Методика расчета количественных параметров оперативного цикла эксплуатации воздушного судна на основе действующих нормативов

Введение

Планирование использования воздушного флота является критически важной задачей для авиакомпаний, направленной на обеспечение безопасности и прибыльности. В научно-методических исследованиях в области управления эффективностью технической эксплуатации воздушных судов (ВС), проводимых ведущими учеными ФГУП «ЛИИ им. М.М. Громова», ФГУП ГосНИИ ГА, МГТУ ГА, такими как Н.Н. Смирнов, А.А. Ицкович, Ю.М. Чинючин, С.В. Далецкий, Г.Н. Гипич, И.Г. Кирпичев, С.В. Кузнецов, В.С. Шапкин и др., были установлены объективные требования к ожидаемым условиям эксплуатации, которые определяют количественные параметры и расчетные условия, в соответствии с которыми должны задаваться, оцениваться и подтверждаться эксплуатационно-технические характеристики (ЭТХ) воздушных судов, накоплен значительный научно-практический опыт в области обеспечения и поддержания летной годности (ПЛГ) [1–13].

В условиях интенсивного развития и постоянного ужесточения конкуренции на мировом рынке авиаперевозок ключевым фактором экономической устойчивости авиапредприятий является повышение эффективности эксплуатации воздушных судов. Одной из задач в данной области выступает оптимизация операционного цикла «стоянка – полет», который напрямую определяет такие критически важные показатели, как годовой налет парка ВС, уровень его исправности и в конечном счете рентабельность перевозок.

В ходе разработки и эксплуатации ВС поддерживается единая научно-методическая база для оценки, подтверждения и сравнения этих показателей. В то же время существует объективная необходимость постоянно совершенствовать научно-методическую базу технической эксплуатации ВС, направленную на повышение эффективности технического обслуживания и снижение трудовых и материальных затрат авиапредприятий.

На практике управление эксплуатацией ВС часто сталкивается с противоречием между нормативно установленными целевыми показателями и операционными ограничениями, накладываемыми технологическими графиками наземного обслуживания, фактическим техническим состоянием парка и продолжительностью полетов. Отсутствие четкого количественного инструмента для анализа взаимовлияния этих факторов приводит к неоптимальным решениям, невыполнению плановых заданий или необоснованному завышению требований к ресурсам.

Целью исследования является: разработка методики количественного анализа операционного цикла эксплуатации воздушных судов, направленной на обеспечение планового годового налета, путем установления количественной взаимосвязи между ключевыми параметрами эксплуатации (годовой налет, продолжительность полета, длительность стоянки, коэффициент исправности) и создание практического инструмента для нормирования времени стоянки при проектировании новых ВС, определения минимально необходимого уровня исправности парка для выполнения плана полетов, выявления резервов времени и «узких мест» в операционной деятельности авиапредприятия.

Научная новизна исследования заключается в развитии аналитического аппарата теории технической эксплуатации применительно к задаче синхронизации планового, технологического и фактического режимов работы авиационной техники.

Материалы и методы

Материалом исследования послужили нормативно-техническая документация (ОСТ 1.02785-2009), труды ведущих ученых в области технической эксплуатации и технологические регламенты¹.

В статье представлен многоуровневый подход к использованию комплекса расчетных и аналитических методов, характерных для научно-методических исследований в области технической эксплуатации воздушных судов.

На основе аналитико-расчетного метода осуществлялся вывод количественных зависимостей с определением количественной оценки параметров эксплуатации (длительность стоянки, число циклов) при заданных базовых нормативных параметрах эксплуатации (годовой налет, продолжительность полета).

В рамках сравнительно-аналитического метода осуществлялось сопоставление расчетных значений с нормативными требованиями и реальными данными, что способствовало выявлению временных резервов и критических условий выполнения плана полетов.

Использование графоаналитического метода позволило визуализировать зависимости, делая анализ наглядным, а интерпретацию сложных взаимосвязей более доступной для принятия решений на базе визуальных данных.

Через метод предельных значений и ограничений выявлялись критические границы параметров (при которых система не удовлетворяла требованиям) и оценивалась устойчивость системы к отклонениям от нормативного состояния.

В рамках эмпирико-статистического метода осуществлялась проверка расчетной модели на практике – посредством сопоставления расчетов с реальными данными для подтверждения их достоверности.

Примененные методы позволяют достичь цели исследования – установить взаимосвязи между параметрами и создать инструмент для повышения эффективности эксплуатации ВС.

Результаты

Расчетные значения основных количественных параметров ожидаемых условий эксплуатации ВС, включая продолжительность полета по типовому профилю, расчетный годовой налет ВС и длительность транзитного технического обслуживания (ТО) (подготовка ВС к повторному полету), служат исходными данными для проектирования новых ВС [2–5][14].

Продолжительность полета ВС по типовому профилю t_БП задается на основании технико-экономического обоснования характеристик ВС (скорость полета, масса ВС), характеристик аэропортов (требований к взлетно-посадочной полосе или площадке и ее оборудованию), назначения и регионов применения ВС (средняя протяженность трасс, наличие запасных аэродромов по трассам, планируемых особенностей использования ВС)¹.

При этом расчетный годовой налет на один самолет T_НАЛ, обеспечиваемый системой технического обслуживания, устанавливается в зависимости от продолжительности полета по типовому профилю (табл. 1) [2][14] и в соответствии с ОСТ 1.02785-2009².

В научных трудах ведущих ученых в области технической эксплуатации [1–5][12] было установлено, что технически возможный годовой налет ВС T_НАЛ определяется параметрами оперативного цикла эксплуатации ВС, то есть длительностью стоянки ВС в аэропортах между смежными полетами (длительность подготовки ВС к полету) в базовых, промежуточных и конечных аэропортах t_СТ, длительностью беспосадочного полета ВС t_БП, а также располагаемым временем суток t_СУТ для выполнения полетов (рис. 1), при этом суммарное значение параметров t_СТ и t_БП определяет длительность оперативного цикла эксплуатации t_Ц.

(1)

Располагаемое время суток для выполнения полетов зависит от показателя исправности K_ИСПР и определяется как t_СУТ = 24 ∙ K_ИСПР [4][5].

Число циклов (подготовка к полету – полет) n_tц за год определяется выражением [4][5]

(2)

На основании количества циклов эксплуатации ВС за год (то есть количество вылетов (посадок) ВС) n_tц определяется длительность цикла t_Ц:

(3)

(4)

или за год эксплуатации

(4´)

Формула (4) связывает все ключевые параметры в единую систему и может являться базовым уравнением для дальнейших аналитических расчетов, при этом необходимо учесть, что представленная формула оперирует средними значениями параметров, основанных на статистических данных [2][4][5].

На основании количественных требований к эксплуатационно-техническим характеристикам создаваемых воздушных судов гражданской авиации для ожидаемых условий эксплуатации, таких как продолжительность полета ВС по типовому профилю t_БП и расчетный годовой налет на один самолет T_НАЛ, возможно выведение расчетных зависимостей, позволяющих определять один из параметров, в частности при фиксированных значениях других.

Для расчетных значений годового налета T_НАЛ и продолжительности полета ВС по типовому профилю t_БП (табл. 1) при технически исправном ВС возможная длительность стоянки t_СТ в оперативном цикле эксплуатации может быть рассчитана на основании преобразованных формул (2), (3), (4):

(5)

или

(6)

(7)

(8)

Обсуждение

Проведенное исследование демонстрирует актуализированный уровень интеграции эксплуатационных и технологических параметров в системе технической эксплуатации ВС. Представленная методика не ограничивается формальным описанием взаимосвязей, а является практическим инструментом для анализа управленческих компромиссов при планировании работы авиапредприятия.

Рассматриваемая базовая фундаментальная физическая зависимость (4) представляет собой теоретическую модель общей закономерности планируемого годового налета от параметров оперативного цикла и исправности ВС При этом налет ВС T_НАЛ – это зависимая переменная, а ее величина ограничена временем подготовки и исправностью. Данная формула широко известна в среде ведущих специалистов в области технической эксплуатации, она объясняет базовые принципы формирования технически возможного годового налета и используется как основа для создания управленческих нормативов, стратегического планирования и для анализа эффективности производственной деятельности авиапредприятий. При этом необходимо отметить, что в данной формуле (4) параметры операционного цикла усреднены на основе эмпирических данных эксплуатации ВС и носят статистический характер [13][15].

Управление системой технического обслуживания осуществляется «сверху вниз» на основе усредненных данных эксплуатации ВС с постановкой вопроса: «Какой уровень ресурсов нужен для достижения результата?», то есть осуществляется поиск оптимального баланса между взаимосвязанными параметрами для максимизации налета (статистико-управленческий подход).

Представленная авторами методика носит детерминированный характер и строится на инженерных принципах, где достижение планового налета рассматривается как функция от заданных параметров оперативного цикла. В предложенной методике на основе базовой формулы (4) установлены обратные зависимости то есть декомпозиция системы на элементы, исходя из физических и технологических ограничений ВС (время полета, время подготовки и задаваемого налета), при этом налет рассматривается как независимая, заданная переменная. Данная методика предлагает механизм достижения указанных целевых показателей, она переводит нормативный показатель из статичной плоскости контроля в динамичную плоскость операционного управления, давая ответ на ключевой вопрос, какими средствами и при каких условиях достичь заданного налета (инженерно-детерминированный подход). Разработанная математическая модель может быть использована для двустороннего управления системой технического обслуживания как «сверху вниз» (от плановых показателей к оперативным задачам), так и «снизу вверх» (через контроль достижения планового налета, то есть от контроля исполнения к корректировке плана).

Система уравнений (5), (6), (7), (8) на основе академических формул (1), (2), (3), (4) формирует аналитическую основу для принятия обоснованных решений. Она позволяет:

– количественно оценивать влияние изменений таких параметров, как продолжительность полета (t_БП), длительность стоянки (t_СТ) и коэффициент исправности (K_испр.), на ключевой показатель эффективности – годовой налет (T_НАЛ);

– моделировать различные сценарии эксплуатации, проводя анализ «что, если» для оценки последствий изменений в расписании, технологии обслуживания или состоянии парка ВС;

– получить существенную операционную гибкость для дальнемагистральных рейсов авиакомпании, располагая бóльшим резервом времени для наземного обслуживания без ущерба для планового налета, а для ближнемагистральных маршрутов предъявлять повышенные требования к точности планирования синхронизации всех наземных процессов в связи с временными ограничениями;

– выявлять системный разрыв между технологически нормативной (t_{СТ норм}) и расчетной (t_СТ) стоянкой, который представляет собой скрытый резерв операционной эффективности, который может быть использован для повышения регулярности полетов, компенсации непредвиденных задержек, оптимизации загрузки персонала и техники;

– перейти к упреждающему управлению рисками на основе минимально потребного коэффициента исправности (K_{испр.мин.потр.}, рис. 5) который является четким количественным ориентиром и прямым управленческим индикатором для служб авиапредприятия, на основе которого можно заблаговременно корректировать расписание, перераспределять ресурсы ТОиР или планировать обновление парка.

Несмотря на практическую ценность, предложенная методика имеет ряд ограничений, определяющих перспективы для ее развития.

1. Модель имеет детерминированный характер, оперирует расчетными значениями, тогда как в реальности ключевые параметры (продолжительность полета, время наземного обслуживания, межремонтные интервалы) носят вероятностный характер [17][20–23]. Это ограничивает точность прогнозов в условиях неопределенности.

2. В модели не в полной мере учтены:

– сезонная и суточная неравномерность эксплуатации, когда в часы пик требования к минимальной стоянке становятся критическими;

– влияние периодических форм ТО, которые выводят ВС из эксплуатации на длительный срок и напрямую влияют на K_испр..

Несмотря на некоторые упрощения, предлагаемая методика позволяет не только рассчитать конкретные числовые параметры для новых ВС, оценить ресурс, спланировать эксплуатацию с ответом на вопрос: «Как организовать эксплуатацию, чтобы самолет гарантированно достиг требуемого нормативного налета?», но и диагностировать проблемы, оценивать риски и обосновывать требования к создаваемой авиационной технике и наземным технологическим операциям.

Заключение

Статья представляет собой фрагмент научно-методического исследования, посвященного ключевым аспектам управления эффективностью технической эксплуатации ВС. Работа имеет прикладной характер и опирается на существующую нормативную базу и труды ведущих ученых в области технической эксплуатации авиационной техники.

По мнению авторов, проведенное исследование достигло своей цели и позволило разработать методику количественного анализа операционного цикла эксплуатации воздушных судов, направленную на обеспечение планового годового налета. По итогам работы сформулированы следующие основные выводы.

1. Расчетные значения возможной длительности стоянки ВС в аэропортах t_СТ наряду с количественными параметрами ожидаемых условий эксплуатации, такими как продолжительность полета ВС по типовому профилю t_БП, расчетный годовой налет ВС T_НАЛ, могут отражать техническое совершенство ВС и его эксплуатационной документации и являться исходными данными при проектировании новых воздушных судов и планировании производственной деятельности авиакомпаний.
2. Расчетным путем доказано, что с ростом продолжительности полета (при переходе от самолетов МВЛ к ДМС) для обеспечения нормативного годового налета требуется значительное увеличение длительности стоянки (в 1,5–2,0 раза) при одновременном резком сокращении количества эксплуатационных циклов (с 2 500–3 000 до 515–645 в год). Это определяет принципиально разные подходы к организации технического обслуживания для разных классов ВС.
3. Показано, что для воздушных судов с высоким годовым налетом и большой продолжительностью полета требования к коэффициенту исправности являются максимально жесткими. Снижение K_испр. ниже 50–60 % делает выполнение планового налета невозможным, так как требуемое для этого время стоянки становится меньше технологически минимально возможного.
4. Предложен практический метод определения минимально необходимой исправности. На примере ближнемагистральных самолетов продемонстрировано, что для обеспечения налета 2 500 ч при технологическом нормативе стоянки в 2,6 ч минимальный коэффициент исправности должен составлять от 0,58 до 0,78 в зависимости от продолжительности полета, при этом установлен случай (t_БП = 1 ч), при котором выполнение плана невозможно, что позволяет избежать нереалистичного планирования.
5. Введен и количественно оценен показатель операционного резерва. Определение резерва времени простоя (Δt_СТ) позволяет авиапредприятиям оценивать свою устойчивость к операционным сбоям и задержкам (задержка экипажа, опоздание тягача, более длительный осмотр и т. д.). Наличие такого резерва (например, 1,91 ч в рассмотренном случае) является страховкой для обеспечения регулярности полетов.

Представленная методика может служить практическим инструментом для увязки стратегических целей авиапредприятия с его операционными возможностями и позволяет количественно обосновывать управленческие решения, выявлять «узкие места» и оценивать риски. Несмотря на существующие ограничения, модель создает надежный аналитический фундамент для дальнейшего развития систем поддержки принятия решений, повышения регулярности перевозок и экономической устойчивости авиапредприятий в условиях растущей конкуренции. Предлагается формализованный детерминированный аппарат для дополнения традиционных статистических методов в области управления эффективностью авиационной техники.