CC BY
76
УДК 629.735.067
ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОДХОДА К ПРОВЕДЕНИЮ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ В УСЛОВИЯХ АВИАЦИОННОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ
М.В. КАРМЫЗОВ, С.В. МОНАХОВА
Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
В статье представлена методика интегральной оценки летной годности авиационных газотурбинных двигателей гражданской авиации в условиях эксплуатации.
Ключевые слова: интегральная оценка, производственная безопасность, авиационное предприятие.
Результаты анализа современных методов оценки технически сложных систем указывают на тот факт, что для более достоверной оценки состояния многопараметрического объекта, которым может являться как самолет, так и авиационно-транспортная система в целом, необходима совокупность различных параметров, их характеризующих.
Одним из путей обеспечения достоверной информации о техническом состоянии авиационных и производственных систем является использование научных подходов, основанных на обобщении априорной статистической информации оцениваемых эксплуатационных и производственных параметров, характеризующих его работу. Кроме того, целесообразнее использовать параметры, обладающие максимальной информативностью, дополняющие и уточняющие друг друга.
Из-за большой сложности задач такого рода и достаточно высоких требований к точности и детальности их решения первенствующее значение имеют не аналитические, а численные методы решения, которые, в противоположность аналитическим методам, оперируют исключительно конкретными числами. При этом каждый частный случай получает смысл самостоятельной задачи со своим решением, применимым только в условиях этого случая.
Существует ряд подходов к интегральной оценке состояния технических систем [3,4,6]. Они сводятся к выявлению обобщенного параметра состояния объекта. Идея заключается в том, что процесс постепенного изменения уровня работоспособности, безопасности или надежности, характеризуемый многими компонентами, описывается одномерной функцией, численные значения которой зависят от контролируемых компонентов процесса. Такая функция рассматривается как обобщенный параметр процесса. При этом может оказаться, что показатель не имеет конкретного физического смысла, а является математическим выражением, построенным искусственно из контролируемых компонентов процесса.
Интегральный показатель должен соответствовать определенным требованиям. Эти требования, в числе других, предусматривают так называемую обработку частных параметров контроля, включающую:
- ранжирование их по степени значимости;
- определение среди частных параметров критерия, имеющего решающее значение при установлении состояния объекта.
Частные параметры ранжируют на 3 группы: существенные, второстепенные и несущественные. Для каждой группы определяют по статистическим данным свои весовые коэффициенты и назначают пределы допуска. Среди существенных параметров выбирается один, изменение которого полагают определяющим при оценке реакции состояния объекта в целом [1]. Практическое использование такого подхода при подготовке частных параметров для включе-
ния их в качестве составляющих в интегральный показатель представляется затруднительным, поскольку в каждом конкретном случае решающее значение для оценки состояния объекта или системы может иметь любой параметр, уход которого за пределы допуска способен повлиять на безопасность. Таким образом, предлагаемый подход к ранжированию частных параметров в большей степени ориентирован для использования при организации плановопредупредительной стратегии эксплуатации и не вполне применим для эксплуатации техники по фактическому техническому состоянию.
К интегральному показателю предъявляются следующие основные требования, которые должны:
- максимально характеризовать качество объекта;
- быть критичным к изменению частных параметров;
- характеризовать наступление критического состояния объекта.
Исходя из этого, при свертке частных параметров к обобщенному необходимо решить следующие задачи:
- определить относительные значения частных параметров;
- оценить значимость частного параметра для оценки состояния объекта;
- построить математическое выражение для обобщенного параметра.
Определение относительных значений частных параметров считают необходимым, поскольку состояние объекта или системы может характеризоваться параметрами, имеющими различную размерность. Все контролируемые параметры приводят к единой системе измерения, в которой они могут быть сравнимы друг с другом. Одной из таких систем является система безразмерного (нормированного) относительного исчисления [5]. Для каждого параметра а, 0 = 1,п) выделяют допустимое значение а*, при достижении которого объект теряет работоспособность, и оптимальное, с точки зрения надежности, значение аюпт (как правило, оно равно номинальному значению а,ном). Если в процессе функционирования объекта или системы соблюдается условие а()>а*, тогда можно записать безразмерный (нормированный) параметр а,() в виде
а, (*)- а*
)=-
(1)
а1 - а1
1опт 1
На практике изменение частного параметра ограничено определенным диапазоном и определено верхней и нижней границами: а1н * < а ,(1) < а1в* (рис. 1).
а,()- а*ы
Если а1опт > а, > а1н*, то а
А ) =
а
а
Если а1опт < а1 < а1в*, то аг (^) =
а
(;)-
а
а
а
а 1н С1юпт СЦв
Рис. 1. Распределение значения а’ф относительно а1(
*
*
опт
*
опт
Таким образом, с помощью выражения (1) нормируется параметр а(), а безразмерная нормированная величина а’@) изменяется с течением времени в диапазоне: 1 > а’(7) > 0. Отсюда, по величине а’@) судят о степени работоспособности объекта по данному параметру. Для решения частных задач предлагаются и другие нормирующие выражения применительно к конкретным случаям
а1’(0 = а1(1)/ а1о или а!’(0 = а!^)/ аг-н ; а1’(г) = аг(г)/агмах ; а1(1) = а^)/Ма1;
а1(7) [а1(7)~ а! ту] / а! ту,
где аг-, а!0 , а!тах , а!ту , Ма1 - соответственно текущее, нулевое, максимальное, заданное по техническому условию (ТУ) значения и математическое ожидание 1 -го параметра.
В случае несоблюдения условия а!(7)< а*, значение безразмерного (нормированного) частного параметра становится меньше нуля а’(1)< 0. Это свидетельствует о выходе данного параметра за допустимое значение и требует перехода от интегральной оценки летной годности к частным методам оценки.
Следовательно, нормирование параметров позволяет получить совокупность безразмерных величин, которые характеризуют состояние объекта.
Тем не менее количественно одинаковое изменение этих величин не является равнозначным по степени влияния на изменение уровня безопасности и работоспособности объекта исследования. Поэтому необходимо дифференцировать частные параметры. Этот процесс осуществляется с помощью весовых коэффициентов, величины которых характеризуют существенность соответствующих параметров. При оценке состояния объекта, каждому из частных параметров а1г а2, ап ставят в соответствие весовые коэффициенты ки, к2,.,кп, удовлетворяющие тем или иным заданным критериям.
Учитывая принятые условия, интегральный показатель 1ир принимает следующий вид
п /
1ир = ^ai (7)• ki -100 %, (2)
!=1
где п - количество частных параметров, входящих в интегральный показатель; а^) - частный показатель, изменяющийся 0 < а! (7)< 1; к! - весовой коэффициент значимости частного показателя.
Коэффициенты значимости устанавливаются эмпирическим путем на основе опыта эксплуатации рассматриваемого объекта или системы. При этом необходимо руководствоваться
п
условием ^ ki = 1, а коэффициент принимает значения к > 0,03 при условии п < 10. Это огра-
!=1
ничение необходимо для обеспечения значимости частных показателей, имеющих наименьшую информативность, но входящих в интегральный показатель.
Значения частных параметров, их верхние и нижние эксплуатационные границы, а также оптимальные значения и весовые коэффициенты отображены в табл. 1.
Оценив уровень безопасности, надежности, работоспособности и т.п., согласно предложенной методике, необходимо установить нормативные значения. По полученному значению можно будет судить об ее оставшемся запасе и отслеживать тенденции дальнейшего изменения состояния исследуемого объекта или системы.
В зависимости от уровня, в котором находится оцененный показатель 1ир, принимается дальнейшее решение об мероприятиях, направленных на дальнейшее воздействие на объект наблюдения. Выявляются опасности, степени их влияния, а также вырабатываются меры и рекомендации по их устранению.
Как правило, устранить все существующие опасности невозможно и экономически не выгодно. В данном случае вступает в силу правило выбора приоритетных направлений [5]. На практике должен быть найден баланс между стоимостью и практичностью различных решений.
Наряду с очевидными преимуществами обобщенной оценки состояния технических систем, рассмотренные подходы к определению обобщенного параметра обладают определенными недостатками, затрудняющими их практическое использование.
Таблица 1
1 2 3 i n
Характерный параметр а а1 а2 а3 аг ап
Нижнее предельное значение ан * aiH* а2н* азн* а * ыгн апн
Верхнее предельное значение ав * а1в* а2в* азв* а * ы1в а * ыпв
Оптимальное значение параметра аШ(Ш а1ном а2ном а3ном агном апном
Приведенное значение параметра а’ф ai ’(t) а2 ’(t) аз ’(t) аг ’(t) ап ’(t) Иаг ’(t)<u
Весовой коэффициент к ki k2 кз кг кп L кг=1
Необходимость введения весовых коэффициентов для учета определяющих нормированных частных параметров приводит к снижению объективности общей оценки уровня работоспособности объекта, поскольку решение этой задачи базируется на использовании статистических данных без учета технологических и эксплуатационных особенностей конкретного объекта. Обобщенные и нормированные частные параметры лишены физического смысла, что также затрудняет оценку существенности их влияния на состояние объекта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Беллман Р., Заде Л. Принятие решений в расплывчатых условиях // Вопросы анализа и процедуры принятия решений. - М.: Мир, 1976.
2. Ицкович А.А. Надежность летательных аппаратов и авиадвигателей. - М.: МГТУ ГА, 1995. - Ч. 2.
3. Кутепов А.М., Полянин А.Д., Запрянов З.Д., Вязьмин А.В., Казенин Д.А. Химическая гидродинамика.
- М.: Бюро Квантум, 1996.
4. Лэнинг Дж.Х., Бэттин Р.Г. Случайные процессы в задачах автоматического управления. - М.: Изд-во иностр. лит., 1958.
5. Сиротин Н.Н., Коровкин Ю.М. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1979.
6. Смирнов Н.Н., Владимиров Н.И., Черненко Ж.С. Техническая эксплуатация летательных аппаратов.
- М.: Транспорт, 1990.
7. Кармызов М.В. Разработка методики интегральной оценки летной годности авиационных ГТД гражданской авиации в условиях эксплуатации: дис. . . . канд. техн. наук. - М.: МГТУ ГА, 2010.
THE INTEGRATED ESTIMATION OF THE AVIATION JET ENGINES FLIGHT VALIDITY
Karmyzov M.V., Monakhova S.V.
This article about the method of an integrated estimation of the flight validity aviation jet engines for civil aircraft.
Key words: Integral assessment, industrial safety, aviation enterprise.
Сведения об авторах
Кармызов Максим Валерьевич, 1984 г.р., окончил МГТУ ГА (2007), кандидат технических наук, старший преподаватель ЕАТК, автор 20 научных работ, область научных интересов - оценка уровня безопасности полетов и летной годности авиационной техники.
Монахова Светлана Валерьевна, окончила МГТУ ГА (2000), кандидат технических наук, доцент ЕАТК, автор 15 научных работ, область научных интересов - производственная безопасность на предприятиях и в организациях ГА.
