требующих своевременного обслуживания;
3) сбойная ситуация, характеризуемая нарушением производственных планов работы авиапредприятия в целом, прекращением приёма и выпуска ВС и другими признаками.
Модель процесса наземного обслуживания ВС в штатной ситуации представлена на рис. 1. В данной модели планирование работы системы НОВС производится для периода ТБАЗ, а обслуживание ВС осуществляется с использованием «комплексов ресурсов» аэропорта.
Продолжительность обслуживания ВС Тпроц ш, выполняющего 1-й рейс, зависит от характера и объёма выполняемых при этом работ и производительности авиационной наземной техники, входящей в состав «комплексов ресурсов» И. Кроме того, данная величина определяется совершенством технологий выполнения работ по обслуживанию ВС, качеством планирования наземного обслуживания и эффективностью управления производственными процессами, что влияет на продолжительность отдельных операций, входящих в состав технологического цикла (в данной модели не рассматривается).
Из рис. 1 следует, что для выполнения своевременного (в течение ТБАЗ) обслуживания входного потока требований авиапредприятие должно располагать тремя «комплексами ресурсов» (V = 3). В этом случае наработка Ь-го «комплекса ресурсов» в течение рассматриваемого периода определяется по формуле
п
ТНАРк = ^ ТПРОЦ1к, (1)
г=1
где Тпгоц ш - продолжительность обслуживания ВС, выполняющего 1-й рейс, с использованием Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта.
Сумма наработок Ь-х «комплексов ресурсов» в течение рассматриваемого периода представляет собой общую наработку всех «комплексов ресурсов» V, которыми располагает авиапредприятие и использует в процессе наземного обслуживания ВС
V
ТПАРУ = ^ ТНАРк. (2)
к=1
Абсолютная продолжительность простоя Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта в течение рассматриваемого периода определяется по формуле
Т1ПРОСТ и = Тбаз - Тнар и. (3)
Отметим, что в качестве рассматриваемого периода ТБАЗ обычно используются одни сутки (24 часа), однако базовое время может принимать и другие значения, например: ТБАЗ = 12 часов; Тбаз = 8760 ч.
Относительная продолжительность простоя Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта определяется по формуле
Т2ПРОСТ и = Тнар v - Тнар ь. (4)
С помощью построенной имитационной модели и рассчитанных показателей можно определить эффективность функционирования системы НОВС, используя следующие относительные характеристики:
1) коэффициент наработки Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта относительно рассматриваемого периода
К1 нар и = (Тнар и / Тбаз) х 100% ; (5)
2) коэффициент наработки И-го «комплекса ресурсов» аэропорта относительно суммарной наработки всех «комплексов ресурсов»
К2нар ь = (Тнар ь / Тнар v) х 100% ; (6)
3) коэффициент простоя Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта относительно рассматриваемого периода
К1прост ь = (Тпрост ь / Тбаз) х 100% ; (7)
4) коэффициент простоя Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта относительно суммарной наработки всех «комплексов ресурсов»
К2прост ь = (Тпрост ь / Тнар v) х 100% . (8)
Транзитный
Транзитный
Начальный
Начальный
Конечный
9.00
2 3
V, шт.
10.00
11.00
12.00
13.00
Начальный
Транзитный
Транзитный
Тпроц ш
•4-►
Тпрост ь
■4-►
Конечный
Начальный
Тбаз
Т, ч
1
Ь
Рис. 1. Имитационная модель процесса функционирования системы НОВС в штатной ситуации при обслуживании ВС с использованием «комплексов ресурсов» аэропорта
Таким образом, основными показателями эффективности функционирования системы НОВС, которые вычисляются с использованием имитационной модели, являются:
1) V - необходимое количество «комплексов ресурсов», которыми должно располагать авиапредприятие для обеспечения своевременного обслуживания ВС Р; и выполнения СПП;
2) ТПРОц 1ь - продолжительность наземного обслуживания ВС, выполняющего 1-й рейс, с использованием Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта;
3) ТНАР ь - наработка Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта в течение рассматриваемого периода;
4) ТНАР V- - суммарная наработка всех «комплексов ресурсов» V аэропорта при обслуживании ВС Р; в течение рассматриваемого периода. Другими словами - суммарная продолжительность обслуживания всех авиарейсов, предусмотренных СПП;
5) Т1ПРОСТ ь - абсолютная продолжительность простоя Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта в течение рассматриваемого периода;
6) Т2ПРОСТ ь - продолжительность простоя Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта относительно суммарной наработки всех «комплексов ресурсов» V;
7) К1нар ь - коэффициент наработки Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта относительно рассматриваемого периода;
8) К2нар ь - коэффициент наработки Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта относительно суммарной наработки всех «комплексов ресурсов» V;
9) К1дрОст ь - коэффициент простоя Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта относительно рассматриваемого периода;
10) К пРОСт ь - коэффициент простоя Ь-го «комплекса ресурсов» аэропорта относительно суммарной наработки всех «комплексов ресурсов» V.
Используя рассмотренные показатели, проведём анализ эффективности функционирования системы НОВС, для которой была построена имитационная модель (рис. 1), в течение рассматриваемого периода. Очевидно, что третий «комплекс ресурсов» аэропорта используется неэффективно, поскольку обслуживает только один рейс. Данная имитационная модель позволяет оптимизировать процесс функционирования системы НОВС путём изменения времени обслуживания ВС. В этом случае оказывается целесообразным перенести момент отправления ВС, выполняющего начальный рейс, на более раннее или позднее время таким образом, чтобы обслуживание всех авиарейсов, предусмотренных СПП, осуществлялось двумя «комплексами ресурсов» аэропорта. Следовательно, планирование наземного обслуживания ВС с использованием имитационной модели позволяет определить оптимальное количество «комплексов ресурсов» аэропорта, необходимых для обеспечения выполнения СПП, и повысить эффективность их использования в течение рассматриваемого периода. Результатом планирования являются рекомендации по корректировке СПП (расписания движения ВС).
В рассматриваемой имитационной модели процесса функционирования системы НОВС продолжительность обслуживания каждого авиарейса считается заданной, а количество «комплексов ресурсов» аэропорта - неограниченным. Такой подход применяется при моделировании работы системы НОВС в условиях высокой интенсивности полётов (и, как следствие, высокой интенсивности входного потока требований на обслуживание ВС) и составлении соответствующего расписания движения ВС. В этом случае единственным ограничивающим фактором является максимальная пропускная способность аэропортового комплекса в целом.
При построении модели процесса функционирования системы НОВС в штатной ситуации вторым способом имитируется обслуживание ВС в течение рассматриваемого периода с использованием определённых видов ресурсов аэропорта. При этом технологический процесс обслуживания ВС разбивается на отдельные операции, количество которых может достигать шестидесяти. В связи с этим данная модель не может быть представлена в настоящей статье.
Описанная имитационная модель также позволяет решать задачи оперативного планирования и управления наземным обслуживанием ВС, однако при более детальном рассмотрении технологического процесса. В частности, для каждой операции указываются конкретные исполнители (технические перронные бригады, авиационные специалисты; средства механизации, оборудование), которые выделяются из «комплексов ресурсов» аэропорта. При этом совокупность операций по обслуживанию ВС представляется в виде технологического графика, соответствующего процессу обслуживания авиарейса, который использовался в предыдущей модели. Таким образом, имитационная модель содержит набор технологических графиков обслуживания авиарейсов в течение рассматриваемого периода.
При анализе эффективности функционирования системы НОВС с применением данной модели определяются соответствующие показатели для каждого вида ресурсов, входящих в состав «комплекса ресурсов» аэропорта, который используется при обслуживании конкретного рейса. Для расчёта таких показателей используются формулы, аналогичные тем, что были приведены выше.
Преимущество данной имитационной модели заключается в том, что она позволяет решать следующие задачи:
1) определять необходимое количество единиц каждого вида ресурсов для осуществления своевременного обслуживания ВС в течение рассматриваемого периода;
2) определять эффективность использования каждой единицы ресурса при обслуживании ВС в течение рассматриваемого периода;
3) определять время выполнения каждой технологической операции по обслуживанию ВС;
4) определять время использования каждой единицы ресурса в течение рассматриваемого периода.
Кроме того, обе модели процесса функционирования системы НОВС позволяют решать задачи оперативного планирования и управления наземным обслуживанием ВС с целью обеспечения выполнения СПП и соблюдения заданного уровня безопасности и регулярности полётов.
Таким образом, рассмотренные имитационные модели процесса функционирования системы НОВС позволяют определять необходимое количество ресурсов всех видов, которыми должно располагать авиапредприятие для обеспечения своевременного обслуживания ВС и выполнения действующего СПП, а также разрабатывать рекомендации по корректировке СПП с целью повышения эффективности работы системы НОВС. Такие возможности имитационных моделей находят широкое применение при разработке суточных, декадных и других долгосрочных производственных планов работы авиапредприятий.
MAKING A SIMULATION MODEL OF PROCESS OF FUNCTIONING AIRCRAFT MAINTENANCE SYSTEM IN OPTIMUM SITUATION
Chinyuchin Y.M., Dodonov K.N.
The article is devoted to concept of construction of aircraft maintenance graphs with application of simulation models of production processes in civil aviation airports.
Key words: production activities of civil aviation airports, simulation model.
Сведения об авторах
Чинючин Юрий Михайлович, 1941 г.р., окончил КуАИ (1965), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технической эксплуатации летательных аппаратов и авиадвигателей МГТУ ГА, автор более 300 научных работ, область научных интересов - техническая эксплуатация и поддержание летной годности воздушных судов, повышение эксплуатационно-технических свойств авиационной техники.
Додонов Константин Николаевич, 1987 г.р., окончил МГТУ ГА (2009), аспирант механического факультета МГТУ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - оперативное техническое обслуживание воздушных судов на перроне аэропорта, комплексная подготовка воздушных судов к полёту.
