2º Simpósio Internacional de Confiabilidade e Gestão de Segurança Operacional. 09 a 11 de novembro de 2010

(1)

2º Simpósio Internacional

17 a 19 de novembro de 2009

de Confiabilidade e Gestão de

S

O

i

l

de Confiabilidade e Gestão de

S

O

i

l

09 11 d

b

09 11 d

b

d

d 2010

2010

Segurança Operacional

09 a 11 de novembro

09 a 11 de novembro de

de 2010

2010

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(3)

(4)

Sinópse

O cenário operativo de uma frota de aeronaves comerciais demanda o transporte de passageiros de forma segura, rápida, confortável e econômica. Para tanto, as companhias aéreas estabelecem índices de qualidades específicos visando à garantia continuada da satisfação do cliente, bem como, a otimização dos tempos operacionais da frota e o cumprimento de cláusulas contratuais.

Um desses índices, exigido e controlado pelas companhias aéreas, é a Despachabilidade (Schedule Reliability –g p p p ( y

SR), importante indicador da qualidade operacional de uma frota de aeronaves comerciais, que traduz o cumprimento do horário do voo identificado no bilhete.

Com o objetivo de responder às drásticas e rápidas mudanças na demanda e expectativas do cliente comprometido em atender às exigências do ambiente de atuação, a utilização dos modelos matemáticos em comprometido em atender às exigências do ambiente de atuação, a utilização dos modelos matemáticos em situações complexas e de alta integração tem sido cada vez mais empregada para auxiliar o processo de tomada de decisão em diversas áreas de trabalho, tais como ensino, pesquisa, logística, produção, desenvolvimento, manutenção e outras.

O presente trabalho aborda esse cenário operativo através um modelamento estatístico que consiste na aplicação dos Diagramas de Blocos de Confiabilidade, na fase de desenvolvimento da aeronave, para a determinação analítica da Disponibilidade Pontual visando caracterizar a Despachabilidade da frota de aeronaves. Além disso, identifica as variáveis relacionadas ao processo, envolvendo tanto o fabricante como o

operador, bem como, o grau de dependência e possíveis otimizações, visando assegurar o atendimento àsp , , g p p ç , g

metas estabelecidas.

Os resultados obtidos com a aplicação desse modelo matemático foram significativos em termos da caracterização da Disponibilidade Pontual como estimativa da Despachabilidade da frota e também na aplicação da experiência adquirida neste estudo em novos projetos de desenvolvimento de produtos aplicação da experiência adquirida neste estudo em novos projetos de desenvolvimento de produtos aeronáuticos

(5)

Objetivo

C

t i

á i

ti d

f t d

li

d

Caracterizar o cenário operativo de uma frota de aeronaves, aplicando

a Confiabilidade no ciclo de vida da aeronave – do projeto à operação

– na determinação analítica da Despachabilidade através de um

modelamento estatístico

modelamento estatístico.

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Agenda

Considerações Iniciais

Cenário operativo de uma frota de aeronaves comerciais

Definições Básicas

Reliability Block Diagram – RBD

Atividades de Confiabilidade no ciclo de vida de aeronave

Plano de Trabalho

Ferramenta de Análise

Caracterização da Despachabilidade

Processo do Modelamento

Desenvolvimento

Despachabilidade x Disponibilidade

Modelo de 1 voo

Modelo de 2 voos consecutivos

Simulação de Monte Carlo para “n” voos consecutivos

Simulação de Monte Carlo para n voos consecutivos

Validação do modelamento usando um sistema-piloto (hidráulico)

Resultados

C

l

ã

C

id

õ

Fi

i

Conclusão e Considerações Finais

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Cenário Operativo

Tempística das decolagens e pousos – aviação comercial

Início Fim do Horário do Vôo Horário do Horário de Decolagem Gate Gate Início Decolagem Fim do Pouso do Vôo (bilhete) Horário do Voo (bilhete) g considerando o Atraso Tolerado Atraso Tolerado TAT

Taxi Voo Taxi

5 80 5 30 15

Tempos Operacionais

(valores médios):

tempo disponível para preparação para o próximo vôo

45

tempo disponível para preparação para o

próximo voo

Tempos Operacionais

(valores médios):

Taxi ... 5 minutos

Voo ... 80 minutos

TAT (turn around time) ... 30 minutos

Atraso Tolerado ... 15 minutos

Total ... 135 minutos = 2h:15’ = 2,25 horas

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Definições Básicas

CONFIABILIDADE(reliability) é a capacidade de um sistema / item desempenhar uma dada função sem falha, sob condições específicas e durante um período de tempo especificado

condições específicas e durante um período de tempo especificado.

MANTENABILIDADE(maintenability) é a capacidade de um sistema / item ser mantido ou recolocado em condições de executar suas funções requeridas sob condições de uso especificadas, quando a manutenção é executada sob condições determinadas e mediante procedimentos e meios prescritos.

DISPONIBILIDADE(availability) é a capacidade de um sistema / item estar em condições de executar uma certa função, durante um período de tempo especificado, levando-se em conta os aspectos combinados de sua confiabilidade e mantenabilidade.

MTBUR(mean time between unscheduled removals) é a figura de desempenho operacional de um item, calculada pela razão do total de horas voadas pelo item acumuladas em um dado período pelo número de remoções não

MTBF (mean time between failures) é a figura de desempenho operacional de um item, caracterizada pela média

dos tempos entre falhas do item. (itens reparáveis)

DESPACHABILIDADE(SR - schedule reliability) é a figura de desempenho operacional de uma aeronave dada pela porcentagem de voos programados (SF) sem a ocorrência de interrupções operacionais.

pela razão do total de horas voadas pelo item, acumuladas em um dado período, pelo número de remoções não programadas do item que ocorreram durante o mesmo período.

Interrupções operacionais:

- atraso superior a 15 minutos - retorno da pista

- retorno de voo

voo para alternativa

100 (%) SF ons Interrupti SF SR = − SF ( h d l d fli ht) d li t d

- voo para alternativa - cancelamento

SF (scheduled flight) ... voo programado e listado na tabela de horários de

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Reliability Block Diagram

O RBD – Reliability Block Diagram –é uma ferramenta gráfico-analítica para determinação da probabilidade de sucesso de um sistema, a partir da contribuição dos elementos (blocos de confiabilidade) que compõem esse sistema.

O resultado é uma estimativa. A comparação está sendo feita com valores pontuais.

O RBDdo sistema em estudo depende da arquitetura de implementação dos blocos, bem como, das confiabilidades individuais dos elementos e do tempo de operação dos componentes.

das confiabilidades individuais dos elementos e do tempo de operação dos componentes.

A

B

C

1

2 R

SISTEMA 1-2

= ?

D

E

G

F

= RA.RB // RC // [RD.(RE // RF).RG] sendo RE // RF = 1 - (1-RE)(1-RF)

R

_sistema1-2

= (A

_{e B) ou C ou [D e (E ou F) e G]}

F

... sendo RE // RF = 1 - (1-RE)(1-RF) 8

(10)

Atividades de Confiabilidade no ciclo de vida de aeronave

Dados Reliability

Prediction RBD... Reliability Block Diagram

SR S h d l R li bilit Dados de Campo de Falha / Suspensos Distribuições Estatísticas (Supplier) Modificações de Arquitetura de Sistemas Estimativa SR Considerando Confiabilidade + SR ... Schedule Reliability

MMEL .... Master Minimum Equiment List

RBD 1

(Preliminar) Dados de DataBase de Confiabilidade Ensaios Confiabilidade Estimativa SR

RBD 2

Confiabilidade + Mantenabilidade (Pré-Certificação)

Σ

SR

R(t) A(t)=f (R(t) + M(T)) ÆSR Acelerados (HALT,QALT,..) _{λ, MTBF, MTBUR} Cláusulas Contratuais Burn-in Endurance Fadiga Qualificação Valores λ, MTBF mais realísticos via FMEAs MMEL _Logística Operacional (Dados de Campo) M(T) o Treinam Mecânicos Aprovisiona/ Peças MEL Avião Spare Mantenabilidade Acessibilidade Mantenabilidade (dados prelliminares) Detectabilidade certificaç ã o

Taxa Utilização FH/day)

Legislação/Sindicato Sazonalidade Inspecionabilidade

Reparabilidade

DISPONIBILIDADE PONTUAL A(t) depende da

CONFIABILIDADE e MANTENABILIDADE Æ A(t)= f (R(t)+ M(T))

Linha do Tempo

Fase Ante-Projeto Fase de Desenvolvimento Fase Operacional

(11)

Reliability Block Diagram

1. Determinação do RBD Preliminar:

- Definição dos tempos operacionais do avião (solo e voo) - Diagrama de Blocos Funcionais de cada sistema

- Dados de Confiabilidade dos componentes

Gate Fim do Pouso Horário do Vôo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o Atraso Tolerado Atraso Tolerado TAT Taxi Vôo Taxi

5 80 5 30 15 Gate Fim do Pouso Horário do Vôo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o Atraso Tolerado Horário do Vôo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o Atraso Tolerado Atraso Tolerado TAT Taxi Vôo Taxi

5 80 5 30 15

(λ, MTBF, distribuições estatísticas, etc.)

- Identificação dos componentes que afetam a Despachabilidade (SR) de cada sistema - Construção do RBD preliminar de cada sistema

Consolidar todos os RBDs preliminares de sistema - Consolidar todos os RBDs preliminares de sistema

(RBD preliminar do avião - RBD 1)

- Análise e Ações para eventuais discrepâncias

2. Determinação do RBD Pré-Certificação:

- Atualizações das arquiteturas dos sistemas

D d d M t bilid d (t d i ã t )

- Dados de Mantenabilidade (tempos de reparo, acesso, inspeção, etc.) - Expurgo de itens da MMEL (master minimum equipment list)

- Expurgo das falhas latentes dos componentes (ref. FMEA)

- MTBUR previsto e remoções não atreladas ao MTBUR - Construção do RBD pré-certificação do avião (RBD 2)

A B C D E G 1 2 A B C D E G A B C D E G 1 1 22

- Construção do RBD pré-certificação do avião (RBD 2)

- Cálculo da Despachabilidade (SR) do Avião - Análise e Ações para eventuais discrepâncias

F F F

(12)

Plano de Trabalho

Ferramentas de Análise

 Construção dos RBDs

 Análise dos dados baseado na distribuição de Weibull  Estatística Aplicada: Estimadores e Simulação Monte Carlo  Estatística Aplicada: Estimadores e Simulação Monte Carlo

Caracterização da Despachabilidade

C t i ã d á i ti

 Caracterização do cenário operativo

 Definição da melhor métrica de confiabilidade para esse cenário operativo  Validação dessa métrica utilizando recursos das ferramentas da ReliaSoft

Processo do Modelamento

 Caracterização do SR utilizando a figura de Confiabilidade “Disponibilidade Pontual”  Modelo de 1 voo

 Modelo de 2 voos consecutivos

 Simulação de Monte Carlo para “n” voos consecutivos

 Validação do modelamento SR usando o sistema-piloto hidráulico  Análise dos resultados

 Conclusões e Considerações Finais

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Desenvolvimento

Caracterização do SR utilizando a figura de Confiabilidade “Disponibilidade Pontual”

Gate Gate

Início

Decolagem Fim do_Pouso

Horário do Voo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o Atraso Tolerado (bilhete) Atraso Tolerado Atraso Tolerado TAT

Taxi Voo Taxi

Despachabilidade x Disponibilidade

tempo disponível para preparação para o próximo voo R(t) λt M(Tav) M(Tav)=1-e−µTav 1 1 Probabilidade de Falha [ 1-R(t) ] p p próximo voo CONFIABILIDADE MANTENABILIDADE R(t)=e−λt A(t) tempo t

Probabilidade de Não Falha

DISPONIBILIDADE PONTUAL A(t) depende da CONFIABILIDADE e MANTENABILIDADE Æ A(t)=f(R(t)+ M(T))

(14)

Modelo de 1 Voo

Gate Gate Início Decolagem Fim do Pouso Horário do Voo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o atraso tolerado atraso tolerado TAT

Taxi Voo Taxi TAT

Taxi Taxi

tempo disponível para preparação para o Voo preparação para o próximo voo Tempos Operacionais:  Processo do Modelamento: Caracterização da Despachabilidade Modelamento de 1 voo

Modelamento de 2 voos consecutivos

Simulação de Monte Carlo para “ n” voos consecutivos

Taxi ... 5 minutos Voo ... 80 minutos

TAT (turn around time) ... 30 minutos Atraso tolerado ... 15 minutos

Total 135 minutos = 2h:15’ = 2 25 horas Validação do Modelamento

Resultados

Total ... 135 minutos = 2h:15’ = 2,25 horas

(15)

Modelo de 2 Voos Consecutivos

1º Caso: Sem a ocorrência de falha durante o voo

Horário Horário de Decolagem considerando Gate Gate Horário do Voo (bilhete) Início da Decolagem Fim do Pouso considerando o atraso tolerado Gate TAT atraso tolerado Voo Voo ... Ponto de Decisão SR S h d l R li bilit  Processo do Modelamento: Caracterização da Despachabilidade Modelamento de 1 voo

NÃO AFETA O SR !

SR .... Schedule Reliability

(Despachabilidade)

Simulação de Monte Carlo para n voos consecutivos Validação do Modelamento

Resultados

(16)

Modelo de 2 Voos Consecutivos

2º Caso: A falha ocorre em voo e, após o pouso, a intervenção de

manutenção ocorre em tempo inferior ao TAT

(Turn Around Time)

manutenção ocorre em tempo inferior ao TAT

(Turn Around Time)

falha

falha reparada Gate Gate Início da Decolagem Fim do Pouso Horário de Decolagem considerando o atraso tolerado Gate

falha

Horário do Voo (bilhete) TAT atraso tolerado Voo Voo  Processo do Modelamento: Caracterização da Despachabilidade Modelamento de 1 voo

NÃO AFETA O SR !

... Ponto de Decisão

Simulação de Monte Carlo para “ n” voos consecutivos Validação do Modelamento

(17)

Modelo de 2 Voos Consecutivos

3º Caso: A falha ocorre em voo e, após o pouso, a intervenção de

manutenção ocorre em tempo superior ao TAT, porém, não

excedendo o “atraso tolerado” de 15 minutos

falha

falha reparada Gate Gate Início da Decolagem Fim do Pouso Gate

falha

Horário do Voo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o atraso tolerado TAT Atraso Tolerado Voo Voo ... Ponto de Decisão  Processo do Modelamento: Caracterização da Despachabilidade Modelamento de 1 voo

NÃO AFETA O SR !

TAT ... Turn Around Time Simulação de Monte Carlo para “ n” voos consecutivos_{Validação do Modelamento}

(18)

Modelo de 2 Voos Consecutivos

4º Caso: A falha ocorre em voo e, após o pouso, a intervenção de

manutenção ocorre em tempo superior ao TAT e excedendo

o “atraso tolerado” de 15 minutos

falha falha reparada falha _{Horário de} Decolagem considerando o atraso tolerado Gate Gate Horário do Voo (bilhete) Início da Decolagem Fim do Pouso Gate TAT Atraso

Tolerado Próximo voo com atraso superior a 15 min! Vôo Vôo superior a 15 min!

AFETA O SR !

... Ponto de Decisão  Processo do Modelamento: Caracterização da Despachabilidade Modelamento de 1 voo

TAT ... Turn Around Time _{Validação do Modelamento}Simulação de Monte Carlo para n voos consecutivos

Resultados

(19)

Modelo de 2 Voos Consecutivos

R e s u m o

1º Caso

Voo TAT Voo NÃO AFETA O SR !

2º Caso _{NÃO AFETA O SR !}

2 Caso

3º Caso

4º Caso

Voo TAT Voo AFETA O SR !

(20)

Modelo para “n” Voos Consecutivos

df df

Metodologia para obtenção das métricas de Confiabilidade de uma arquitetura de

sistema através do processo direto de LDA (Life Data Analysis):

pdf pdf Exponencial (λ) Normal (μ, σ) Processo de determinação da função de probabilidade

1. Obtenção dos Dados de Vida do item (TAF/TAR);

t t

TAF TAR

da função de probabilidade acumulada

2. Determinação da distribuição (pdf) aderente aos dados;

3. Determinação da função de probabilidade acumulada(cdf); cdf

R(t) F(t)

1

cdf

M(T) 1

4. Determinação das métricas de Confiabilidade

( λ, MTBF, R(t), F(t), etc.) t R(t) ( ) Confiabilidade / Probabilidade Falha t M(T) Mantenabilidade

TAF ... tempo até falha TAR ... tempo até reparo

Probabilidade Falha

 Processo do Modelamento:

Caracterização da Despachabilidade Modelamento de 1 voo

Simulação de Monte Carlo para “ n” voosç p

Validação do Modelamento Resultados

(21)

Modelo para “n” Voos Consecutivos

Metodologia para obtenção da Disponibilidade de

it t d i t l t é d CONFIABILIDADE MANTENABILIDADE

uma arquitetura de sistema complexa através do

processo de RDB com Simulação de Monte Carlo: pdf pdf

Exponencial (λ) Normal

(μ, σ)

MANTENABILIDADE

DISPONIBILIDADE PONTUAL A(t) depende da:

CONFIABILIDADEe MANTENABILIDADE

t t

(μ, σ)

Processo de determinação

d t t é d

1. Geração de um conjunto números aleatórios, uniformemente distribuídos entre 0 e 1;

2. Determinação da função inversa da Probabilidade Acumulada;

3. Alimentação da função inversa da Probabilidade

dos tempos através da função inversa de

probabilidade acumulada

ç ç

com esse conjunto de números aleatórios para determinação dos tempos (TAF e TAR) para cada simulação:

cdf cdf

4. Determinação da Disponibilidade Pontual A(t)

para todas as simulações através dos _TAR

M(T) 1 cd TAF t R(t) F(t) 1 Gerador Números Aleatórios

pa a todas as s u ações at a és dos contadores de TAF, TAR e A(t)

n ... número de simulações n A(t) 1 1 2 1 3 0 ... ... TAR _t TAF t

TAF1, TAF2, TAF3, ... TAFn _{TAR1, TAR2, TAR3, ... TARn}

 Processo do Modelamento:

Caracterização da Despachabilidade Modelamento de 1 voo

n 1

Σ“1"/n

Simulação de Monte Carlo para “ n” voos

Validação do Modelamento

(22)

Validação do modelamento SR

S

Sistema - Piloto

(sistema hidráulico)  Processo do Modelamento: Caracterização da Despachabilidade Modelamento de 1 voo

Modelamento de 2 voos consecutivos Simulação Monte Carlo para “ n” voos

Resultados

(23)

Validação do modelamento SR

Diagrama de Fases

(sistema hidráulico)

Manutenção

RBD

despachabilidade

falha falha reparada falha falha reparada

Fase Operacional Fase Manutenção

Dados de Manutenção obtidos em “campo” Gate Gate Início da Decolagem Fim do Pouso TAT Atraso Tolerado Vôo Vôo Gate falha Horário do Vôo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o atraso tolerado Gate Gate Início da Decolagem Fim do Pouso TAT Atraso Tolerado Vôo Vôo Gate falha Horário do Vôo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o atraso tolerado 22

(24)

Validação do modelamento SR

RBD do sistema hidráulico

FILTER MANIFOLD SYSTEM 12 A RESERVOIR

SYS1 BYPASSVALVE, FILTER, CASE DRAIN 1 HEAT EXCHANGER AC MOTOR PUMP S1 ENGINE DRIVEN PUMP S1 QUICK DISC. EDP, CASE QUICK DISC. EDP, SUCTION QUICK DISC. EDP, PRESSURE 1 VALVE, CHECK HEAT 1 VALVE, CHECK CASE DRAIN 1 VALVE, CHECK THRUST 1 QUICK DISC. PRESSURE 1 QUICK DISC. RETURN 1 QUICK DISC. FILL 1 QUICK DISC. TRAS, SUPPY QUICK DISC. TRAS RETURN 1 VALVE, DUMP/ THERMAL RELIEF 1 BALL ATTENUATOR EDP SUC 1 BALL ATTENUATOR ACMP 1 AC MOTOR PUMP S2 ENGINE DRIVEN PUMP S2 FILTER MANIFOLD SYSTEM 12 B QUICK DISC. RETURN 2 QUICK DISC. PRESSURE 2 RESERVOIR SYS2 FILTER, CASE DRAIN 2 VALVE, CHECK CASE DRAIN 2 VALVE, BYPASS S2 HEAT EXCHANGER S2 VALVE, CHECK HEAT 2 VALVE, CHECK CASE DRAIN 3 VALVE, CHECK THRUST 2 QUICK DISC. FILL 2 QUICK DISC. EDP, PRESSURE 2 Start RESERVOIR SYS3 BALL ATTENUATOR ACMP 2 BALL ATTENUATOR EDP SUC 2 VALVE, DUMP/ THERMAL RELIEF 2 SWITCH, PRESSURE PTU QUICK DISC. TRAS RETURN 2 QUICK DISC. EDP SUCTION QUICK DISC. TRAS, SUPPLY QUICK DISC. EDP CASE SYSTEM/AIRCRAFT HYDRAULIC LINES SYS 2 SYSTEM/AIRCRAFT HYDRAULIC LINES SYS 1 BALL ATTENUATOR ACMP 3A VALVE, DUMP/ THERMAL RELIEF 3 QUICK DISC. FILL 3 QUICK DISC. RETURN 3 QUICK DISC. PRESSURE 3 VALVE, CHECK RETURN FILTER, CASE DRAIN 3 FILTER MANIFOLD SYSTEM 3 AC MOTOR PUMP 3A S3 Start SHOCK MOUT ACMP SHOCK MOUT ACMP SHOCK MOUT SYSTEM/AIRCRAFT HYDRAULIC No(3) 3 de 4 SHOCK MOUT ACMP 3A-2 ACMP 3A-1 SHOCK MOUT ACMP 3A-3 No(2) 3 de 4 2B-1 SHOCK MOUT ACMP 2B-2 SHOCK MOUT ACMP 2B-3 No (1) 3 de 4 SHOCK MOUT ACMP 1B-2 ACMP 1B-1 SHOCK MOUT ACMP 1B-3 LINES SYS 3 Bloco Dummy SHOCK MOUT ACMP 3A-4 SHOCK MOUT ACMP 2B-4 SHOCK MOUT ACMP 1B-4 Dummy _End End 23

(25)

Validação do modelamento SR

Propriedades do Bloco “Engine Driven Pump S1”

(sistema hidráulico)

(26)

Validação do modelamento SR

Propriedades da Fase Operacional

(

á

)

(sistema hidráulico)

(27)

Validação do modelamento SR

Propriedades da Fase Manutenção

(sistema hidráulico)

(28)

Validação do modelamento SR

Simulação Monte Carlo

(sistema hidráulico)

(29)

Resultados da Simulação Monte Carlo

System Overview

General

Mean Availability (All Events): 0.7777 S d D i i (M A il bili ) 0 0037 A

Sistema Hidráulico

Std Deviation (Mean Availability): 0.0037 Mean Availability (w/o PM & Inspection): 0.9996 Point Availability (All Events) at 2.25: 0.9989

Reliability at 2.25: 1 Expected Number of Failures: 0 Std Deviation (Number of Failures): 0 A _(t=2.25h) Disponibilidade Pontual @ 2.25h = 0.9989 falha falha reparada falha falha reparada ( ) MTTFF: 32460.6384 System Uptime/Downtime Uptime: 1.7498 CM Downtime: 0.0008 Inspection Downtime: 0 PM Downtime: 0 4994 11 Indisponibilidades em 10000 simulações Gate Gate Início da Decolagem Fim do Pouso TAT Atraso Tolerado Vôo Vôo Gate falha Horário do Vôo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o atraso tolerado Gate Gate Início da Decolagem Fim do Pouso TAT Atraso Tolerado Vôo Vôo Gate falha Horário do Vôo (bilhete) Horário de Decolagem considerando o atraso tolerado PM Downtime: 0.4994 Total Downtime: 0.5002

System Downing Events

Number of Failures: 0 Number of CMs: 0.0011 Number of Inspections: 0

9989 disponibilidades em 10000 simulações DISPONIBILIDADE PONTUAL A(t) depende da:

CONFIABILIDADEe MANTENABILIDADE Number of PMs: 0.9989 Total Events: 1  Processo do Modelamento: Caracterização da Despachabilidade Modelamento de 1 voo

Modelamento de 2 voos consecutivos Modelamento de 2 voos consecutivos Simulação Monte Carlo para “ n” voos

(30)

Conclusão e Considerações Finais

O Modelamento de SR (Schedule Reliability Despachabilidade) feito para o Sistema

O Modelamento de SR (Schedule Reliability - Despachabilidade) feito para o Sistema

Hidráulico como estudo-piloto, usando ferramentas de RBD com Fases de Voo

caracterizou bem a Despachabilidade dentro do cenário operativo de uma frota de

aeronaves comerciais;

Este trabalho permitiu uma boa Visibilidade e Conceituação das atividades de

Confiabilidade e Mantenabilidade no ciclo de vida da aeronave;

O processo de Simulação de Monte Carlo, presente no software aplicativo,

permitiu caracterizar a Disponibilidade Pontual como métrica de Confiabilidade

representando a Despachabilidade de uma frota de aeronaves comerciais;

Conscientização da importância dos Dados de Vida dos componentes e

equipamentos na fase inicial de projeto (predição procedência ensaios

equipamentos na fase inicial de projeto (predição, procedência, ensaios

acelerados, etc.);

Elaboração de um conjunto de recomendações para a fase de desenvolvimento de

ç

j

ç

p

um projeto aeronáutico para a construção do RBD e determinação do SR.

(31)

Jaures Cardoso Jr., eng

Systems Reliability & Safety Engineer

Systems Engineering, Defense Market

y

g

g,

f

k

Embraer Ext 4537

(32)

System #1 System #2 System #3

ENGINE DRIVEN PUMP AC MOTOR PUMP BOOTSTRAP RESERVOIR ENGINE DRIVEN PUMP AC MOTOR PUMP BOOTSTRAP RESERVOIR M M AC MOTOR PUMP BOOTSTRAP RESERVOIR PMP05V-34 AC MOTOR PUMP M M ENGINE DRIVEN PUMP AC MOTOR PUMP BOOTSTRAP RESERVOIR ENGINE DRIVEN PUMP AC MOTOR PUMP BOOTSTRAP RESERVOIR M M AC MOTOR PUMP BOOTSTRAP RESERVOIR PMP05V-34 AC MOTOR PUMP M M ENGINE DRIVEN PUMP AC MOTOR PUMP BOOTSTRAP RESERVOIR ENGINE DRIVEN PUMP AC MOTOR PUMP BOOTSTRAP RESERVOIR M M M M AC MOTOR PUMP BOOTSTRAP RESERVOIR PMP05V-34 AC MOTOR PUMP M M MM L H R H G S #1 R.H. Thrust Reverser 2B System ACCUMULATOR AP6VSC-124 PMP05V-34 L H +R H G S #2 PV L.H. Thrust Reverser AP6VSC-124 PMP05V-34 FILTER MANIFOLD PV System 2A 1A 1B PMP05V-34 3A 3B FILTER MANIFOLD FILTER MANIFOLD 2B PUV Pump Unloader Valve

FLV Flow Limiter Valve

L H R H G S #1 R.H. Thrust Reverser 2B System ACCUMULATOR AP6VSC-124 PMP05V-34 L H +R H G S #2 PV L.H. Thrust Reverser AP6VSC-124 PMP05V-34 FILTER MANIFOLD PV System 2A 1A 1B PMP05V-34 3A 3B FILTER MANIFOLD FILTER MANIFOLD 2B PUV Pump Unloader Valve

L H R H G S #1 R.H. Thrust Reverser 2B System ACCUMULATOR AP6VSC-124 PMP05V-34 L H +R H G S #2 PV L.H. Thrust Reverser AP6VSC-124 PMP05V-34 FILTER MANIFOLD FILTER MANIFOLD PV System 2A 1A 1B1B PMP05V-34 3A 3A 3B3B FILTER MANIFOLD FILTER MANIFOLD FILTER MANIFOLD FILTER MANIFOLD 2B PUV Pump Unloader Valve

L.H.+R.H. G.S. #1 (INBOARD) L.H.+R.H. M.F.S. #3 (INBOARD) L.H.+R.H. M.F.S. #5 (OUTBOARD) ACCUMULATOR L.H.+R.H. M.F.S. #4 (CENTER) L.H.+R.H. G.S. #2 (OUTBOARD) L.H. Inboard AILERON R.H. Inboard AILERON ACCUMULATOR Priority Valve R.H. Outboard AILERON L.H. Outboard AILERON PV System ACCUMULATOR L.H.+R.H. G.S. #1 (INBOARD) L.H.+R.H. M.F.S. #3 (INBOARD) L.H.+R.H. M.F.S. #5 (OUTBOARD) ACCUMULATOR L.H.+R.H. M.F.S. #4 (CENTER) L.H.+R.H. G.S. #2 (OUTBOARD) L.H. Inboard AILERON R.H. Inboard AILERON ACCUMULATOR Priority Valve R.H. Outboard AILERON L.H. Outboard AILERON PV System ACCUMULATOR L.H.+R.H. G.S. #1 (INBOARD) L.H.+R.H. M.F.S. #3 (INBOARD) L.H.+R.H. M.F.S. #5 (OUTBOARD) ACCUMULATOR L.H.+R.H. M.F.S. #4 (CENTER) L.H.+R.H. G.S. #2 (OUTBOARD) L.H. Inboard AILERON R.H. Inboard AILERON ACCUMULATOR Priority Valve R.H. Outboard AILERON L.H. Outboard AILERON PV System ACCUMULATOR Outboard BRAKE System L.H. Outboard ELEVATOR (A/S) L.H. Inboard ELEVATOR (A/S) Upper RUDDER (A/S) R.H. Inboard ELEVATOR (A/S) Inboard BRAKE System PV PTU Selector Brake ACCUMULATOR Brake ACCUMULATOR

R.H. Outboard ELEVATOR (A/S) Lower RUDDER (A/S) Emergency/Park BRAKE Emergency/Park BRAKE Outboard BRAKE System L.H. Outboard ELEVATOR (A/S) L.H. Inboard ELEVATOR (A/S) Upper RUDDER (A/S) R.H. Inboard ELEVATOR (A/S) Inboard BRAKE System PV PTU Selector Brake ACCUMULATOR Brake ACCUMULATOR

R.H. Outboard ELEVATOR (A/S) Lower RUDDER (A/S) Emergency/Park BRAKE Emergency/Park BRAKE Nose Wheel Steering LANDING GEAR Nose Main Extension Retraction

Power Transfer Unit MPP1C-12 Valve PV Nose Wheel Steering LANDING GEAR Nose Main Extension Retraction

Power Transfer Unit MPP1C-12 Valve PV Landing Gear Landing Gear Emergency Uplock Release (Mechanical) Emergency Uplock Release (Mechanical) Landing Gear Landing Gear Emergency Uplock Release (Mechanical) Emergency Uplock Release (Mechanical) Landing Gear Landing Gear Emergency Uplock Release (Mechanical) Emergency Uplock Release (Mechanical)

(33)

NOME:

Jaures Cardoso Júnior

CARGO:

Responsável Tecnológico de Engenharia nas áreas de

EMPRESA:

Embraer S.A.

g

Confiabilidade, Integração e Segurança de Sistemas

Aeronáuticos Embarcados

GRADUAÇÃO:

Engenheiro Eletrônico pela Escola de Engenharia Mauá

GRADUAÇÃO:

Engenheiro Eletrônico pela Escola de Engenharia Mauá

ESPECIALIZAÇÕES:

CRP ReliaSoft, 2008

Confiabilidade de Sistemas – ITA, 2007

,

Mecatrônica – ITA, 2001

Reliability & 1309 Design Analysis for Aircraft Systems – EUA, 2000

Safety Assessmente of Aircraft Systems - England, 2000

Flight Intrumentation SFIM - France, 1980

g

,

PRINCIPAIS ATIVIDADES:

Consultoria em Confiabilidade e Safety Assessment

Instrutor e Mentor para o Programa de Especialização Embraer

Representante Credenciado de Engenharia pela ANAC

(34)

Validação do modelamento SR

Sistema-piloto ATA 29

( i t hid á li )

PREMISSAS:

1. Antes de cada voo, supõe-se que tanto o avião como seus componentes estão em estado novo.

(sistema hidráulico)

2. O Diagrama de Fases contém 2 fases:

a) Operacional com duração de 1,5 horas (90 min)

b) Manutenção com duração de 30 min + 15 min atraso tolerado + eventual tempo de reparo adicional 3. A fase operacional contém um bloco “dummy” que não falha para garantir a continuidade do voo de 90 min,

independente da falha de componentesp p

4. A fase de manutenção contém um bloco “dummy” com manutenção preventiva de 30 min para garantir que o avião permaneça em solo por no mínimo 30 minutos

5. Todas as falhas que ocorrerem durante o voo serão consertadas em solo

6. Se todos os reparos forem completados nesse período de 30 minutos, o avião estará pronto e entrará numa 6 Se todos os epa os o e co p etados esse pe odo de 30 utos, o a ão esta á p o to e e t a á u a

nova fase operacional

7. Se os reparos levarem mais do que 30 min, a fase de manutenção durará até que todos os reparos sejam completados

8. A duração da simulação é de 135 min (90 + 30 + 15) para obter a disponibilidade pontual no fim deste período 9. Este cenário é repetido por 10000 simulações

10. Os tempos de reparo dos componentes têm um Distribuição Normal, com média refletindo a prática em campo e coeficiente de variação (desvio padrão / média) de 10%. Exceto para os itens de MMEL, com coeficiente de variação de 70% para representar o cenário em que 25% dos reparos durarão mais do que os 45 minutos

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Validação do modelamento SR

Considerações sobre a utilização

FILTER MANIFOLD SYSTEM 12 A RESERVOIR SYS1 VALVE, BYPASS FILTER, CASE DRAIN 1 HEAT EXCHANGER AC MOTOR PUMP S1 ENGINE DRIVEN PUMP S1 QUICK DISC. EDP, CASE QUICK DISC. EDP, SUCTION QUICK DISC. EDP, PRESSURE 1 VALVE, CHECK HEAT 1 VALVE, CHECK CASE DRAIN 1 VALVE, CHECK THRUST 1 QUICK DISC. PRESSURE 1 QUICK DISC. RETURN 1 VALVE, DUMP/ THERMAL RELIEF 1 BALL ATTENUATOR EDP SUC 1 BALL ATTENUATOR ACMP 1 AC MOTOR PUMP S2 ENGINE DRIVEN PUMP S2 FILTER MANIFOLD SYSTEM 12 B QUICK DISC. RETURN 2 QUICK DISC. PRESSURE 2 RESERVOIR SYS2 FILTER, CASE DRAIN 2 VALVE, CHECK CASE DRAIN 2 VALVE, BYPASS S2 HEAT EXCHANGER S2 VALVE, CHECK HEAT 2 VALVE, CHECK CASE DRAIN 3 VALVE, CHECK THRUST 2 QUICK DISC. FILL 1 QUICK DISC. FILL 2 QUICK DISC. TRAS, SUPPY QUICK DISC. TRAS RETURN 1 QUICK DISC. EDP, PRESSURE 2 Início ç ç do bloco “dummy” no RBD

Bloco “dummy” na fase de voo:

Start RESERVOIR SYS3 BALL ATTENUATOR ACMP 2 BALL ATTENUATOR EDP SUC 2 VALVE, DUMP/ THERMAL RELIEF 2 SWITCH, PRESSURE PTU QUICK DISC. TRAS RETURN 2 QUICK DISC. EDP SUCTION QUICK DISC. TRAS, SUPPLY QUICK DISC. EDP CASE SYSTEM/AIRCRAFT HYDRAULIC LINES SYS 2 SYSTEM/AIRCRAFT HYDRAULIC LINES SYS 1 BALL ATTENUATOR ACMP 3A VALVE, DUMP/ THERMAL RELIEF 3 QUICK DISC. FILL 3 QUICK DISC. RETURN 3 QUICK DISC. PRESSURE 3 VALVE, CHECK RETURN FILTER, CASE DRAIN 3 FILTER MANIFOLD SYSTEM 3 AC MOTOR PUMP 3A S3 No(3) 3 de 4 SHOCK MOUT ACMP 3A-2 SHOCK MOUT ACMP 3A-1 SHOCK MOUT ACMP 3A-3 SHOCK MOUT ACMP No(2) 3 de 4 SHOCK MOUT ACMP 2B-1 SHOCK MOUT ACMP 2B-2 SHOCK MOUT ACMP 2B-3 SHOCK MOUT ACMP No (1) 3 de 4 SHOCK MOUT ACMP 1B 4 SHOCK MOUT ACMP 1B-2 SHOCK MOUT ACMP 1B-1 SHOCK MOUT ACMP 1B-3 SYSTEM/AIRCRAFT HYDRAULIC LINES SYS 3 Fim Bloco Dummy

• Bloco não falha Æ não sofre reparo

• Objetivo é focar na confiabilidade (despachabilidade) e não no safety: o bloco “dummy”

evita ter-se que considerar situações de falhas críticas na fase de voo que impediria o “safe flight and landing” do requisito aeronáutico FAR Part 25.1309.

3A-4 2B-4 1B-4

Dummy End

g g

• Está em paralelo com todos os outros blocos -> avião sempre completará o voo • Criado para modelar o fato de que, independentemente da falha de qualquer

componente, o avião continua a operar até o final do vôo de 90 min

• Os componentes que falharem só serão reparados em solo, na fase de manutenção

Bloco “dummy” na fase de manutenção:

• Garantir que o avião permaneça em solo no mínimo de 30 min (TAT)

A i d d d t ã RBD d bl “d ” i l t fi

• As propriedades de manutenção no RBD do bloco “dummy” incluem um tempo fixo

de manutenção preventiva de 30 min, que ocorrerá independentemente de haver reparo ou não em outros componentes

• Após esse tempo fixo de 30 min, se todos os componentes que falharam tiverem

sido reparados o avião está pronto para novo voo caso contrário a manutenção sido reparados, o avião está pronto para novo voo, caso contrário, a manutenção continua até que todos os componentes sejam reparados