Κωνσταντίνος Α. Τασιάς
Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ, Μηχανικός ΣΜΑ
Εισαγωγή
Ως αξιοπιστία ορίζουμε την πιθανότητα ενός εξαρτήματος, μιας συσκευής ή ενός συστήματος να πραγματοποιήσει την προκαθορισμένη αποστολή του, χωρίς αποτυχίες, για ένα συγκεκριμένο διάστημα [1,2]. Είναι προφανές ότι η ενδελεχής μελέτη των πιθανών τρόπων αστοχίας, αλλά και της συμπεριφοράς του ρυθμού αποτυχίας και η, εν συνεχεία, εφαρμογή αυτής της γνώσης για τη λήψη αποφάσεων, αποτελεί μια ανάλυση με πολλαπλά πρακτικά οφέλη. Χαρακτηριστική είναι η φράση του James Schlesinger, πρώην Υπουργού Άμυνας των Η.Π.Α.: “Reliability is, after all, engineering in its more practical form” (μτφ. «Η αξιοπιστία αποτελεί την πιο πρακτική μορφή της μηχανικής»).
Η αξιοπιστία συνδέεται -εξ ορισμού- με την ασφάλεια και τη διαθεσιμότητα. Ως εκ τούτου, έχει αποτελέσει και συνεχίζει να αποτελεί μια έννοια άρρηκτα συνδεδεμένη με την πολιτική και στρατιωτική αεροπορική βιομηχανία, αφενός λόγω των κρίσιμων συνεπειών μιας αστοχίας, αφετέρου λόγω των υψηλών επιχειρησιακών απαιτήσεων που απαντώνται σε αυτή.
Απαραίτητη προϋπόθεση για την ανάλυση αξιοπιστίας αποτελεί η επεξεργασία δεδομένων σχετικών με τις παρατηρηθείσες βλάβες και η συνεχής ανατροφοδότηση του μοντέλου με νέα δεδομένα, για τη λήψη, κατά το δυνατό, πιο αξιόπιστων αποτελεσμάτων. Η αεροπορική βιομηχανία, από το πρώτο κιόλας αεροσκάφος των αδερφών Wright, έχει συνδέσει την πορεία και την εξέλιξη της με τη συνεχή, αναλυτική καταγραφή της κατάστασης του πτητικού μέσου σε ημερολόγιο (logbook) [3]. Οι εν λόγω καταγραφές αποτελούν απαραίτητες εισαγωγές (inputs) για την ανάλυση αξιοπιστίας ενός εναέριου μέσου και των επιμέρους εξαρτημάτων αυτού. Μάλιστα, στη σημερινή εποχή, η ανάπτυξη της τεχνολογίας επιτρέπει όχι μόνο τη συνεχή ηλεκτρονική καταγραφή της κατάστασης του μέσου, αλλά και την ακριβή αποτύπωση του χρόνου αστοχίας και της διάρκειας επισκευής κάθε βλάβης.
Ωστόσο, με ποιον τρόπο αξιοποιούνται ή θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν αποτελεσματικά όλα αυτά τα δεδομένα που σχεδόν καθολικά λαμβάνονται στην πολιτική και στρατιωτική αεροπορία; Παρακάτω παρουσιάζονται ορισμένες ενδεικτικές χρήσεις και τα αντίστοιχα πρακτικά οφέλη που πηγάζουν από την εφαρμογή της ανάλυσης αξιοπιστίας στην πολιτική και στρατιωτική αεροπορία.
Αξιοπιστία και Συντήρηση
Η συντήρηση στην αεροπορική βιομηχανία συνίσταται, κατά κύριο λόγο, σε απρογραμμάτιστη, η οποία πραγματοποιείται όποτε συμβαίνει μια βλάβη, και σε προληπτική συντήρηση ανά συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα ή διαστήματα χρήσης, όπως ώρες πτήσεις, αριθμός προσγειώσεων κλπ. Tα εν λόγω διαστήματα καθορίζονται, συνήθως, από τον κατασκευαστή του συγκεκριμένου μέσου ή πηγάζουν από κάποιο σχετικό κανονισμό των υπηρεσιών αεροπορίας (FAA, EASA κλπ).
Υπάρχουν όμως περιπτώσεις όπου ο φορέας χρήσης του μέσου για διάφορους λόγους, δύναται και επιθυμεί είτε να αυστηροποιήσει το διάστημα της προληπτικής συντήρησης, είτε να το παρατείνει. Η ανάλυση αξιοπιστίας του εξαρτήματος, συσκευής ή συστήματος μπορεί να τεκμηριώσει ποσοτικά μια τέτοια απόφαση διαφοροποίησης του διαστήματος συντήρησης, η οποία, προφανώς, δε θα πρέπει να βασίζεται σε εμπειρικές εκτιμήσεις του εκάστοτε χρήστη.
Επιπρόσθετα, τίθεται το ερώτημα αν το καθορισμένο διάστημα προληπτικής συντήρησης θα πρέπει να είναι το ίδιο για όλους τους χρήστες ενός μέσου. Την απάντηση στο ερώτημα αυτό δίνει ένα βασικό στοιχείο του επίσημου ορισμού της αξιοπιστίας, το οποίο σκοπίμως παραλήφθηκε από τον ορισμό αυτής στην αρχή του άρθρου: οι συνθήκες χρήσης του εξαρτήματος, της συσκευής, ή του συστήματος, για παράδειγμα οι περιβαλλοντικές, επιχειρησιακές κλπ. συνθήκες, θα πρέπει να είναι όμοιες. Αυτό συμβαίνει γιατί η χρήση ενός εναέριου μέσου σε διαφορετικές συνθήκες από αυτές για τις οποίες σχεδιάστηκε, συνεπάγεται αυξημένο ρυθμό βλαβών, συνεπώς επηρεάζει την αξιοπιστία του και, άρα, απαιτεί διαφορετική πολιτική συντήρησης.
Κατά συνέπεια, εύλογα εξάγεται το συμπέρασμα ότι η εφαρμογή της ανάλυσης αξιοπιστίας στον καθορισμό της πολιτικής συντήρησης αποτελεί μια αποτελεσματικότερη και οικονομικά πιο συμφέρουσα προσέγγιση έναντι της πολιτικής προληπτικής συντήρησης ανά συγκεκριμένα διαστήματα. Αυτή η φιλοσοφία συντήρησης ονομάζεται Reliability-centered maintenance (RCM) και αξίζει να επισημανθεί ότι εφαρμόστηκε επιτυχώς για πρώτη φορά στην αεροπορική βιομηχανία και, συγκεκριμένα, σtη διαμόρφωση της πολιτικής συντήρησης του αεροσκάφους Boeing 747 [4].
Αξιοπιστία και Προμήθειες
Η μελέτη και ανάλυση αξιοπιστίας δύναται να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο για τη λήψη αποφάσεων αναφορικά με τον προγραμματισμό προμηθειών/παραγγελιών και τη διαχείριση αποθεμάτων των εξαρτημάτων ή/και συσκευών ενός στόλου εναέριων μέσων. Πιο συγκεκριμένα, εκτιμώντας ο χρήστης ενός πτητικού μέσου, βάσει ιστορικών δεδομένων, τη συνάρτηση της αξιοπιστίας ή ισοδύναμα την πιθανότητα αστοχίας ενός εξαρτήματος σε ένα προκαθορισμένο διάστημα, π.χ. ημερολογιακό έτος, πυροσβεστική περίοδο, συγκεκριμένο αριθμό ωρών πτήσης κλπ., δύναται να προβλέψει με μεγαλύτερη ακρίβεια τον αριθμό εξαρτημάτων που αναμένεται να χρειαστεί σε αυτό.
Τα πρακτικά οφέλη μιας τέτοιας πρόβλεψης είναι σημαντικά και αφορούν, ενδεικτικά και όχι περιοριστικά, στον καλύτερο προγραμματισμό των παραγγελιών, την ελαχιστοποίηση των ελλείψεων, αλλά και τη μείωση του συνολικού κόστους αποθεμάτων, η οποία επιτυγχάνεται τόσο μέσα από την αποφυγή ενός υψηλού κόστους παραγγελίας/μεταφορικού κόστους σε περιπτώσεις απαίτησης άμεσης παραλαβής του εκάστοτε ανταλλακτικού, όσο και από την αποφυγή διατήρησης πλεονάζοντος αποθέματος ασφαλείας.
Αξιοπιστία και Μετασταθμεύσεις
Δεν είναι λίγες οι φορές, κυρίως στην στρατιωτική αεροπορία, που υπάρχει απαίτηση μεταστάθμευσης ενός αριθμού αεροσκαφών/ελικοπτέρων εκτός της μητρικής τους μονάδας, είτε προς εκπλήρωση μιας συγκεκριμένης αποστολής, είτε για συμμετοχή σε κάποια άσκηση. Στην προκειμένη περίπτωση, ένα βασικό ερώτημα το οποίο καλούνται να απαντήσουν τα στελέχη της τεχνικής υποστήριξης είναι ποια εξαρτήματα/συσκευές και σε ποια ποσότητα θα πρέπει να μεταφερθούν ώστε, αφενός να ελαχιστοποιηθεί το σενάριο καθήλωσης ενός/περισσότερων πτητικών μέσων και το συνεπαγόμενο υψηλό κόστος αυτού, αφετέρου να μην ξεπεραστεί ο περιορισμός του συνολικού διαθέσιμου βάρους/όγκου για τη συγκεκριμένη μεταφορά.
Το συγκεκριμένο πρόβλημα αποτελεί μια ειδική εφαρμογή του γνωστού, από την επιχειρησιακή έρευνα, προβλήματος του σάκου (knapsack problem) [5]. Στο κλασσικό πρόβλημα του σάκου αναζητείται η βέλτιστη επιλογή μεταξύ ενός πλήθους αντικειμένων, όπου το καθένα χαρακτηρίζεται από έναν ορισμένο όγκο αλλά και μια χρησιμότητα, σε ένα σάκο συγκεκριμένης χωρητικότητας, με σκοπό να μεγιστοποιηθεί η συνολική αξία για τον ταξιδιώτη. Κατά αναλογία, στο προαναφερθέν πρόβλημα επιλογής εξαρτημάτων/συσκευών για μια μεταστάθμευση, η πιθανότητα αστοχίας κάθε εξαρτήματος κατά τη διάρκεια αυτής μπορεί να διαδραματίσει το ρόλο της αξίας κάθε πρόσθετου/εφεδρικού ανταλλακτικού, ενώ, ο διαθέσιμος χώρος του μεταγωγικού αεροσκάφους ή όποιου άλλου μέσου μεταφοράς εξοπλισμού επιλεγεί, θέτει τον περιορισμό της συνολικής διαθέσιμης χωρητικότητας. Κατά συνέπεια, η ανάλυση αξιοπιστίας αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο για την επίλυση του συγκεκριμένου προβλήματος και τη λήψη μιας βέλτιστης, αλλά και τεκμηριωμένης απόφασης.
Πηγές
[1] Ebeling, C.E. (2009). An introduction to reliability and maintainability engineering (2nd ed.). McGraw-Hill, Boston, USA.
[2] https://extapps.ksc.nasa.gov/Reliability/
[3] History of the Pilot Logbook – Aileron (ailerongroup.co.uk)
