Доклад: Авиационные измерительно-вычислительные комплексы. CALS-технологии

Авиационные измерительно-вычислительные комплексы. CALS-технологии

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ»

Кафедра 303

ДОКЛАД

Авиационные измерительно-вычислительные комплексы. CALS-технологии

Выполнила студентка 333группы

Деренская К. С.

Проверил: Гордиенко В. А.

Харьков 2012г.

Введение

Очевидно, вопрос обеспечения технической эксплуатации самолетов возник одновременно с появлением этого типа летательных аппаратов. Однако оставалась проблема трудоемкости обслуживания силовых установок и самолетов в целом. Высокая трудоемкость тянула за собой увеличенные технические простои, а они в свою очередь вели к снижению среднесуточного и годового налета. Конечным звеном этой цепочки взаимосвязанных факторов являлось определение прямых эксплуатационных расходов, на величину которых годовой налет пассажирского самолета оказывал сильное влияние. По этому поводу создается система автоматизированной логистической поддержки эксплуатации (CALS- системы).

Переход к «интегрированной логистической поддержки» связан с привлечением и всесторонним развитием такой технологии как объективный контроль состояния авиационной техники. Поскольку данная технология сама по себе не нова, необходимо отметить, что речь в данном случае идет о комплексном использовании и в сочетании с совершенствованием самой авиационной техники, а именно с повышением ее надежности.

В последние годы необходимым условием устойчивого положения предприятий на внутреннем и внешнем рынках являются интегрированные технологии поддержки всех этапов жизненного цикла продукции. Их применение обеспечивает значительное сокращение продолжительности производственного цикла и затрат, повышения качества изделий. Поэтому создана и успешно развивается система информационного обеспечения на всех стадиях - от проектирования изделия до их эксплуатации у потребителей.

История развития CALS-технологии

В США в ходе кратковременной стоянки какого-нибудь «Дугласа» можно было наблюдать из иллюминатора пассажирского салона, как один из сотрудников аэропортовой службы сливал в пробирку и уносил с собой некоторое количество отстоя из масляных систем двигателя самолета. Отнеся в лабораторию спектрального анализа технической службы маленького частного аэропорта в Урбана-Шампейн. Имевшая здесь опытная установка обеспечивала проведение спектрального анализа проб масла двигателей, выдавая полную сводку о процентном наличии в масле микрочастиц различных металлов. По характеру этого анализа специалист мог дать точную оценку технического состояния наиболее ответственных узлов двигателя. В лексиконе американских специалистов эта процедура получила обозначение ОСМ. Однако это было лишь «видимой частью айсберга». Выяснилось, что подобные лаборатории имеются в очень многих аэропортовых службах. И в совокупности они составляют общую сеть сбора исходных данных, дополняющую сеть центров технического обслуживания, к которым приписаны эксплуатируемые самолеты. Получаемые анализы обычной почтой отправлялись в центры технического обслуживания, к которым самолеты приписаны. Там они заносились в формуляры, отражающие динамику технического состояния двигателей. Именно эта «динамика» являлась исходной информацией для проводимого в технических центрах прогнозирования состояния двигателей, установленных на самолетах. При первом же намеки на наличие в двигателях недопустимых износов деталей владелец самолета получал из технического центра соответствующее предупреждение.

Случайное ознакомление с этой системой стало невольным продолжением исследования. Основной вывод сводился к следующему:

·        Именно создание системы эксплуатации авиационной техники обеспечивает максимальную реализацию функциональных возможностей, заложенных в технику;

·        Создание такой системы невозможно без первостепенного внимания к организационной стороне вопроса и взвешенного отношения к используемым технологиям, отбираемым с учетом оценки системы по критерию «стоимость- эффективность».

Тогда в середине 1970-х, эти системы еще не имели в США каких-то установленных названий. Не было тогда и понятия CALS-системы, оно появилось в США лишь через десять лет. Но организационно-технические системы в эксплуатации авиационной техники в середине 1970-х г. в США были.

Одним из методических результатов исследования «Анализ конкурентоспособности пассажирских самолетов по критерию трудозатрат на ремонт и обслуживание двигателей» стала разработка статической зависимостей, формализующих описание процессов эксплуатации авиационной техники. Исходя из распределения годового бюджета времени по основным состоянием летательного аппарата на этой стадии его жизненного цикла, можно рассматривать следующее соотношение

,

где  - годовой налет ЛА в летных часах;  - производственный простой ЛА при техническом обслуживании и ремонте в часах;  - непроизводственный простой ЛА в нерабочем состоянии в часах;  - простой в рабочем состоянии в часах.

По аналогии с соотношением весового баланса, получившего в проектировании авиационной техники наименование управления существования ЛА, соотношение может быть названо уравнением эксплуатации ЛА.

Очевидно, что основные составляющие связанны с различными характеристиками ЛА и условиями его эксплуатации и могут быть представлены соответствующими зависимостями, получаемыми на основе анализа статистических данных по эксплуатации авиационной техники. Наличие таких зависимостей позволяет привести соотношение к виду формул, удобных для анализа вопросов эксплуатации ЛА различного назначения.

Для анализа вопросов эксплуатации гражданских самолетов интерес представляет анализ величины годового налета самолета:

 (2)

Анализ же эксплуатации боевых самолетов связан с рассмотрением коэффициента боеготовности, который может быть представлен формулой:

В этих записях уравнения эксплуатации ЛА обозначено:’ - обобщенная величина относительной трудоемкости технического обслуживания и ремонта самолета в человеко-часах на летный час;

ПР - обобщенная величина производительности обслуживающих предприятий, обеспечивающих эксплуатацию самолета.

Входящие в зависимости (2) и (3) переменные являются функциями многих параметров, относящихся как к самому ЛА, так и к условиям его эксплуатации. Зависимость от параметров ЛА проявляется в первую очередь в отношении трудоемкости технического обслуживания. Опыт показывает, что величина T’ определяется следующими факторами:

.        Общая размерность ЛА;

.        Уровень надежности ЛА;

.        Эксплуатационная технологичность ЛА;

.        Вид формы эксплуатации

Последний из этих факторов является демонстрацией зависимости T’ как от самого ЛА, так и от системы, обеспечивающий его эксплуатацию. Реализация эксплуатации самолета по техническому состоянию требует наличия на самолете соответствующих систем, обеспечивающих получение информации о техническом состоянии самолета. Однако реализация этой формы эксплуатации требует наличия соответствующей составляющей и в самой системе эксплуатации. Поэтому в определенной степени переменная T’ в выражениях (2) и (3) является функцией не только ЛА, но и наземного комплекса эксплуатации.

Переменная ПР, Пнс и Прс практически полностью определяются особенностями и возможностями используемой «наземки» величина Прс связанна с особенностями планирования и организации летной эксплуатации ЛА, а значения Пнс и ПР определяются производственной мощностью, уровнем квалификации специалистов и особенностями работ эксплуатационных служб и предприятий. Анализ данных по трудозатратам и времени выполнения работ технического обслуживания и ремонта пассажирских самолетов, относящихся к зарубежной практике, позволили, например, принять для этого типа ЛА.

Но главным результатом анализа является «визуализация» вроде бы качественно понятных, но количественно труднооцениваемых и поэтому малоосвещаемых фактов:

1.      Появление новых поколений самолетов связано с совершенствованием не только их летно-технических, нои эксплуатационных характеристик;

.        Наиболее четко снижение эксплуатационных затрат появляется с совершенствовании боевых самолетов;

.        При переходе к самолетам новых поколений снижение удельных трудозатрат на ремонт и техническое обслуживание будет более чем 100 процентным в сравнении с уровнем боевых самолетов предыдущего поколения.

В 1985г. американским оборонным ведомством была инициирована программа работ под названием CALS, смысл которого не вызывает сомнения - «компьютеризированная логистическая поддержка». Проведение этой программы было обусловлено стремлением пентагона не упустить контроля над все усложняющимся процессом логического обеспечения боевой техники, находящейся в эксплуатации, т.е. за приобретением, хранением и распределением запасных частей, боеприпасов и других материалов, необходимых для поддержания американского военного присутствия в различных регионов мира. В особой степени это коснулось авиационной техники в связи с развитием концепции аэромобильных вооруженных сил. Поэтому конечная цель данной программы, а именно создания систем автоматизированной логистической поддержки эксплуатации, была ориентирована в первую очередь на сферу боевой авиации.

С 1994г. даже само смысловое содержание аббревиатуры CALS было сменено в открытых зарубежных материалах на новое «Единая технологическая поддержка стадий создания производства и эксплуатации», что в представлении многих специалистов ассоциировалось с прекращением системы CALS в ее первоначальной постановке.

В 1994г. было определенно, что реализация основных научно-технических разработок, должна впредь производится не в виде самостоятельных программ, а как отдельные направления работ в рамках программ созданиях новых образцов военной техники.

Все это привело к тому, что в конце 80-х начале 90-х гг. прошло столетия сведения о проводимой компьютеризации логистической поддержки в эксплуатации авиационной техники в информации и в материалах западноевропейских фирм.

Формирование перспективного облика, которой определяется в США реализацией программы JSF. Проведение этой программы связано не только семейства новых боевых самолетов F-35. Результатом этой программы должно стать достижения уровня компьютеризации логистической поддержки в эксплуатации авиационной техники, получавшего обозначение «автономной логистической поддержки». Это позволило заглянуть в перспективу, в том числе и в отношении реализации здесь объективного контроля и прогнозирования состояния авиационной техники.

Однако на этом и заканчивается аналогия перспективной технологии контроля двигателя с состоянием этой технологии тридцатилетней давности. Помимо анализа ОСМ в перспективную технологию вводят:

определения присутствия механических частиц в засасываемой струе воздуха (IDMS);

- определения присутствия механических частиц в истекающей струе газа (EDMS);

электростатический контроль состояния подшипников двигателя (EBM);

электростатический анализ механических микропримесей в масле двигателя (EODM);

Все это дополняется многофакторной оценкой текущего состояния и прогнозированием оставшегося ресурса работы двигателя, которые проводятся с помощью специальных логических алгоритмов. Для этого полученные данные направляются в бортовую систему автоматического контроля и управления самолетом. Сюда же поступают данные от анализаторов состояния других систем и агрегатов самолета. Это данные анализаторов систем авионики, конструкции, основных подсистем общего оборудования и даже системы снижения заметности самолета.

Существенно расширенный спектр факторов, определяющих текущее состояние и оставшийся ресурс боевого самолета, является не единственным обстоятельством, отличающим начальное и перспективное состояние рассматриваемой технологии. Отличием является и то, что в перспективе вся обработка информации должна проводится в реальном режиме времени непосредственно на борту самолета и результаты этой обработки в ходе полета самолета будут сбрасываться на наземные пункты управления, входящее в состав системы технического обслуживания самолета. На основании скапливаемой здесь информации о техническом состояния каждого самолета будет планироваться работа служб технического обслуживания, составляются заявки на потребные запчасти и т.д. И все это - параллельной летной эксплуатации самолета.

На проходящей в 2002г. в Лондоне на конференции по авиационному вооружению специалистами фирмы QinetiQ был представлен проект системы контроля технического состояния и прогнозирования ресурса отдельно взятой управляемой ракеты «бримстоун» при ее эксплуатации в составе вооружения боевого вертолета. Они предложили использования миниатюрных датчиков, встроенных в основные компоненты управляемой ракеты. Получаемая с их помощью информация о силовом нагружении конструкции, температуре и влажности воздуха внутри блоков электронного оборудования ракеты, вибрациях и т.д. передается для ее обработки и анализа в соответствующие компоненты системы. Уже созданные и находящие применение в различных экспериментальных установках миниатюрные датчики, предполагаемые к использованию в данной системе, имеют вид кнопочной головки. Каждая такая кнопка представляет собой восьмиканальный датчик с собственной памятью и питанием.

В системе исходного уровня информация, полученная от каждой ракеты, находящейся на внешней подвеске боевого вертолета, должна поступать на борт ЛА и записывается в регистрирующем устройстве системе объективного контроля вместе с другой информацией, относящейся к оценке технического состояния самого ЛА. После полета вся информация должна сбрасываться на внешний носитель для передачи в соответствующую службу, осуществляющий контроль за текущим состоянии техники, в том числе и ракетного обеспечения.

Полная обработка информации на борту ЛА открывает в системе перспективного уровня еще одну не мало важную возможность. С использованием бортовых средств информационной взаимосвязи ЛА с землей данные о текущем состоянии находящихся на его подвеске управляемых ракет могут в режиме реального времени передаваться на наземные пункты управления, входящие в состав службы технической эксплуатации.

Разработка французской фирмы «Сажем» представленная в 2003г. на международной авиационно-космической выставке в Ле-Бурже с целью поиска заказчиков в сфере гражданской авиации. Обычная система объективного контроля, состоящая из датчиков, размещенных в различных агрегатов и системах ЛА, и регистраторов с блоками хранения информации, дополненная специалистами «Сажем» локальной безопасной информационной системой типа «интернет». Для получения данных о состоянии ЛА и его систем обслуживающему персоналу не надо входить в «прямой контакт» с бортовыми системами.

Американская фирма «Боинг» в начале 2003г. начала опытную эксплуатацию системы АНМ, предназначенной для контроля за состоянием бортовых систем пассажирского самолета. Отличной особенностью системы является то, что она обеспечивает не только получение и обработку информации на борту самолета, но и передачу результатов обработки на землю, где она может быть проанализирована специалистами службы технической эксплуатации ещев ходе полета самолета.

В ходе полета система АНМ постоянно проводит сравнение данных о функционировании контролируемых систем и агрегатов с базовыми проектными показателями, учитывающими, в частности, опыт эксплуатации парка самолетов данной модели и информации об эксплуатации авиакомпаниями авиалайнеров аналогичного типа. В случае обнаружения каких-то потенциальных неисправностей система АНМ информирует об этом наземные службы авиакомпании, эксплуатирующие данный самолет используя для этого глобальную информационную систему «интернет». В уведомлении, направляемом эксплуатационной службе, имеется, в частности, ссылка на конкретные страницы Web-сайта компании «Боинг», предназначенной для корпоративных заказчиков ее самолетов, где содержится справочная информация, необходимая для принятия решения по проведению конкретного технического обслуживания. АНМ может проводить также прогнозирование срока их выхода из строя. Это позволяет проводить замену технических компонентов с недопустимо низким уровнем ресурса во время профилактических обслуживаний самолета, избегая выхода этих компонентов из строя в ходе летной эксплуатации самолета.