Нигматуллин Р. Р.
Производство авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) - это сложный, науко- и трудоемкий процесс, требующий строжайшего соблюдения технологической дисциплины, то есть очень внимательного отношения персонала к работе на всех этапах производства. Завершающим звеном этого процесса являются приемо-сдаточные испытания изделия. На стадии испытания определяются основные параметры ГТД, осуществляется индивидуальная для каждого изделия регулировка и настройка агрегатов и выполняются прочие операции, обеспечивающие надежную и продолжительную эксплуатацию двигателя. Поэтому достоверность информации, получаемой в ходе испытания, объективность контролируемых параметров и управляющих воздействий имеют большое, можно сказать ключевое значение для достижения требуемой надежности и долговечности ГТД.
Автоматизированные системы контроля испытаний (АСКИ) являются особым видом автоматизированных систем. Они реализуют информационную технологию в виде определенной последовательности информационно связанных функций, задач или процедур, выполняемых в автоматизированном (интерактивном) или автоматическом режимах. Например, при разработке и испытаниях авиационного ГТД, применение автоматизированной системы контроля испытаний наиболее целесообразно при контроле во время газовой наработки ГТД. Это обусловлено, в первую очередь, тем, что [2 - 4]:
именно в этих работах определяются значения основных показателей работы двигателя;
необходимо минимизировать газовую наработку (без ухудшения качества испытания):
о для снижения расхода топлива;
о для уменьшения влияния вредных факторов на здоровье исполнителей;
о для уменьшения выброса отходов горения топлива в атмосферу;
необходимо снизить влияние субъективного фактора для повышения объективности результатов испытания.
Объективность и достоверность информации может быть обеспечена только в том случае, когда роль субъективного фактора - влияния человека на процесс обмена данными - сводится к минимуму или полностью исключается. Это может быть достигнуто только за счет автоматизации процессов контроля и управления испытаниями, а в конечном итоге, за счет создания системы автоматического управления испытания в целом.
Также работы, выполняемые на остановленном изделии, также должны быть максимально охвачены автоматизированным контролем, поскольку качественная подготовка двигателя к запуску — залог успешного функционирования работающего двигателя.
Большинство экспериментальных стендов оборудовано системами автоматизации испытаний. Такие системы существенно повышают эффективность испытаний, обеспечивают сокращение времени доводки и отладки двигателей за счет ускоренной обработки большого объема измерительной информации, повышения ее точности, обеспечения строгого выполнения программы испытаний, а также за счет повышения безопасности испытаний и предотвращения аварийных ситуаций.
Комплексная автоматизация испытаний серийных ГТД требует знаний и описания закономерностей процессов, протекающих во время испытаний, то есть наличия адекватной математической модели. Кроме того, необходимы специальные математические методы для расчета на компьютере значений параметров быстропеременных процессов в определенные моменты времени или при достижении каких-либо параметров уставных значений.
Немаловажным фактором для повышения надежности и продолжительной эксплуатации ГТД является наличие базы данных парка двигателей, находящихся в эксплуатации. Исходными значениями эксплуатационных показателей являются значения параметров двигателя, полученных в ходе испытаний. Построение статистических зависимостей показателей работы ГТД от наработки изделия и влияния показателей на отказы, сбои в работе и аварии двигателей позволяет прогнозировать поведение изделий в эксплуатации, заранее предотвращать возможные сбои, а также планировать профилактические ремонты, то есть заранее подготавливать производственную базу для быстрого и качественного ремонта двигателей. Таким образом, высокая объективность и достоверность результатов испытаний позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики двигателей.
Следует отметить, что надежность и продолжительность срока эксплуатации двигателя имеют прямое влияние на гуманитарно-социальные и экономические стороны не только производства, но и развития социума в целом. Увеличение срока службы изделия приводит к снижению эксплуатационно-производственных затрат на единицу времени эксплуатации, что позитивно сказывается как на экономических показателях эксплуатационных авиаслужб, так и на аналогичных показателях производителей авиатехники. Надежность двигателей сказывается не только на экономических показателях, но, в первую очередь, обеспечивает безопасность полетов и может предотвратить невозвратимые потери - человеческие жизни.
Помимо социальных и экономических аспектов, автоматизация испытаний ГТД позволяет улучшать экологическую обстановку. Снижение времени испытаний, уменьшение расхода топлива - это прямые факторы, снижающие загрязнение окружающей среды за счет внедрения АСКИ. Кроме этого, есть еще и опосредованные факторы, такие как снижение количества аварий ГТД в эксплуатации, приводящих к экологическим катастрофам, улучшение показателей работы двигателей - увеличение полноты сгорания топлива, снижение уровня шума изделия - за счет комплексного, объективного контроля. Таким образом, разработка и внедрение АСКИ ГТД серийного производства весьма актуальны и должны находить свое решение в полном объеме и в кратчайшие сроки.
Рассмотрим основные особенности работы систем автоматизации испытаний на основе данных, приведенных в [1]. Автоматизированная система испытаний двигателя объединяет в один комплекс автоматизированную информационно-измерительную систему (АИИС) и автоматизированную систему управления (АСУ) и образует автоматизированную систему управления технологическим процессом испытания - АСУПП-И. Как правило, системы автоматизации испытаний строятся на базе персональных компьютеров (ПК).
На АСУТП-И возлагается выполнение следующих основных задач.
Автоматическая защита двигателя путем его останова или перевода на пониженный режим работы в случае возниконовения нештатных ситуаций.
Сбор и обработка измерительной информации, представление ее в требуемой форме (таблицы, графики, протоколы и т.д.) на различных носителях информации (цифропечать, магнитные диски и ленты и др.), а также представление текущей информации на экране ПК: градуировка измерительных каналов и определение их метрологических характеристик.
Автоматическое поддержание заданного режима работы двигателя.
Автоматическое управление двигателем по определенной программе (например, по циклической программе при проведении эквивалентно-циклических испытаний) с автоматическим измерением заданных параметров на установленных программой режимах.
Автоматическое руководство в форме диалога «оператор-испытатель - ЭВМ» процессом испытаний, включая эксплуатацию и обслуживание двигателя и стендовых систем.
Анализ тенденций изменения параметров двигателя в проуессе испытаний с выдачей полной информации.
Хронометраж работы двигателя на различных режимах, учет количества запусков, прокруток, остановов за испытание с выдачей информации по требованию, с внесением параметров хронометража в документы двигателя.
Автоматическое ведение протокола испытаний.
Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы испытаний двигателей
В состав системы входят:
объект испытаний - воздушно-реактивный двигатель (ВРД);
комплекс первичных измерительных преобразователей (ПИП) и первичных преобразователей системы контроля (ППСК);
устройство связи с объектом (УСО), обеспечивающее преобразование всех форм сигналов первичных преобразователей (аналоговых и частотных) в цифровой код, а также преобразование цифровой информации, выдаваемой компьютером, в сигнал-команду для действия исполнительных механизмов (ИМ);
Персональный компьютер (ПК) со средствами отображения информации (дисплеем (Д_ и принтером (П)) и клавишным устройством (КУ);
пульт управления (ПУ), включающий в себя органы управления двигателем (рычаг управления двигателем (РУД), рычаг останова двигателя (РОД), тумблеры, кнопки, клавиши) и пульт визуального контроля (ПВК).
При наличии автоматической системы управления испытаниями ПВК содержит минимальное количество приборов контроля работы двигателя: индикаторы частот вращения роторов, давления масла, температуры газа за турбиной, температуры масла на выходе из двигателя и т.д.
Автоматическая система управления испытаниями должна удовлетворять ряду жестких требований по надежности и сохранению информации в случаях непредвиденных сбоев в процессе испытаний. Так, несанкционированное отключение основного источника питания не должно приводить к отключению АСУ и прерыванию испытаний. В случае аварийного останова двигателя должна сохраняться вся информация на интервале времени не менее 60 с до и после выдачи команды на останов. При сбоях в работе измерительных каналов на экран ПК должна выдаваться информация о причинах, вызвавших сбой. Комплекс технических средств АСУТП-И должен быть совместим со штатной электронной бортовой системой контроля двигателя с целью непрерывного слежения за ее работой.
Особое внимание при создании систем автоматизации испытаний уделяется защите двигателя. Недопущение разрушения в случае возникновения дефекта с сохранением зафиксированной информации позволяет получить весьма важные данные для его последующей доводки, не говоря о предотвращении расходов средств на ремонт двигателя или даже на производство дополнительного экземпляра.
Технический комплекс автоматической защиты двигателя, как правило, состоит из двух систем: пассивной и активной.
Назначение предупредительной (пассивной) системы - выдача предупредительного сигнала: светового (лампа желтого цвета на пульте управления), речевого (на экране ПК), в печати (протокол испытаний) о том, что величина контролируемого параметра как двигателя, так и стендового оборудования, от которого зависит сохранность двигателя, достигла критического значения.
В состав пассивной системы защиты входит также система, предупреждающая возможность запуска при ненадлежащей его подготовке (например, при недостаточном уровне масла в баке двигателя, закрытых створках входной и выходной шахт и т.д.). При этом на пульте управления зажигается лампа красного цвета с одновременным размыканием цепи между кнопкой «Пуск» и пусковой панелью двигателя.
К основным параметрам, инициирующим выполнение команд пассивной системы защиты двигателя, относятся: недостаточное давление топлива на входе в испытательную станцию и в насос-регулятор, минимальное давление масла; повышенные перепады давлений на топливном и масляном фильтрах, минимальный уровень масла в баке, температура масла на выходе из двигателя и др.
Назначение активной системы защиты двигателя — генерирование сигнала- команды на соответствующий исполнительный механизм, автоматически останавливающий двигатель с одновременной выдачей всей необходимой информации о состоянии двигателя в случае, если величина контролируемого параметра достигла опасных значений (например, заброс частоты вращения, температуры газа, уровня вибраций и др.).
Активная система защиты состоит из двух подсистем: подсистемы ЭВМ, алгоритм функционирования которой заложен в ЭВМ, и подсистемы автономных сигнализаторов.
Более важной является подсистема ЭВМ, в которой на основе измерений параметров двигателя и сравнения их с опасными их значениями, а также на основе анализа соотношении взаимосвязанных параметров генерируется команда на останов двигателя.
При выдаче команды на исполнительный механизм, останавливающий двигатель, автоматически выполняются следующие операции:
на экране фиксируется информация с указанием критического параметра, его фактического значения и отклонения от "опасного" значения;
фиксируются значения всех параметров, выведенных на экран;
включается операция "Выбег", которая обеспечивает с периодом порядка 1 с измерение и регистрацию параметров двигателя в течение времени, превышающего время штатного выбега турбокомпрессора на 10... 15 с;
распечатывается запись значений всех измеряемых параметров в течение не менее 60 с до поступления команды на останов.
Таким образом, функционирование системы защиты двигателя обеспечивает не только его сохранность при возникновении аварийной ситуации, но и позволяет зафиксировать весьма важную информацию, последующий анализ которой способствует выявлению причин возникновения дефектов и создает тем самым предпосылки для их устранения.
Результаты работ, производимых в процессе испытания, заносятся в протокол испытания. В отличие от автоматических систем автоматизированные системы в своем составе предполагают функционирование человека. Для эффективной работы людей в составе АСКИ все оперативные данные, характеризующие работу изделия, должны быть представлены в удобном наглядном виде. Помимо эффективного представления оперативных данных также в удобном виде должны быть выведены значения, отправляемые в протокол испытания. Итоговое заключение о пригодности ГТД к эксплуатации принимается на основании данных, представленных в протоколе испытания. Поэтому основной целью функционирования АСКИ, в конечном итоге, является протокол испытания, формируемый системой и представленный на машинных носителях информации или на бумаге. В настоящее время юридическую силу имеет протокол на бумаге, содержащий необходимые подписи исполнителей и представителей контролирующих подразделений, что определено стандартом предприятия. Необходимо подчеркнуть, что целью работы автоматизированной системы контроля испытаний является именно протокол испытания, а не двигатель, готовый к эксплуатации. Собранный, отрегулированный и проверенный двигатель, годный к эксплуатации, является результатом работы множества производственных подразделений и служб, оснащенных различными автоматизированными системами. Только при применении автоматической системы испытаний можно делать акцент на то, что результатом ее работы является годное изделие, а не протокол испытания.
Целесообразность создания и внедрения автоматизированных систем определяется социальным, научно-техническим и другими полезными эффектами, получаемыми в результате автоматизации [5].
Вопросы экономической эффективности применения автоматизированных систем в настоящее время имеют большое практическое значение во многих областях человече
Понятие эффективности не изменилось: это сопоставление полученных полезных результатов и соответствующих затрат всех видов ресурсов.
Разработка, внедрение проектов по автоматизации функций управления связаны с инвестициями, вложениями средств, затратами рабочего времени и труда. Денежные затраты на автоматизацию представляют собой капитальные затраты на разработку и внедрение проекта и эксплуатационные текущие расходы. К капитальным затратам следует относить:
стоимость проектных работ, расходы по постановке и алгоритмизации задач;
затраты на приобретение технических средств, оборудования, инвентаря,
затраты на монтаж, установку технических средств;
затраты на приобретение программных средств;
затраты на создание информационной базы (базы данных);
стоимость внедрения;
затраты на обучение.
Эксплуатационные текущие расходы включают в себя:
затраты на электроэнергию;
содержание помещений;
сопровождение программного обеспечения (поддержание в работоспособном состоянии, обновление, замена версий);
сопровождение информационной базы (восстановление целостности, архивирование и резервное копирование, антивирусная защита, управление доступом);
затраты на ремонт и обслуживание технических средств;
• стоимость расходных (бумага, краска и картриджи для принтера) и прочих вспомогательных материалов.
Целесообразно учесть и затраты живого труда на выполнение перечисленных работ, особенно время работников, выполняющих их без дополнительной оплаты в своё рабочее время.
Любой руководитель, получив полную информацию о затратах на автоматизацию, задаётся вопросом о том, какую отдачу, какой полезный результат они могут дать и как сопоставить затраты и “полезность”. Известные экономические показатели, такие как экономия затрат, в том числе на обработку информации, коэффициент окупаемости и коэффициент эффективности, годовой прирост прибыли от внедрения автоматизированной системы на практике рассчитать чаще всего невозможно. Проблема состоит в оценке полезного эффекта от внедрения автоматизированной системы.
Проблема получения исходных данных для расчёта может решаться с помощью различных методов, среди которых можно выделить следующие:
На основе результатов деятельности предприятия за прошлые годы прогнозируются экономическими методами результаты на интересующий год и сравниваются с фактическими. Но для достаточно точного прогнозирования условия работы предприятия не должны претерпевать существенных изменений, что было возможно при плановой экономике. При рыночной экономике условия работы предприятия постоянно меняются.
Нормативные методы оценки ожидаемой экономической эффективности автоматизированной информационной системы возможны при наличии нормативов. Но их нет. Причина — разнообразие предприятий, автоматизированных систем, условий их работы. Наиболее подробно разработанные и утверждённые нормативы Минтруда России на работы по бухгалтерскому учёту и финансовой деятельности в условиях автоматизации даже не упоминают, какие, собственно, условия имеются в виду. А время, затрачиваемое на обработку конкретного документа будет зависеть и от применяемого программного комплекса, и от технических средств, скорости передачи информации по сети, наличия и качества информации в массивах справочных данных, организации этих массивов и множества других факторов. Неизвестно, применялись ли где-нибудь и когда-нибудь на практике эти нормативы.
Экспертные методы. Это довольно тонкая процедура, её результаты могут зависеть от компетентности экспертов, чёткости постановки задачи, информации, предоставляемой экспертам, и т. д.
Имитационные методы состоят в моделировании на компьютере самого объекта управления, системы управления, основных возмущений, действующих на объект, и основаны на использовании математических моделей, т. е. достаточно сложного математического аппарата.
Даже при самом удачном проектировании автоматизированная система не может долгое время оставаться неизменной, требует постоянной модернизации, особенно в современных условиях.
Использование автоматизированных систем для принятия решений требует времени на освоение, адаптацию к новым условиям. Эффект проявляется не сразу, а через какое-то время.
Как можно рассчитать экономию затрат на обработку информации? По известной формуле нужно сравнить затраты на обработку информации или на управление в целом при как минимум двух вариантах обработки информации:
DC = С1 - Со,
где 1 — затраты на обработку информации до внедрения проекта; 0 — затраты на обработку информации после внедрения проекта.
Затраты на обработку информации до внедрения проекта можно оценить по фактическим показателям, после внедрения проекта — с помощью проектных, плановых, нормативных показателей. Нормативов, формул для их расчёта, заслуживающих если не доверия, то хотя бы внимания, автору отыскать не удалось. Таким образом, реально оценить проект можно только с применением метода экспертных оценок.
Формула DС = С1 - С0 предполагает, что затраты на обработку информации с применением средств автоматизации уменьшатся. За счёт какой статьи затрат это может произойти? Перебрав их все, можно прийти в выводу, что реально могут быть сокращены затраты на заработную плату при условии сокращения рабочих мест. Но практика показывает, что этого чаще всего не происходит. Перечислим возможные причины.
Не повышается производительность труда. Хотя ряд рутинных вычислений производит компьютер, но больше, чем прежде, требуется времени — на сбор и регистрацию информации, на поиск и исправление допущенных ошибок. Программнотехнический комплекс вкупе с сетью нередко работает довольно медленно, интерфейс программы неудобный, а из-за всего этого и весь процесс идёт неторопливо. Недостаточная квалификация работников не позволяет в полной мере использовать возможности средств автоматизации. Часть времени затрачивается на вспомогательные операции, устранение неполадок и сбоев, ожидание помощи ИТ-специалиста.
Реально производительность труда повышается за счёт автоматизации громоздких рутинных расчётов, автоматического формирования выходных форм, сокращения времени на поиск информации, подготовку документов. При повышении производительности труда также чаще всего не происходит сокращения работников. Их обязанности изменяются, высвобождаемое время затрачивается на другие, более творческие, аналитические работы. Кроме того, объявление о возможном предстоящем сокращении штатов влечёт за собой саботаж со стороны персонала, что нередко приводит к провалу проекта. Исключения, когда бухгалтерия сокращается, а её функции берёт на себя, например, отдел АСУ, очень редки.
При сокращении работников целесообразно повысить заработную плату оставшимся, что сохраняет на предприятии квалифицированные кадры, повышает его престиж. Поэтому экономии также не будет.
Основными показателями эффективности работы предприятия являются объём реализации, прибыль, рентабельность. Но на их формирование воздействует множество факторов, выделить из которых влияние автоматизации возможно только с применением громоздкого математического аппарата, да и то не очень точно. Из имеющегося фактического прироста вычитаются значения, достигнутые за счёт факторов, влияние которых на формирование прибыли поддаётся учёту. Это применение новых технологических процессов, оборудования, рационализации, изменение цен, изменение численности работающих и т.д. Естественно, что учёт как самих этих факторов, так и воздействия их на прибыль является отдельной трудоёмкой задачей и производится с немалыми погрешностями.
Срок окупаемости рассчитывают делением суммы капитальных затрат на экономию затрат на обработку информации или на годовой прирост прибыли, коэффициент эффективности — обратный показатель.
К примеру, имеющиеся оценки, что внедрение CRM-систем увеличивает объём реализации на 10-30 %, получены экспертным путём.
При определении годового прироста прибыли целесообразно проанализировать влияние автоматизации на себестоимость продукции, что также может быть произведено с помощью вышеперечисленных методов.
Внедрение автоматизированной информационной системы позволяет сократить запасы сырья и материалов за счёт совершенствования организации материальнотехнического снабжения, хранения материалов, более экономного их использования; снижать остатки незавершённого производства и готовой продукции в результате улучшения планирования производства, отгрузки, контроля за соблюдением договоров. Оборотные средства, потребляемые предприятием, определяются величиной потребляемых ценностей и временем их нахождения на складах и в производстве.
Влияние автоматизации на устранение причин потерь рабочего времени (очереди за инструментом, время выдачи сменных заданий) можно определить с помощью фотохронометража. Также целесообразно оценить экономию времени управленческих работников на выполнение некоторых наиболее трудоёмких операций.
Большинство авторов, исследовавших эту тему, сходятся во мнении, что невозможно выразить полный эффект от внедрения системы автоматизации в деньгах. Предлагается выделить косвенные показатели эффективности, которые отражаются на результатах производственно-хозяйственной деятельности не непосредственно, а за счёт повышения уровня управления, оперативности и действенности принимаемых решений, совершенствования всей информационной системы объекта, т. е. косвенным путём. Эти косвенные показатели практически невозможно оценить в денежных единицах. При расчётах экономической эффективности автоматизированной информационной системы возникает проблема преобразования эффекта такого рода в экономические показатели, для чего нужны специальные методы.
К таким показателям относят:
повышение оперативности и актуальности информации;
сокращение сроков решения отдельных задач и принятия управленческих решений;
повышение качества информации, её точности, детальности, объективности, в том числе за счёт сокращения ошибок. При этом повышаются производительность труда и качество обслуживания клиента;
углубление анализа, повышение качества аналитических отчётов, получение принципиально новых аналитических возможностей;
снижение совокупного количества времени, затрачиваемого на подготовку документов, скорость выдачи выходных документов, отсутствие очередей. На основе заключённого договора система автоматизации позволяет быстро подготовить акт, накладную на отгрузку, на основе накладной — счёт;
повышение качества обслуживания клиента и процента удержания старых клиентов;
повышение эффективности маркетинговых компаний. В процессе общения с клиентом информация об источниках рекламы связывается с маркетинговой компанией;
снижение дебиторской задолженности за счёт автоматического отслеживания выставленных счетов, сроков платежей, погашения задолженности;
при автоматизации складского учёта — сокращение запасов на складах;
усиление контроля, предотвращение хищений, злоупотреблений;
эффект снижения влияния кадровой “текучки” на производственные показатели. Например, информация о клиентах остаётся в информационной базе, а не “уходит” вместе с менеджером;
повышение коллективизма, улучшение деловой обстановки в результате открытости информации;
повышение качества труда за счёт сокращения рутинных операций;
повышение квалификации сотрудников при внедрении новых технологий;
совершенствование работы аппарата управления;
улучшение организации производства.
Даже эстетичность рабочего кабинета (современный компьютер вместо печатной машинки) может оказать влияние на престиж предприятия, доверие к нему клиента, готовность квалифицированных кадров сотрудничать с этой фирмой.
В настоящее время чуть ли не единственно возможный путь определения эффективности инвестиций в информационные технологии для российских предприятий заключается в том, чтобы получить ответ на следующий вопрос: можно ли ценой выделенных на автоматизацию средств достичь заданных целей, которые формулируются как параметры автоматизируемых процессов? Например: составлять квартальный баланс в течение недели, получать данные о товарах на складе в течение заданного времени и т. д.
Достигли мы поставленных целей или нет, предлагается оценивать в значениях true/false (да/нет). Также известен балльный метод оценки мероприятия по совершенствованию управления.
При оценке эффективности автоматизированных информационных систем возможно и целесообразно применение Balanced Scorecard - системы сбалансированных показателей, разработанной в 1992 году Капланом и Нортоном. Эта теория применяется в основном для оценки эффективности управления предприятием. Применение системы сбалансированных показателей для оценки эффективности автоматизированных информационных систем, непосредственно оказывающих влияние на эффективность управления, представляет интерес, но данная тема, насколько мне известно, пока не разработана ни теоретиками, ни практиками
Хотя не существует прямых методов определения эффективности АСКИ, в частности по критерию соотнесения затрат к прибыли, она определяется косвенными показателями, большая часть из которых начинает проявляться только с течением продолжительного времени. Польза от внедрения АСКИ во многом определяется повышением конкурентоспособности предприятия. Итог анализа результатов в области определения эффективности АСКИ однозначен: применение автоматизированных систем на предприятиях, занимающихся выпуском (особенно массовым) авиационных ГТД, конструкторской разработкой и научно-исследовательской работой, должно сопровождать деятельность предприятия.
Список литературы
Е. Ю. Марчуков, И. И. Онищик, В. Б. Рутовский, Е. М. Таран, А. Я. Черкез. Испытания и обеспечение надежности авиационных двигателей и энергетических установок. Под ред. И. И. Онищика. М. Издательство МАИ. 2004.
http://fad.ugatu.ac.ru/index.php?p=sovet_pub&id=7&go=go
http://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-protsessa-otladki- forsazhnykh-rezhimov-pri-ispytaniyakh-trddf#ixzz2hyRdPqqu
http://www.dissercat.com/content/avtomatizatsiya-sistemy-kontrolya-protsessa- stendovykh-ispytanii-gazoturbinnykh-dvigatelei-s#ixzz2hySkCigG
http://rudocs.exdat.com/docs/index-442057.html?page=12