XII International PhD Workshop OWD 2010, October 2010

Transkrypt

1 XII International PhD Workshop OWD 2010, October 2010 Identyfikacja głównych elementów procesu budowania planu zamówień na części zamienne do statków powietrznych Identification Of Main Elements A Process Of Preparing A Spare Part Procurement Plan For Aircraft Anna Bryzek, Wojskowa Akademia Techniczna Abstract In the presented paper problems regarding management of aircraft spare parts have been outlined. The subject of the paper is concerned with aircraft parts, that are subject to control of their condition. In the paper aircraft parts have been grouped in respect of maintenance strategies. Additionally on-condition maintenance of aircraft parts have been described. Moreover, the paper presents elements, which have an influence on spare parts requirement (i.e. warehouse strategy, shelf-live policy, stock limits) and method of spare part procurement. Finally, the method, how to prepare a spare part procurement plan, has been developed in the paper. Streszczenie Referat przedstawia zagadnienia i problemy związane z zarządzaniem częściami zamiennymi, dla których prowadzona jest dokładna kontrola ich stanu technicznego na przykładzie części zamiennych do statków powietrznych. W referacie przedstawiony został podział statku powietrznego na grupy elementów, ze względu na sposoby ich eksploatacji. Następnie została umieszczona charakterystyka dwóch typów eksploatacji statków powietrznych: eksploatacja według resursu i eksploatacja według stanu technicznego. W drugiej części referatu przedstawione zostały elementy wpływające na występowanie zapotrzebowania, metody magazynowania oraz sposoby i główne zagrożenia związane z pozyskiwaniem sprawnych części zamiennych. Na końcu referatu umieszczono metodę konstrukcji planu zamówień oraz opisano związane z tematem problemy badawcze. 1. Wyróżnione elementy na statku powietrznym Statek powietrzny ze względu na zarządzanie procesem eksploatacji, w tym częściami zamiennymi, można podzielić na: - płatowiec zewnętrzna skorupa statku. - główne zespoły są to główne zespoły, dla których zbierane są szczegółowe dane dotyczące ich eksploatacji po każdym dniu lotów. Zwykle jest około czterech głównych zespołów na statku powietrznym. - agregaty metrykowane są to obiekty na statku powietrznym, dla których zbierane są szczegółowe dane o procesie ich eksploatacji, ale głównie jedynie w chwilach wykonywania jakiś czynności na agregacie (zamontowanie, wymontowanie, naprawa, remont, konserwacja). Na statku powietrznym znajduje się około paru tysięcy agregatów metrykowanych. - pozostałe elementy, dla których nie są prowadzone dokładne badanie stanu technicznego. W referacie przedstawione zostanie zagadnienie prognozowania zapotrzebowania na główne zespoły i agregaty metrykowane przy wykorzystaniu dostępnej informacji o eksploatacji dla płatowca, zespołów i agregatów metrykowanych. Każdy z tych elementów posiada własną dokumentacje pokładową: - książkę płatowca zawiera informacje o płatowcu (dane podstawowe płatowca, nadany resurs, terminy wykonanych napraw, przeglądów i remontów, informacje o zamontowanych agregatach i zespołach oraz wykryte na statku uszkodzenia), - książkę zespołu zawierającą analogiczne informacje jak książka płatowca, ale zbierane dla konkretnego zespołu, - książkę agregatu zawierającą informacje o określonym agregacie. We wszystkich książkach zapisywane są również informacje o wykonanej pracy. Jednak tylko książka dla płatowca i głównych zespołów uaktualniana jest każdego dnia, w którym były wykonywane loty. Praca dla agregatu wpisywana jest do jego książki w chwili wybudowania go ze statku powietrznego, na podstawie informacji zawartych w książkach płatowca i głównego zespołu, z którym współpracuje agregat. Przez cały cykl życia z obiektem (płatowcem, zespołem głównym, agregatem metrykowanym) przekazywana jest jego dokumentacja, w której przechowywane są informacje 70

2 o dotychczasowym przebiegu eksploatacji: na jakich statkach powietrznych obiekt był zamontowany, terminy wykonania obsług (naprawa, remont, konserwacja) oraz praca, jaką obiekt wykonał na statku powietrznym. Praca zapisywana jest w takich jednostkach, jak: czas lotu, czas pracy na ziemi, liczba lądowań, liczba uruchomień i liczba cykli. W książkach zespołów i agregatów zapisywane są także informacje dotyczące czynności wykonanych podczas magazynowania części zamiennej: konserwacje i remonty. 2. Typy eksploatacji statków powietrznych Zespoły i agregaty oraz sam statek powietrzny eksploatowane są według dwóch głównych typów eksploatacji: - eksploatacja według resursu, - eksploatacja według stanu technicznego. Eksploatacja statku powietrznego według resursu polega na wykonywaniu dokładnych remontów w określonych przedziałach czasu. Remonty wykonywane są co około 10 lat kalendarzowych (resurs kalendarzowy) lub godzin lotu (resurs godzinowy) zależnie od tego, który z tych parametrów zostanie uzyskany szybciej. Wyróżnia się dwa typy resursu: resurs techniczny (dożywotni) i resurs do remontu. Resurs techniczny określa całkowity czas użytkowania statku powietrznego lub agregatu. Po upływie tego czasu statek lub agregat muszą zostać wycofane z użytku. Resurs do remontu jest to czas, po jakim obiekt powinien zostać poddany remontowi. Remont statku powietrznego polega na zdemontowaniu wszystkich agregatów, dla których upłynął resurs do remontu i zabudowaniu agregatów sprawnych w ich miejsce. Zdemontowany agregat jest kierowany do magazynu, gdzie podejmowana jest decyzja o wysłaniu go do naprawy, remontu lub, jeśli przywrócenie sprawności jest niemożliwe, jest wycofywany z eksploatacji. Opis pozyskiwania agregatów sprawnych znajduje się w rozdziale Pozyskiwanie części zamiennych. Eksploatacja statku powietrznego według stanu technicznego polega na wykonywaniu okresowych przeglądów, mających na celu kontrolę stanu technicznego płatowca oraz zamontowanych na nim zespołów i agregatów. Przeglądy wykonywane są częściej niż remonty, jednak zawierają o wiele mniejszą liczbę wykonywanych czynności co powoduje, że trwają o wiele krócej i są mniej kosztowne. Agregaty w tym typie eksploatowania statku powietrznego dzielone są na trzy grupy: - agregaty eksploatowane według resursu są to agregaty katastrofogenne (uszkodzenie tego agregatu może spowodować wypadek lotniczy) lub agregaty, dla których nie ma opracowanych nieniszczących metod badań ich aktualnego stanu technicznego. - agregaty eksploatowane według stanu technicznego są to agregaty powodujące awarie dla których zostały określone metody nieniszczące sprawdzania ich stanu technicznego. Na podstawie przeprowadzonych badań nieniszczących można określić czy agregat powinien zostać wybudowany i wysłany do naprawy lub usunięty z eksploatacji. - agregaty wymieniane po wykryciu uszkodzenia agregaty te nie mają wpływu na bezpieczeństwo lotów. Są to często powielane elementy na staku powietrznym. W eksploatacji według stanu technicznego zwykle nadal często zachowany i przestrzegany jest parametr resursu technicznego (dożywotniego). 3. Zapotrzebowanie Zapotrzebowanie na części występuje na skutek: - wymian obiektu, który osiągnął resursu techniczny lub resurs do remontu, - wymian na skutek osiągnięcia granicznego stanu technicznego agregat nie spełnia parametrów przy badaniu stanu technicznego, - uszkodzeń obiektu podczas eksploatacji (uszkodzenie wykryte w locie, w obsługach okresowych), - uszkodzeń podczas przechowywania (utrata właściwości), - wymian części zalecana przez producenta lub upoważniony organ w biuletynie lub dyrektywie zdatności. Dla części wymienianych na skutek wypracowanego resurs analizowane są dwa typy resursu: kalendarzowy (liczba lat przebywania części na statku powietrznym) i godzinowy (liczba godzin pracy). Agregat zostanie zdemontowanych w momencie wykorzystania pierwszego z tych dwóch resursów. Wartość resursu kalendarzowego można uzyskać poprzez dokładne obliczenie resursu kalendarzowego i uzyskuje się wtedy terminy zgłoszeń zapotrzebowań na określone części. Jednak większy problem występuje z resursem godzinowym. Aby zaplanować, dla których agregatów zostanie wypracowany resurs godzinowy, należy pozostały godzinowy resurs agregatu porównać z planem lotów na badany okres. Ta prognoza jednakże zależna jest od stopnia zrealizowania planu lotów. Należy wtedy uwzględnić zarówno sytuacje wystąpienia braku zapotrzebowania (plan lotów nie został zrealizowany) na część, jak również i pojawienie się zapotrzebowania w szybszym terminie (statek powietrzny będzie latał sumarycznie dłużej niż opisane jest w planie). 71

3 Wszystkie agregaty eksploatowane według stanu technicznego będą wymieniane, kiedy podczas przeglądu zostanie stwierdzone, że przekroczyły graniczny stan techniczny. Dla tych agregatów należy wyznaczyć charakterystyki ich zużywania się. Oczekiwanym wynikiem będzie uzyskanie prawdopodobieństwa, że agregat zostanie wymieniony podczas zaplanowanego dla statku powietrznego przeglądu. Następnie należy określić to, z jakim prawdopodobieństwem następuje wykrycie uszkodzenia agregatu podczas okresu pomiędzy remontami lub przeglądami. Analizowane będą tu sytuacje, kiedy usterka została wykryta, zarówno podczas lotu, jak i wykonywania obsług okresowych. Rys. 1 Budowa modelu zapotrzebowania na części zamienne Fig. 1 Creation a spare part requirement model Wszystkie powyższe parametry należy przeanalizować dla każdego agregatu i każdego statku powietrznego, a następnie estymować rozkład wystąpienia zapotrzebowania na wybrany agregat dla wszystkich posiadanych egzemplarzy statków powietrznych. 4. Magazynowanie Dla części zamiennych, dla których wymagana jest stała szczegółowa kontrola ich stanu technicznego, producent określa metody ich przechowywania w magazynie mające na celu zagwarantowanie, że część zamienna nie utraci właściwości i w chwili zamontowania jej na statku powietrznym będzie w dobrym stanie technicznym. Wyszczególniane są następując czynności wykonywane na części zamiennej przechowywanej w magazynie: - konserwacja jest to zabezpieczenie części zamiennej przed negatywnym wpływem czynników środowiska zewnętrznego, - remont w trakcie remontu sprawdzany jest stan techniczny części zamiennej i wymieniane są zużyte elementy (np. uszczelki). Terminy wykonywania konserwacji i remontów określa producent w dokumentacji części zamiennej, np. konserwacja musi zostać wykonana co 5 lat i dozwolone jest wykonanie kolejnych dwóch konserwacji, zanim część zamienna będzie wymagała wykonania remontu. Od okresu, kiedy powinien zostać przeprowadzony remont, do czasu wykonania remontu część zamienna jest niesprawna i nie może zostać zamontowana na statku powietrznym. Po wykonaniu remontu część zamienna ponownie będzie sprawna i będzie mogła zostać zamontowana na statku powietrznym. 5. Pozyskiwanie części zamiennej Części zamienne do statków powietrznych można podzielić ze względu na sposób ich pozyskiwania na trzy zasadnicze grupy: - części nowe, zakupione od producenta, - części odzyskane po zdemontowaniu ze statku powietrznego, - remont niesprawnej części zamiennej przechowywanej w magazynie. Nowe części są zwykle drogie, a realizacja zakupu jest procesem bardzo długim. Istnieje także ryzyko, że część zamienna będzie niedostępna na rynku w chwili wystąpienia zapotrzebowania. Jej sprzedaż może zostać wycofana, lub produkcja będzie wykonywana okresowo (np. wyprodukowanie partii części zamiennych raz na 5 lat). Wcześniejsze określenie zapotrzebowania i zakup nowych części zamiennych może znacznie skrócić czas oczekiwania na nie. Część zamienna jeśli została zdemontowana ze statku powietrznego na skutek usterki, osiągnięcia granicznego stanu technicznego lub resursu do remontu, może zostać skierowana do naprawy (remontu) i wraca do eksploatacji jako sprawna część zamienna. Należy określić to ile najprawdopodobniej części zamiennych zostanie dostarczonych do magazynu po zdemontowaniu ich ze statku powietrznego. Dla części zamiennych przechowywanych w magazynie, kiedy upłynie termin jej przechowywania do przeprowadzanie remontu, należy zdecydować, czy taki remont przeprowadzić. Jeżeli remont nie zostanie przeprowadzony, część zamienna jest w magazynie, ale nie może zostać zamontowana na statku powietrznym. Na podstawie otrzymanego prawdopodobnego zapotrzebowania na części zamienne może zostać podjęta decyzja o wcześniejszym przeprowadzeniu remontu części, dla których występuje największe prawdopodobieństwo wystąpienia zapotrzebowania. Przeprowadzenie remontu przed wystąpieniem zapotrzebowania spowoduje skrócenie czasu oczekiwania na część zamienną. 72

4 6. Plan zamówień Cena części zamiennych, ich naprawy, remonty i koszty magazynowania są tak wysokie, że niemożliwe jest zagwarantowanie, aby w magazynie były wszystkie sprawne części zamienne dla statku powietrznego, na które może zostać zgłoszone zapotrzebowanie. Ponadto, zakup zbyt dużej liczby nadliczbowych części zamiennych do magazynu spowoduje starty w postaci zamrożenia kapitału w częściach, zwiększy koszt magazynowania i prawdopodobieństwo utraty części na skutek utraty własności użytkowych podczas przechowywania. Czas zakupu nowej części zamiennej, wykonanie remontu lub naprawy części zamiennej w chwili wystąpienia zapotrzebowania trwa zwykle bardzo długo. W tym czasie statek powietrzny oczekuje na dostarczenie sprawnej części zamiennej i niemożliwa jest jego eksploatacja. W lotnictwie cywilnym mamy wtedy straty wynikłe z braku dochodu osiąganego z przeprowadzonych lotów, a w lotnictwie wojskowym obniżona jest gotowość do lotu. Celem pracy jest uzyskanie takiego planu utworzenia zapotrzebowania na części zamienne, aby minimalizować straty wynikłe z oczekiwania statku powietrznego na sprawną część zamienną. Rys. 2 Budowa planu zamówień Fig. 2 Creation a spare part procurement plan 7. Określenie zadań badawczych Aby zbudować dobry plan zakupów oraz plan przeprowadzenia remontów części niesprawnych należy określić prawdopodobne zapotrzebowanie na sprawne części zamienne danego typu, jak również wyznaczyć aktualny i przyszły stan magazynu: liczba sprawnych i niesprawnych części zamiennych w magazynie, liczba egzemplarzy części zamiennych, która zostanie przekazanych po wybudowaniu ze statków powietrznych, itd. W praca badawczej rozważane będą następujące zagadnienia związane z budowaniem efektywnego planu zamówień części zamiennych: - Określenie zbioru części zamiennych, których eksploatacja jest istotna ze względu na zarządzanie częściami zamiennymi. Informacje dla każdej części zamiennej analizowane będą pod względem typu eksploatacji, rozkładu uszkadzalności się obiektu, procesu odnowy. - Zebranie charakterystyk eksploatacyjnych dla każdej części zamiennej i podział części na grupy na podstawie przebiegu eksploatacji. - Określenie parametrów procesu pozyskiwania części zamiennej: czas i koszt pozyskania części zamiennej. - Zdefiniowanie strat wynikłych z braku dostępu części zamiennej w magazynie oraz określenie zależności wielkości start od czasu oczekiwania na część zamienną. - Zdefiniowanie strat wynikłych z zakupu i przechowywania części zamiennej w magazynie przy braku wystąpienia zapotrzebowania na tą część. - Zdefiniowanie harmonogramu generowania zapotrzebowania na części zamienne łącznie z opracowaniem ograniczeń. - Zaproponowanie kryterium oceny opracowanego harmonogramu. - Ocena metod wyznaczania harmonogramu optymalnego. 7.1 Metody prognozowania zapotrzebowania Elementy występujące na statku powietrznym należy podzielić pod względem dostępnych charakterystyk eksploatacji. Szczególną uwagę należy zwrócić na takie informacje jak: sposób eksploatacji agregatu (wg resursu czy według stanu technicznego), metody przechowywania oraz proces odnowy (remonty, zdatność do naprawy po zdemontowaniu z statku powietrznego, itd.). Na podstawie tych parametrów zostaną zdefiniowane grupy części zamiennych o takich samych rozkładach występowania zapotrzebowania. Najtrudniejszym elementem w tej części jest określenie rozkładu wystąpienia zapotrzebowania na części zamienne dla agregatu eksploatowanego według stanu technicznego oraz prognozowanie wymiany agregatu po jego uszkodzeniu. Prognozowanie tych parametrów jest procesem trudnym, gdyż wymaga on analizy wielu wskaźników. Metody wyznaczania wskaźników istotnych i otrzymywania na ich podstawie wskaźników niezależnych oraz metody statystyczne dają zadowalające efekty tylko dla małej liczby wskaźników i powoduje to ich małą skuteczność w prognozowaniu harmonogramu wystąpienia zapotrzebowania do statków powietrznych. W celu uzyskania parametrów niezawodnościowych dla statków powietrznych oraz poszczególnych agregatów wykorzystywane są 73

5 algorytmy symulacyjne[1] oraz algorytmy oparte na sztucznej inteligencji - sieci neuronowe[2]. Zastosowanie matematycznych modeli sterowania zapasami bez wykorzystania wsparcia informatycznego było bardzo trudne lub niemożliwe do wykonania. Rozwój informatyki i wykorzystanie komputerowego wsparcia pozwoliły wykorzystać dedykowane programy komputerowe do przetwarzania dużej ilości informacji z procesu eksploatacji statku powietrznego oraz symulację komputerową do wyznaczenia wartości wskaźników modelu sterowania zapasami. Sieci neuronowe to także metoda dostępna dzięki wykorzystaniu wsparcia komputerowego do wyznaczania modeli i parametrów procesu zarządzania częściami zamiennymi do statków powietrznych. Zaletą sieci neuronowych jest możliwość modelowania złożonych funkcji nieliniowych bez konieczności budowania skomplikowanych hipotez i modeli. Cechy sieci neuronowych umożliwiają zastosowanie ich do modeli z dużą ilością zmiennych niezależnych. Sieć neuronowa dzięki wykorzystaniu algorytmu samouczenia się buduje model w oparciu o dane zebrane dla konkretnego przypadku. Zastosowanie tej metody daje także wynik niezależny od występowanie szumów w danych wejściowych. 7.2 Kryteria oceny harmonogramu Znalezienie dobrego harmonogramu generowania zapotrzebowania na części wymaga zdefiniowania kryteriów oceny uzyskanych wyników. Często wykorzystywane są następujące kryteria oceny jakości systemu sterowania zapasami i otrzymanego harmonogramu: - efektywność, - gotowość statku powietrznego do lotu, Pierwszym rozpatrywanym kryterium oceny harmonogramu jest efektywność. W tym kryterium do oceny jakości systemu sterowani analizę strat dla otrzymanego harmonogramu. Rozpatrywane są dwa rodzaje strat: straty związane z brakiem zapasowej części zamiennej (koszt awaryjnego zakupu, koszty przestoju statku powietrznego) oraz straty wynikłe z nadmiarowego zapasu (zamrożenie kapitału i koszty magazynowania). Najlepszy system sterowania zapasami według tego kryterium będzie to ten, dla którego straty będą najmniejsze. To kryterium będzie częściej wykorzystywane w przedsiębiorstwach świadczących usługi lotnicze niż w lotnictwie wojskowym i ratownictwie lotniczym, gdyż koncentruje się głownie na unikaniu strat materialnych. Drugie kryterium to gotowość statku powietrznego do lotu. W tym kryterium brany jest pod uwagę czas kiedy statek powietrzny jest dyspozycyjny (sprawny) oraz kiedy jest niedyspozycyjny (ten czas składa się z czasu naprawy statku powietrznego oraz czasu oczekiwania na dostarczenie części zamiennej). Najlepszy harmonogram w tym kryterium posiada największą gotowość statków powietrznych do lotu. To kryterium może być wykorzystywane częściej w lotnictwie wojskowym i ratownictwie lotniczym, gdyż w służbach lotniczych bardzo ważna jest duża gotowość statków powietrznych do wykonywania zadania. 8. Podsumowanie W referacie została przedstawiona złożoność tematyki sterowania zapasami dla statków powietrznych. Lotnictwo jest dziedziną, w której bardzo ważne jest bezpieczeństwo, co powoduje, że eksploatacja statków powietrznych jest związana z wieloma czynnościami mającymi na celu zagwarantowanie bezpieczeństwa osób znajdujących się na pokładzie maszyny. Powoduje to także, że proces sterowania zapasami dla tej dziedziny jest bardzo złożony, jednak jest niezbędny ze względu na ograniczone fundusze. Literatura 1. Jaźwiński J., Żurek J.: Wybrane problemy sterowania zapasami Biblioteka Problemów Eksploatacji, Warszawa Radom Krutkow A., Pigłas M., Zaworski T., Zieja M.: Informatyczne wspomaganie sterowania niezawodności i bezpieczeństwa lotów wojskowych statków powietrznych, Materiały Szkoły Niezawodności, Szczyrk Brzeziński M., Chylak E.: Eksploatacja w logistyce wojskowej, Wydawnictwo Bellona, Warszawa Staniszewski R. Sterowanie procesem eksploatacji, Wydawnictwo Naukowo -Techniczne, Warszawa Chistopher M.: Logistyka i zarządzanie łańcuchem dostaw, Polskie Centrum Doradztwa Logistycznego, Drelów Pod redakcją Rutkowski K.: Logistyka dystrybucji, Szkoła Główna Handlowa w Warszawie,Warszawa 2005 Adres służbowy Autora: mgr inż. Anna Bryzek Instytut Systemy Informatyczne Wojskowa Akademia Techniczna Ul. Kaliskiego Warszawa tel anna.bryzek@wat.edu.pl 74