Αύξηση Επιχειρησιακής Ετοιμότητας Αεροσκαφών μέσω Βελτιστοποίησης του Σχεδιασμού Πτήσεων & Συντήρησης: Το Παράδειγμα της Ολλανδικής Πολεμικής Αεροπορίας

Εισαγωγή

Η βελτιστοποίηση της επιχειρησιακής ετοιμότητας, δηλαδή, η ικανότητα της απρόσκοπτης εκτέλεσης των ανατεθειμένων πτητικών αποστολών αποτελεί πρωταρχικό στόχο για έναν στρατιωτικό φορέα εκμετάλλευσης αεροσκαφών. Σε ό,τι αφορά τη διαδικασία του σχεδιασμού των πτήσεων, η επιχειρησιακή ετοιμότητα εξαρτάται από τρεις πρωταρχικούς δείκτες: τη διαθεσιμότητα, τη συντηρησιμότητα και τη βιωσιμότητα. Ταυτόχρονα, επηρεάζεται και από τον χρόνο διακοπής λειτουργίας (downtime) του αεροσκάφους είτε λόγω προληπτικής συντήρησης, η οποία λαμβάνει χώρα σε καθορισμένο χρονικό διάστημα ωρών πτήσης, είτε λόγω καθηλωτικής βλάβης του αεροσκάφους.

Στην πράξη, ο σχεδιασμός του προγραμματισμού των πτήσεων των αεροσκαφών (συμπεριλαμβανομένων και των περιορισμών καθήλωσης αυτών για λόγους συντήρησης) τείνει να αποτελεί ένα πρόβλημα που ταλανίζει σε καθημερινή βάση τους φορείς εκμετάλλευσης, οδηγώντας σε μια εξ αντιδράσεως αντιμετώπιση στην κατανομή των ωρών πτήσης των αεροσκαφών, κατά την οποία εύκολα μπορούν να αναπτυχθούν προβλήματα όσον αφορά τους ανωτέρω δείκτες. Η αντιδραστική αυτή αντιμετώπιση μπορεί να οδηγήσει σε ανισοκατανομή αυτών των δεικτών, οι οποίοι ιδανικά θα πρέπει να βρίσκονται σε αρμονία.

Case Study RNLAF

Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος έχουν αναπτυχθεί μαθηματικά μοντέλα βελτιστοποίησης που λαμβάνουν υπόψη τους ρεαλιστικές περιοριστικές παραμέτρους που αναλύονται ακολούθως. Υπό το πρίσμα αυτό, το παρόν άρθρο παρουσιάζει ένα μοντέλο βελτιστοποίησης σχεδιασμού πτήσεων και συντήρησης (Flight & Maintenance Planning – FMP) σύμφωνα με [1]. Το προτεινόμενο μοντέλο αντιμετωπίζει ταυτόχρονα τις πτυχές της διαθεσιμότητας, της συντηρησιμότητας και της βιωσιμότητας, οδηγώντας σε έναν προληπτικό, αποτελεσματικό και εύρωστο προγραμματισμό συντήρησης και πτήσεων. Το μοντέλο δοκιμάζεται, επαληθεύεται και επικυρώνεται χρησιμοποιώντας δεδομένα και υποδομές της Βασιλικής Πολεμικής Αεροπορίας της Ολλανδίας (Royal Netherlands Air Force – RNLAF) που αφορούν το στόλο ελικοπτέρων CH47D Chinook. Ωστόσο, η λογική που διέπει τη συγκεκριμένη προσέγγιση, μπορεί να αποτελέσει τη βάση για την αντίστοιχη περίπτωση ενός οποιουδήποτε μαχητικού, μεταγωγικού ή πυροσβεστικού αεροσκάφους.

Οι αεροπορικές δυνάμεις ως φορείς εκμετάλλευσης, προκειμένου να διατηρήσουν ένα ελάχιστο επίπεδο ετοιμότητας, οφείλουν να διασφαλίσουν ότι επαρκή αεροσκάφη είναι επιχειρησιακά έτοιμα και τελούν υπό αυτή την κατάσταση για συγκεκριμένο χρονικό ορίζοντα με βάση το σχεδιασμό εκμετάλλευσής τους. Ταυτόχρονα, πρέπει να δημιουργηθεί μια δεξαμενή εκπαιδευτικών ωρών πτήσης τέτοια, ώστε τα πληρώματα να διατηρούνται σε κατάσταση ικανή για την ανάληψη μιας αποστολής, όποτε κι αν αυτή απαιτηθεί. Οι απαιτήσεις αυτές πρέπει να πληρούνται ανά πάσα στιγμή. Το γεγονός αυτό καθιστά αντιληπτό, ότι η διαδικασία σχεδιασμού του προγραμματισμού συντήρησης και πτήσεων ανάγεται σε ένα αρκετά περίπλοκο πρόβλημα πολλών βαθμών ελευθερίας. Στο πλαίσιο αυτής της διαδικασίας σχεδιασμού, η επιχειρησιακή ετοιμότητα αντικατοπτρίζεται από τους ακόλουθους βασικούς δείκτες:

Διαθεσιμότητα

Η απαίτηση της διαθεσιμότητας απορρέει από την ανάγκη να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις ωρών εκπαίδευσης των πληρωμάτων και να εκτελούνται οι προκαθορισμένες επιχειρησιακές αποστολές. Το ποσοστό διαθεσιμότητας ενός στόλου μετράται ως ο λόγος του αριθμού των ωρών που τα αεροσκάφη είναι διαθέσιμα σε έναν μήνα προς το συνολικό αριθμό ωρών των αεροσκαφών σε αυτόν τον μήνα.

Σημειώνεται, ότι ένας άλλος ορισμός για τη διαθεσιμότητα, είναι το ποσοστό των εντός ενεργείας αεροσκαφών προς τη δύναμη (πλήθος) των αεροσκαφών. Ωστόσο, χωρίς βλάβη της γενικότητας, ο ανωτέρω ορισμός είναι εξίσου ορθός, καθώς για τον υπολογισμό της διαθεσιμότητας η μελέτη περίπτωσης του άρθρου κάνει αναγωγή στις διατιθέμενες ώρες των επιχειρησιακών αεροσκαφών προς το σύνολο των ωρών σε χρονική περίοδο μήνα.

Στην Εικόνα 1 παρουσιάζονται τα ιστογράμματα κλιμάκωσης στην ιδανική περίπτωση (α) και στην πραγματικότητα (β), η οποία πρέπει να τείνει να βρίσκεται κοντά στη διαγώνιο, δηλαδή κοντά στην ιδανική κλιμάκωση. Τα ιστογράμματα είναι κανονικοποιημένα για λόγους εμπιστευτικότητας.

Συντηρησιμότητα
Ορίζεται ως αριθμός των αεροσκαφών σε κατάσταση «έτοιμα για ανάληψη αποστολής» σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Με άλλα λόγια, η συντηρησιμότητα είναι ο απόλυτος αριθμός αεροσκαφών σε λειτουργική κατάσταση εκφρασμένος σε ποσοστό [1], [2].

Βιωσιμότητα
Οι συνολικές εναπομείνασες ώρες πτήσης ολόκληρου του στόλου σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Αυτό μπορεί επίσης, να αποδοθεί ως η συνολική εναπομένουσα διάρκεια της λειτουργικής κατάστασης ολόκληρου του στόλου. Για το πρόβλημα βελτιστοποίησης FMP, ο υπολειπόμενος χρόνος πτήσης ορίζεται ως οι υπολειπόμενες ώρες πτήσης πριν ένα αεροσκάφος υποβληθεί σε προληπτική συντήρηση. Ως εκ τούτου, το άθροισμα των υπολειπόμενων ωρών πτήσης για συντήρηση όλων των αεροσκαφών, χρησιμεύει ως κατάλληλη μετρική για τη βιωσιμότητα:

Ειδικότερα, οι δύο τελευταίοι δείκτες καθορίζουν πόσο καιρό ο φορέας εκμετάλλευσης θα παραμείνει ικανός να υποστηρίξει το πτητικό έργο, ξεκινώντας από μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, όταν δεν υπάρχουν προσβάσιμοι πόροι συντήρησης.

Μοντέλο Βελτιστοποίησης FMP

Το μοντέλο FMP, που βασίζεται στη λογική προγραμματισμού του [3], έχει ως πυρήνα τη βελτιστοποίηση της επιχειρησιακής ετοιμότητας με βάση τους ανωτέρω δείκτες, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις σχετικές επιχειρησιακές απαιτήσεις και τους περιορισμούς από πλευράς συντήρησης. Σκοπός του μοντέλου είναι να παράξει βελτιστοποιημένα προγράμματα πτήσεων και συντήρησης, λαμβάνοντας υπόψη τις παραμέτρους εισόδου που φαίνονται στην Εικόνα 2.

 

Η επιχειρησιακή ετοιμότητα θεωρείται βέλτιστη όταν:

1. Η προγραμματισμένη συνολική διαθεσιμότητα του στόλου επιτρέπει στον φορέα εκμετάλλευσης να ανταποκριθεί στην απαίτηση ωρών πτήσης για τον ορίζοντα προγραμματισμού.
2. Η προγραμματισμένη δυνατότητα εξυπηρέτησης (συντηρησιμότητα) ικανοποιεί τις απαιτήσεις του κάθε αεροσκάφους για κάθε περίοδο προγραμματισμού.
3. Μεγιστοποιείται η ελάχιστη προγραμματισμένη βιωσιμότητα κατά τη διάρκεια του ορίζοντα προγραμματισμού.

 

Αποτελέσματα του Μοντέλου Βελτιστοποίησης

Τα αποτελέσματα των εκτελέσεων του μοντέλου για το έτος 2012 όσον αφορά τη βιωσιμότητα παρουσιάζονται στην Εικόνα 3. Οι διάφορες καμπύλες ροής φάσεων που προκύπτουν από τις προσπάθειες του μοντέλου να επιτύχει τη βέλτιστη κλιμάκωση, δείχνουν να είναι ικανοποιητικές (κοντά στη διαγώνιο που θεωρείται η ιδανική κλιμάκωση).

Η εκτέλεση του μοντέλου FMP παράγει ισχυρές επιδόσεις στην εξομάλυνση της βιωσιμότητας κατά τη διάρκεια του ορίζοντα προγραμματισμού, ενώ αυξάνει ελαφρώς την ελάχιστη τιμή της. Καθώς το μοντέλο εκπαιδεύεται, δύναται να παράξει σχεδόν ιδανική κλιμάκωση με μεγιστοποίηση της βιωσιμότητας περιορίζοντας ταυτόχρονα τις εξάρσεις και βυθίσεις γύρω από τη μέση τιμή.

Λόγω της καλύτερης θέσης εκκίνησης (μεγαλύτερο RFT) που προκύπτει από την προσπάθεια προγραμματισμού του μοντέλου για το 2012, η εκτέλεση #2 επιτυγχάνει σημαντικά υψηλότερη ελάχιστη βιωσιμότητα, διατηρώντας παράλληλα χαμηλή μεταβλητότητα.

 

Συμπεράσματα

Το μοντέλο βελτιστοποίησης FMP είναι ένα αποτελεσματικό μέσο για τον καθορισμό μακροπρόθεσμου σχεδιασμού πτήσεων και συντήρησης, το οποίο είναι καθόλα εφικτό να εφαρμοστεί.

Το μοντέλο παρέχει στον οργανισμό που θα το υιοθετήσει μια σειρά πλεονεκτημάτων, συμπεριλαμβανομένου του αυτόματου προσδιορισμού μαθηματικά βέλτιστων χρονοδιαγραμμάτων σε σχέση με την επιχειρησιακή ετοιμότητα, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις απαιτήσεις και τους περιορισμούς, δηλαδή, τα χρονοδιαγράμματα πτήσεων και συντήρησης για τη διάρκεια ενός πλήρους ορίζοντα σχεδιασμού που έχει οριστεί εκ των προτέρων.

Επίσης, επιτρέπει την αντιμετώπιση απρόβλεπτων καταστάσεων καθήλωσης αεροσκαφών (downtimes), ενώ ταυτόχρονα παρέχει τη δυνατότητα για πειραματισμό με διαφορετικά οργανωτικά σενάρια, οδηγώντας τον οργανισμό που το εφαρμόζει στη λήψη βέλτιστων αποφάσεων του σχεδιασμού πτήσεων και συντήρησης.

 

Βιβλιογραφία

[1]   Verhoeffa et al. (2015). Maximizing operational readiness in military aviation by optimizing flight and maintenance planning. 18th Euro Working Group on Transportation, EWGT 2015, 14-16 July 2015, Delft, The Netherlands.

[2]   Raju et al. (2012). Maintenance, Repair and Overhaul Performance Indicators for Military Aircraft. Defence Science Journal. 83-89.

[3]   Kozanidis G. & Skipis A. (2006). Flight and Maintenance Planning of Military Aircraft for Maximum Fleet Availability: A Bi-objective Model. Proceedings of International Conference on Multiple Criteria Decision Making.