Концепция и методологические основы синтеза парка воздушных судов в новых экономических условиях специальность 05. 02. 22 - Организация производства (транспорт)

Вид материала

Автореферат

Содержание Общая характеристика работы Содержание работы В третьей главе К — аэродинамическое качество ВС; а Q — объем выполняемых работ за период; Т В — выручка от основной деятельности на i

Подобный материал:

• Производство гражданских воздушных судов находится в критическом состоянии, 121.49kb.
• Приказ №257. от 5 июля 1995 г. Бупо и. Ф. Кимстач «Пожарная тактика», М. 1984, 381.37kb.
• «Антикризисное управление и возможности привлечения инвестиций в новых экономических, 44.02kb.
• Сб. Экономика, организация, планирование и управление га. Рига, 1981г, 488.93kb.
• Общая характеристика действующей нормативно-технической базы по технической эксплуатации, 1087.47kb.
• Телеконференция «пищевая промышленность: ит для эффективного управления в новых экономических, 83.24kb.
• Телеконференция "машиностроение: информационные технологии для эффективного управления, 29.16kb.
• Теоретико-методологические основы инвестирования прогрессивных структурных сдвигов, 607.2kb.
• Телеконференция «Аренда и управление недвижимостью: ит для эффективного управления, 82.68kb.
• Устройства электроснабжения воздушных судов пособие по изучению дисциплины и контрольные, 603.43kb.

УДК 629.7:338 На правах рукописи

ББК 65.375

П 76


ПРИПАДЧЕВ Алексей Дмитриевич


КОНЦЕПЦИЯ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА ПАРКА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В НОВЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ


Специальность 05.02.22 — Организация производства (транспорт)


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук


Оренбург 2010

Работа выполнена на кафедре летательных аппаратов Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет».


Научный консультант — профессор, доктор технических наук

Султанов Наиль Закиевич


Официальные оппоненты:

- профессор, доктор технических наук Зубков Борис Васильевич;

- профессор, доктор технических наук Гипич Геннадий Николаевич;

- профессор, доктор технических наук Туркин Игорь Константинович.


Ведущая организация — Федеральное государственное унитарное предприятие «ГосНИИ ГА»


Защита диссертации состоится «23» декабря 2010г. на заседании диссертационного совета Д 223.011.01 при Московском государственном техническом университете гражданской авиации (МГТУ ГА) по адресу: ГСП-3, Москва, 125993, А-493, Кронштадтский бульвар, 20.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА


Автореферат разослан «___» ___________ 2010г.


Ученый секретарь диссертационного совета Д223.011.01


доктор технических наук, профессор Кузнецов С.В.


^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы исследования. Одним из направлений исследований по обеспечению дальнейшего развития авиационной транспортной системы (АТС) является создание методологических основ оптимальной эксплуатации имеющихся воздушных судов (ВС). Одной из важнейших комплексных задач является повышение экономичности ВС, поскольку последнее связано с экономией материальных и финансовых ресурсов, что отражается на структуре парка ВС, на процессе пассажирских перевозок и на конкурентоспособности АТС.

Методологическое, системное и структурное изучение эффективного функционирования АТС требует проведения широкомасштабных научных исследований по формированию структуры потребного парка ВС. Роль начального этапа синтеза структуры АТС повышается, поэтому на этом этапе должно быть принято большинство концептуальных и структурных решений, которые будут определять эффективность и экономичность будущей структуры парка ВС. Широта и сложность решаемых задач обуславливается большим многообразием типов ВС и комбинацией маршрутов движения.

Основная особенность функционирования АТС заключается в многовариативности процесса пассажирских перевозок, а также в сложности структурирования парка ВС. В связи с этим неотъемлемой частью процесса формирования АТС является определение структуры потребного парка ВС на основе моделирования ее функционирования. Для решения такой задачи необходимо иметь простые, но достаточно точные методы расчета, позволяющие определить эффективность эксплуатации ВС.

На научную проблему существенно оказали исследования по анализу больших систем В.С. Михалевича, М. Аоки; Н.Н. Моисеева в области теории оптимизации; Г.С. Поспелова, Г. Вагнера, Дж. Данциг в области программно–целевого планирования; С.М. Егера, А.А. Бадягина, Х.Г. Сарымсакова в области параметрического моделирования ВС; П.А. Нечаева в области функциональных возможностей воздушных судов; Р.В. Сакача, Ю.М. Чинючина в области управления функционирования ВС в авиапредприятиях.

Цель диссертационного исследования — разработка научных основ, концепции и методологии управления структурой парка ВС, выработка практических рекомендаций по их применению в условиях рыночных отношений для повышения эффективности эксплуатации парка ВС авиапредприятий.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ тенденций, проблем и перспектив применения ВС в рамках процесса пассажирских перевозок.

2. Исследование структурной схемы АТС гражданской авиации России.

3. Анализ и классификация типов ВС по признакам способствующим формирование потребного парка ВС.

4. Разработка метода по определению структуры потребного парка ВС, учитывающей связи между режимными, конструктивно–геометрическими, массовыми, энергетическими, технологическими характеристиками.

5. Разработка метода программно–целевого планирования парка ВС с учетом производственных расходов.

6. Разработка метода оценки эффективности ВС на основе экономической ценности.

7. Разработка концепции синтеза потребной структуры парка ВС.

Объект исследования: система управления организацией парка ВС авиапредприятий.

Предмет исследования: процесс пассажирских перевозок как объект управления.

Методы исследования: системный подход, основанный на комплексном использовании моделей и результатов многофакторного анализа, линейного программирования с использованием симплекс–метода, экономическая оценка ВС в рамках процесса пассажирских перевозок.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Разработан комплекс программ, алгоритмов и параметрических рядов, для формирования потребного парка ВС авиапредприятий в структуре АТС;

2. Сформулированы теоретические положения синтеза структуры и размерности парка, концепция исследования, в которых выделяются области предпочтительного применения различных типов ВС;  

3. Предложены математические модели процесса пассажирских перевозок и оригинальная функциональная схема исследования;  

4. Разработан метод по определению структуры потребного парка ВС, учитывающий связи между режимными, конструктивно–геометрическими, массовыми, энергетическими, технологическими характеристиками;

5. Разработан метод программно–целевого планирования парка ВС;

6. Разработан метод параметрического синтеза структуры системы с учетом производственных расходов.

Совокупность разработанных теоретических положений представляет собой новое направление в области совершенствования структуры парка ВС ГА для процесса пассажирских перевозок. Решена также крупная научная проблема и изложены научно обоснованные технические и экономические решения, внедрение которых внесет существенный вклад в развитие экономики страны.

Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют:

1. Совершенствовать управление использования ВС в авиапредприятиях;

2. Определять потребный парк ВС на основе экономической эффективности ВС;

3. Учитывать при формировании парка ВС влияние различных факторов на экономическую эффективность ВС;

4. Формировать алгоритмы процесса, расчетов для автоматизированных систем на единой методической базе;

5. Разрабатывать научно–технические рекомендации по определению потребного парка ВС авиапредприятия;

6. Использовать результаты исследования в организациях: ОКБ, отдельными авиапредприятиями, федеральными и региональными структурами в области ГА;

7. Исследования проводились в рамках федеральной целевой программы Рособразования «Научные и научно–педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы по направлению «Конструирование летательных аппаратов», № ГР 01200906179; в рамках программы «Анализ эффективности использования воздушных судов по разным сферам применения и оптимизация парка воздушных судов» на 2007–2011 гг., № ГР 01200407019; «Методология управления качеством авиационно–химических работ на основе моделирования технологического процесса с применением авиакосмических технологий» № ГР 01200904162, в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» Федерального агентства по образованию на 2009–2010 гг.

Реализация результатов исследований. Основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, реализованы в научных, учебных организациях. В процессе выполнения работы были поставлены новые дисциплины «Оптимизация проектирования самолетов» и «Оптимизация проектирования летательных аппаратов». Существенно переработаны и дополнены соответствующими разделами данной работы и традиционные учебные дисциплины: «Проектирование самолетов», «Технология производства самолетов», «САПР технологических процессов», «Проектирование авиационных конструкций», а также в проведении лабораторного практикума, в рамках курсового и дипломного проектирования.

Основные результаты диссертационной работы были использованы в математическом моделировании при формировании структуры потребного парка ВС в ГОУ ОГУ в процессе создания расчетных модульных программ; в учебном процессе Аэрокосмического института в курсах лекций и лабораторных работах подтверждены соответствующими актами.

Результаты работы внедрены на авиапредприятиях ГА РФ и научно–производственных объединениях, а именно: научно–методические рекомендации «Оптимизация парка воздушных судов авиапредприятий», утвержденные к применению заместителем руководителя Приволжского межрегионального территориального управления воздушного транспорта; генеральным директором ФГУП «Оренбургские авиалинии»; начальником отдела по транспорту министерства экономического развития, промышленной политики и торговли Оренбургской области; генеральным директором ОАО «Авиакомпания «Уральские авиалинии»; заместителем генерального директора ОАО «ВПК «НПО машиностроения», главным конструктором, начальником КБ «Орион», в учебном процессе Аэрокосмического института ГОУ ОГУ.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований и отдельные материалы получили положительную оценку на международных и межотраслевых научно–практических конференциях: шестой, седьмой и восьмой всероссийских научно–практических конференциях (с международным участием) «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике» (Оренбург, ГОУ ОГУ, 2007–2009 гг.); третьей, четвертой всероссийских научно–практических конференциях «Компьютерная интеграция производства и ИПИ–технологии» (Оренбург, ГОУ ОГУ, 2007 и 2009 годы); всероссийской научно–технической конференции «Новые материалы и технологии» (Москва, МАТИ, 2008г.); международной научно–практической конференции «Современные технологии — ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения» (Казань, КГТУ, 2008г.); второй всероссийской конференции ученых, молодых специалистов «Информационные технологии в авиационной и космической технике–2009» (Москва, МАИ, 2009г.); десятой всероссийской научно–технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» (Новосибирск, НГТУ, 2009г.); третьей международной научно–практической конференции «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами» (Пенза, ПГУ, 2009г.); тридцать пятой международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (Москва, МАТИ, 2009г.), на научных семинарах кафедр «Летательные аппараты» (Оренбург, ГОУ ОГУ, 2006–2010гг.) и «Безопасность полетов и жизнедеятельности» (Москва, МГТУ ГА, 2010г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 57 работ, в том числе: 11 — в изданиях, утвержденных ВАК РФ, обязательных для публикации материалов докторских диссертаций; одна научно–методическая рекомендация по оптимизации парка ВС, одно учебное пособие и одна монография, зарегистрированы 14 программ для ЭВМ. Результаты НИР отражены в четырех научных отчетах и справках.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Результаты систематизации направлений повышения экономичности парка ВС ГА, классификация ВС по эксплуатационным характеристикам.

2. Система методов, включающих математическую модель, сформированную на основе экономической эффективности ВС; программно–целевое планирование парка ВС; метод параметрического синтеза структуры системы с учетом производственных расходов.

3. Разработанный метод на основе модели, учитывающей связи между режимными, конструктивно–геометрическими, массовыми, энергетическими, технологическими характеристиками.

4. Разработанный алгоритм выбора потребного парка ВС на основе симплекс–метода.

5. Выявленная закономерность влияния экономико–математических характеристик на формирование структуры парка ВС.

6. Результаты исследований по потребной структуре и размерности парков действующих авиапредприятий и гипотетического парка ВС ГА.

Структура работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и семи приложений. Работа содержит 400 стр., в том числе: 57 рисунков, 20 таблиц и список источников из 252 наименований.

^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении обосновывается актуальность темы исследования. Формируются цель и задачи исследования. Кратко излагается содержание диссертации и полученных результатов, даются сведения об апробации работы, публикациях и внедрении.

В первой главе проведен ретроспективный анализ формирования и динамики развития ГА РФ, дан обзор научных работ в выбранной области исследования, представлен план проведения исследований по формированию структуры потребного парка ВС.

Основные направления научно–исследовательских работ (НИР) касаются, в первую очередь, повышения технического состояния парка ВС, повышения эффективности полетов, диагностирования, контроля и управления комплексов ВС для обеспечения безопасности полетов.

В современных условиях функционирования АТС актуальной остается задача структурирования парка ВС и как часть этой задачи — формирование функциональной схемы оптимизации парка ВС. Учитывая вышеизложенное, функциональная схема представлена на рис. 1.



Рис. 1 Структурно–функциональная схема определения потребного парка ВС


Предложенная схема при реализация функциональных элементов, с учетом их взаимосвязей, обеспечивает формирование экономически выгодного состава и структуры парка ВС авиапредприятий ГА.

Системный анализ АТС необходимо проводить на основе требований к качеству пассажирских перевозок. На этом этапе АТС рассматривается как некоторое целостное функциональное образование, функции которого должны реализовывать сформулированные требования. Анализ полученной функциональной структуры позволит перейти к следующему процессу  —морфологическому синтезу типов ВС.

Метод морфологического синтеза основан на комбинаторике. Суть его состоит в получении детального описания всех существующих типов ВС с последующим поиском наиболее полно соответствующих данной схеме.

Важнейшими элементами функциональной схемы является разработка методологических основ синтеза структуры и определения структуры потребного парка ВС с учетом современных информационных технологий в новых экономических условиях.

В настоящей работе в качестве инструментария при реализации трех методов используется математический аппарат, с помощью которого в любой момент времени возможно аналитически и графически описать процесс пассажирских перевозок ВС ГА и определить структуру потребного парк ВС.

Во второй главе рассмотрена концепция и методологические основы параметрического синтеза авиапредприятий. Также представлены основные направления ее развития с классификацией ВС. Отдельным пунктом рассмотрены региональные аспекты развития парка ВС.

Одной из основных целей исследования является построение математической модели параметрического синтеза, определяющей функционирование авиапредприятий РФ с точки зрения применения ВС в зависимости от поставленных задач. Для достижения конечного результата применяется параметрический анализ, который позволяет рассматривать функционирование отдельных характеристик авиапредприятий (рис. 2). Были проанализированы основные структурные элементы АТС РФ.

На первом этапе результаты анализа позволили определить, что ВС — ключевой элемент АТС.



Рис. 2 Структура АТС гражданской авиации России


Поэтому возникла необходимость составления классификации ВС по различным признакам, наиболее важным из которых является их тип, с целью выявления структуры потребного парка ВС. Рекомендуемая классификация широко используемых ВС (рис. 3).



Рис. 3 Классификация ВС в зависимости от зон дальности


Основой пассажирских перевозок в ГА является использование воздушного пространства, которое предусматривает обеспечение безопасного, экономичного и регулярного воздушного движения. Структура воздушного пространства включает в себя зоны, районы и маршруты обслуживания воздушного движения (воздушные трассы, местные воздушные линии и т.д.), районы аэродромов и аэроузлов, специальные зоны и маршруты полетов ВС, запретные зоны, опасные зоны (районы полигонов, взрывных работ и т.д.), зоны ограничений полетов ВС и другие установленные для осуществления деятельности в воздушном пространстве элементы структуры воздушного пространства.

^ В третьей главе рассмотрено построение модели, учитывающей связи между режимными, конструктивно–геометрическими, массовыми, энергетическими, технологическими характеристиками. Решение поставленной задачи выполняется с построением математической модели процесса пассажирских перевозок при помощи предлагаемого метода по формированию структуры потребного парка ВС на основе критерия производственных расходов ВС. Структура математической модели процесса пассажирских перевозок содержит формирование отдельных характеристик, которые воздействуют на процесс наиболее существенно. Выделяем отдельно:

1. Модель режимных характеристик (РХ) воздушного сообщения — скорость, высота, дальность;

2. Модель конструктивно–геометрических характеристик (КГХ) — удлинение (фюзеляж, крыло), относительная толщина крыла, удельное давление на крыло;

3. Модель массовых характеристик (МХ) — взлетная масса и все компоненты;

4. Модель энергетических характеристик (ЭХ) — расход топлива, тяга двигателя, удельный вес двигателя, диаметр двигателя;

5. Модель технологических характеристик (ТХ) — параметр оценки воздушной линии (годовая продукция воздушной линии и годовые расходы), параметр оценки пассажирского ВС (Y — расходы на одну тонну–километра) (рис. 4).



Рис. 4 Структура математической модели процесса пассажирских перевозок ГА


В качестве ограничений выступают РХ, КГХ, МХ, а переменными ТХ.

Из этого многообразия характеристик выделяем одну величину, внутреннюю характеристику системы, которая в полном объеме раскрывает множество характерных отличительных параметров ВС во взаимосвязи в процессе пассажирских перевозок.

На основании выведенных взаимосвязей формируется комплекс параметров эффекта ВС — производственные расходы (а_прij), в т.ч. часовой расход топлива (С_час), производительность ВС (А_ij), интенсивность движения на линии (N), которые устанавливают взаимосвязь с внутренней характеристикой системы — экономической эффективностью (Э₁) (рис.5). Внутренняя характеристика системы это величина, раскрывающая множество характерных отличительных параметров ВС, действующих во взаимосвязи в процессе пассажирских перевозок.



Рис. 5 Структурная схема первого метода


Для расчета экономической эффективности ВС воспользуемся модельным уравнением Колмогорова–Фоккера–Планка. Опуская промежуточные преобразования, уравнение представляем в виде

, (1)

где m_комj — коммерческая нагрузка, соответствующая данной дальности полета;

ζ — размерный коэффициент;

— интеграл вероятности Гаусса;

^ К — аэродинамическое качество ВС;

а_кап.влj  — капиталовложения.

Параметры эффекта, выделенные для процесса пассажирских перевозок, вычисляем:

1. Производственные расходы на один рейс на i-ом маршруте ВС j-ого типа, вычисляем по формуле

, (2)

где а_ij — себестоимость перевозок;

а_кап.влj — капиталовложения;

2. Производительность на i-ом маршруте ВС j-ого типа вычисляем по формуле

, (3)

где m_комj — коммерческая нагрузка, соответствующая данной дальности полета;

t_ij — время полета;

3. Интенсивность движения на линии вычисляем по формуле
   

, (4)

где п — количество отобранных ВС;

c_i — количество контрольных ВС в i-серии;

— среднеарифметическое значение контрольного ВС.

Экономическая эффективность системы зависит от множества характеристик. Заменим его более простыми приближенными уравнениями — уравнениями регрессии. Для нахождения коэффициентов уравнения регрессии используем метод наименьших квадратов. Составляем матрицу значений, табл. 1.

Параметры, влияющие на экономическую эффективность Таблица 1

Параметры процесса	Обозначение	Символы обозначения
Масса ВС	m0	Х1
Скорость полета	Vкрейс	Х2
Часовой расход топлива	Счас	Х3
Параметр оценки пассажирского ВС	Y	Х4
Высота полета	Нэ	Х5
Аэродинамическое качество ВС	К	Х6

Адекватность модели проверим по критерию Фишера. Полученное выражение представим в виде

(5)

Потребное количество ВС в парке авиапредприятия определяем из условия, что пассажирские перевозки осуществлены в полном объеме и в установленные сроки. Количество ВС (n_потр) необходимое авиапредприятию для выполнения пассажирских перевозок за период вычисляем по формуле

, (6)

где ^ Q — объем выполняемых работ за период;

Т — налет часов за период;

А — производительность ВС.

Из полученного уравнения регрессии видно, что модель в полном объеме описывает процесс пассажирских перевозок, а также показаны влияние и связь экономической эффективности с РХ, КГХ, МХ, ЭХ и ТХ.

Каждый выделенный параметр эффекта может быть представлен в виде целевой функции с построенной поверхностью отклика для определения свойств объекта. Построение наложенных друг на друга поверхностей отклика по всем параметрам эффекта менее наглядно показывает оптимальную область, поэтому был использован метод векторной оптимизации. Векторной оптимизации подвергается весь комплекс параметров эффекта, построенных на основе экономической эффективности ВС. Использование графического метода заключается в геометрическом представлении области допустимых решений, в которой одновременно удовлетворяются все ограничения модели.

Все вышеизложенное позволяет выделить следующие отличительные особенности рассмотренного метода, реализация которого предоставляет новые возможности при решении задачи по управлению парком ВС авиапредприятий.

1. Главная особенность состоит в том, что структура математической модели (рис.4) соответствует реальной схеме процесса пассажирских перевозок, в которой основополагающими характеристиками выступают РХ, КГХ, МХ, ЭХ и ТХ. Это означает, что для их раскрытия в полном объеме во взаимосвязи в процессе пассажирских перевозок необходимо выделить одну характеристику — экономическую эффективность ВС;

2. Уравнение (1) и выражение (5) позволяют определить экономическую эффективность ВС, т.к. она является показателем наилучшего типа ВС из имеющихся на маршруте;

3. Уравнение (6) позволяет сформировать потребный парк ВС авиапредприятий из экономически эффективных типов ВС.