CC BY
69
4. Выводы
Приведенные векторные диаграммы позволяют выяснить причину появления дополнительных погрешностей углового позиционирования боевых машин в условиях, максимально приближенных к бое-
вым. Выбор методов и средств достижения частичной инвариантности по отношению к проникающему акустическому излучению высокого уровня определяется в контексте обеспечения Тактико-Технических Характеристик объектов в жестких условиях боевого использования.
Литература
1. Ишлинский, А.Ю. Ориентация, гироскопы и навигация [Текст]/ А.Ю. Ишлинский. - М.: Наука, 1976. - 671 с.
2. Кошляков, В.Н. Теория гироскопических компасов [Текст]/ В.Н. Кошляков. - М.: Наука, 1972. - 211 с.
3. Пельпор. Д.С. Гироскопические приборы систем ориентации и стабилизации [Текст]: монография/ Д.С. Пельпор, Ю.А. Осо-кин, Е.Р. Рахтеенко; под общ. ред. Д.С. Пельпора; МВТУ им. Н. Баумана. - М.: Наука, 1977. - 219 с.
4. Лунц, Я.Л. Ошибки гироскопических приборов [Текст]/ Я.Л. Лунц. - Л.: Судостроение, 1968. - 232 с.
5. Карачун, В.В. О влиянии акустического излучения на плоские элементы конструкции гироскопических приборов [Текст]/ В.В. Карачун // Механика гироскопических систем. - 1993. - Вып. 12. - С. 23-28.
6. Мельник, В.Н. Пассивные методы уменьшения погрешностей гироинтегратора, обусловленных дифракцией звуковых волн на подвесе гироскопа / В.Н. Мельник, В.В. Карачун// Космічна наука і технологія. - 2003. - Т. 9. - № 1. - С. 22-28.
---------------------□ □-------------------------
В роботі розглядаються методи розрахунку надійності щодо трубопровідних систем. Визначені переваги та недоліки методів розрахунку надійності трубопровідних систем Ключові слова: трубопровідна система, розрахунок надійності
□ □
В работе рассматриваются методы расчета надежности применительно к трубопроводным системам. Определены преимущества и недостатки методов расчета надежности трубопроводных систем
Ключевые слова: трубопроводная система, расчет надежности
□ □
This article covers reliability calculation methods regarding pipeline systems. Advantages and defects of reliability calculation methods ofpipeli-ne systems are determined
Keywords: pipeline system, reliability calculation
---------------------□ □-------------------------
УДК 656.02:338.47
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДНЫХ
СИСТЕМ
И.А. Гавриленко
Ассистент
Кафедра прикладной математики и информационных технологий Харьковская национальная академия городского
хозяйства
ул. Революции, 12, г. Харьков, Украина, 61002 Контактный тел.: (057) 707-31-31, 067-573-39-50 Е-mail: i.gavrilenko@ukr.net
1. Введение
Трубопроводная система с точки зрения теории надежности представляет собой сложную техническую систему, характеризующуюся следующими специфическими особенностями:
- структурной избыточностью (резервированием), приводящей к тому, что при отказе единичных элементов оборудования система в большинстве случаев может сохранять работоспособность;
- наличием большого спектра отказов, отличающихся вероятностью появления и последствиями
- ущербом и длительностью устранения;
- наличием регулярных планово-предупредительных ремонтов в процессе эксплуатации, устраняющих неисправности и неполадки - потенциальные источники отказов;
- восстанавливаемостью (ремонтопригодностью), т.е. возможностью устранять отказы оборудования путем проведения аварийных ремонтов в течение срока функционирования системы.
Расчет надежности таких систем обычно проводится в несколько этапов.
Цель исследования: провести анализ методов расчета надежности трубопроводных систем и разработать их классификацию.
Е
2. Анализ методов расчета трубопроводных систем
Существующие подходы к решению задач расчета технической надежности трубопроводных систем базируются на применении прямых и косвенных методов расчета надежности [1-3].
Применение прямых методов, основанных на обработке данных эксплуатации или статистических испытаний об отказах системы, для оценки показателей надежности трубопроводных систем и ее подсистем из-за их специфики ограничено. Основная причина заключается в том, что статистическая информация, получаемая в процессе эксплуатации одной системы, обычно не может быть обобщена на другие системы. Даже в рамках одной системы получение совокупной информации о подсистемах одной трубопроводной системы затруднено в силу уникальности самих подсистем и различных режимов их функционирования. К тому же прямые методы не решают задачу оценки надёжности при произвольном изменении структуры сети или при проектировании новой сети.
Основными для решения за дач ана лиза надежности трубопроводных систем являются косвенные методы, предполагающие расчет показателей надежности сложного объекта по характеристикам надежности его элементов. В области трубопроводных систем могут применяться три класса косвенных методов: аналитические; статистического моделирования; ана-литико-статистические.
Аналитические методы обеспечивают высокую точность расчетов и позволяют исследовать зависимости значений показателей надежности от различных влияющих факторов и условий функционирования в любых интервалах времени. При этом процесс функционирования системы сводится обычно к модели полумарковского или многомерного марковского процесса. Основными аналитическими методами для расчета показателей надежности трубопроводных систем являются: прямое вычисление вероятностей, включая логико-вероятностные методы, дифференциальный и интегральный методы, интерпретированные к анализу надежности систем.
Возможности аналитических методов, как правило, ограничены сложностью математического описания системы (особенно при законах распределения наработки на отказ и времени восстановления, отличных от экспоненциальных). Дополнительные ограничения возникают в связи с необходимостью априорного выделения существенных факторов, влияющих на надёжность и включаемых в математическую модель.
Аналитические методы расчета надежности трубопроводных систем включают:
- методы, основанные на использовании марковских и полумарковских моделей;
- логико-вероятностные методы;
- логико-топологические методы.
Марковские модели оценки надежности основываются на аппарате дискретных марковских процессов с непрерывным временем. Область применения этих моделей при анализе надежности трубопроводных систем ограничивается требованием на закон распределения времени наработки на отказ и времени восстановления элементов, который в данном случае должен быть исключительно экспоненциальным.
Полумарковские модели предусматривают решение систем интегральных и алгебраических уравнений, описывающих процесс функционирования трубопроводной системы как сложной системы и записанных с использованием переходных вероятностей. Для их решения применяются прямое и обратное операционные преобразования Лапласа и Лапласа-Карсона в сочетании с итерационными методами.
Существенными преимуществами полумарков-ских моделей являются: возможность получения компактных приближенных аналитических зависимостей для расчета показателей надежности, удобство применения численных методов и компьютерной обработки, малое время счета. К их недостаткам можно отнести трудность обоснования ряда допущений, связанных с декомпозицией структуры трубопроводных систем, а также быстрое возрастание сложности анализа при дальнейшей детализации структур.
К логико-вероятностным методам относятся методы, в которых математические модели надежности элементов и системы описываются с помощью алгебры логики, а показатели надежности - теоремами теории вероятностей, причем и то, и другое осуществляется в неявной форме.
Основными достоинствами логико-вероятностных методов являются: четкость, однозначность и высокая степень формализации при описании объекта исследования; выполнение расчета и анализа надежности на единой методологической основе.
Расчет надежности с помощью логико-вероятностных методов состоит из двух этапов. Цель первого
- переход от словесного описания процесса функционирования системы к формализованному описанию. Цель второго - количественный учет в формальном описании показателей надежности системы в целом и показателей надежности отдельных её элементов.
Приближенным логико-вероятностным методом могут считаться таблицы готовых решений, которые рекомендуются для решений локальных задач анализа надежности, но также могут быть использованы для приближенного анализа крупных систем.
Недостатком данного метода является необходимость вербального описания процесса функционирования системы на первом этапе и его замены на формальное описание, что делает метод малоэффективным при оперативном расчёте надёжности системы, связанного с изменением её структуры.
К логико-топологическим методам относятся методы, в которых математические модели надежности элементов и системы описываются, как и в логико-вероятностных методах, с помощью алгебры логики, а на втором этапе, при нахождении показателей надежности систем, используются аналитические выражения, полученные с помощью специализированных топологических методов. Для топологических методов характерно представление условий функционирования системы в виде графа состояний. При этом показатели надежности вычисляются без составления и решения систем уравнений, а с помощью различного рода аналитических выражений и мнемонических правил.
Достоинством логико-топологических методов является непосредственное нахождение показателей надежности по логическим функциям, без вычисления
Рис. 1. Классификация методов расчёта надёжности трубопроводных систем
вероятностей работоспособного и неработоспособного состояний системы. К недостаткам этих методов можно отнести громоздкость вычислений при нахождении точного решения, так как расчет фактически выполняется не на основе вычисления логических функций, а по сложным моделям, описывающим возможные состояния системы.
Для логико-вероятностных методов и логико-топологических методов на любом из двух этапов расчёта имеет место как выполнение точных, так и приближенных действий с оценкой знака и значения погрешности.
Методы статистического моделирования, базирующиеся на том, что вероятность случайного события можно оценить частотой его наступления за достаточно длительное время функционирования, свободны от ограничений на сложность объекта и вид функций распределения случайных величин. Эти методы позволяют учитывать индивидуальные свойства объектов, условия их эксплуатации и т.д. Их основным недостатком являются чрезмерные затраты времени при оценке надежности систем с большим числом элементов, при исследовании зависимостей показателей надежности от влияющих факторов, а также при анализе высоконадежных систем. Методы статистического моделирования, как и прямые методы, не решают задачи оценки надёжности при произвольном изменении структуры трубопроводной сети. В связи с этим применение методов статистического моделирования в настоящее время более эффективно при исследовании надежности источника целевого продукта, которые имеют по сравнению с распределительной сетью намного меньше структурных элементов.
Аналитико-статистические методы - наиболее перспективное направление в исследовании надежности как трубопроводной системы в целом, так и ее отдельных подсистем. Объясняется это тем, что, с одной стороны, данные методы за счёт своей аналитической части позволяют ускорить процесс оценки, а за счёт статистической - увеличить её адекватность.
На основе проведенного анализа разработана классификация методов расчета надежности трубопроводных систем, приведенная на рис. 1.
3. Выводы
Известные косвенные методы расчета надежности, применимые к трубопроводным системам, можно классифицировать по используемому математическому аппарату на аналитические, статистического моделирования и аналитико-статистические. Кроме того, все методы можно разделить по подходу к воспроизведению свойств объекта при оценке его надежности на:
- методы, учитывающие его отдельные случайные состояния и позволяющие определить частоты отказов и время восстановления;
- методы, учитывающие случайные процессы функционирования объекта и позволяющие определять функции распределения продолжительности любых его состояний.
Рассмотренные методы в их существующем виде в большей степени применимы для расчетов надежности трубопроводных сетей в магистральных транспортных системах. Для расчетов же распределительных сетей они должны быть модифицированы таким образом, чтобы позволяли выполнять расчет для объектов большой размерности.
Таким образом, анализ существующих методов расчёта надёжности трубопроводных систем позволяет сделать следующие выводы:
Е
1) статистические методы обеспечивают наиболее адекватные оценки технической и функциональной надёжности независимо от сложности и размерности сетей, но требуют слишком больших временных затрат при определении надежности систем, и не позволяют рассчитать надёжность в зависимости от сложности структуры сети, поэтому являются непригодными на этапе проектирования новых сетей;
2) аналитические методы способны определять показатели надёжности в зависимости от структуры сети, но не обеспечивают должной адекватности и практически непригодны для расчета надёжности сетей большой размерности;
3) наиболее перспективными являются аналити-ко-статистические методы расчета показателей надёжности, которые требуют дальнейшего усовершенствования и развития с целью их применения для
распределительных трубопроводных сетей большой размерности и сложности.
Сделанные выводы выдвигают потребность в разработке нового метода, который в отличие от существующих, позволял бы осуществлять расчёты функциональной надёжности сложных трубопроводных сетей большой размерности.
Метод должен быть способным обеспечивать расчёты как для сетей, которые только проектируются, так и для сетей, которые находятся в эксплуатации или реконструируются. Кроме того, новый метод должен быть достаточно оперативным, чтобы диспетчерские службы могли вычислять и анализировать изменения функциональной надёжности при изменении структуры или эксплуатационных режимов сетей, т.е. метод должен работать в реальном масштабе времени.
Литература
1. Надежность систем энергетики и их оборудования. Справочник: в 4 т. / [сост. Сеннова Е.В., Смирнов А.В., Ионин А.А. и др.; ред. Руденко Ю.Н.] - М.: Энергоатомиздат, 2000. Т.4. - 2000. - 351 с.
2. Сухарев М.Г., Карасевич А.М. Технологический расчет и обеспечение надежности газо- и нефтепроводов / М.Г. Сухарев, А.М. Карасевич. - М.: «Нефть и газ» РГУ нефти и газа, 2000. - 272 с.
3. Ионин А.А. Надёжность систем тепловых сетей / Ионин А.А. - М.: Стройиздат, 1989. - 268 с.
-----------------□ □---------------------
В статті представлені перспективні напрямки проектування несучих систем (модулів рами та кузова) у вантажному вагонобудуванні та їх особливості
Ключові слова: вагонобудування, напрямки і аспекти проектування
□ □
В статье представлены перспективные направления проектирования несущих систем (модулей рамы и кузова) в грузовом вагоностроении и их особенности
Ключевые слова: вагоностроение, направления и аспекты проектирования
□ □
In this article the perspective directions of the design of bearing systems (frame and body modules) in cargo car building and their features are presented
Keywords: car building, areas and aspects of design -----------------□ □---------------------
УДК 629.463.65.001.63
ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРСПЕКТИВНИХ НАПРЯМКІВ ПРОЕКТУВАННЯ НЕСУЧИХ СИСТЕМ У ВАНТАЖНОМУ ВАГОНОБУДУВАННІ
О . В . Ф о м і н
Кандидат технічних наук, доцент Кафедра «Рухомий склад залізниць» Донецький інститут залізничного транспорту Української державної академії залізничного транспорту вул. Артема, 184, м. Донецьк, 83018 E-mail: fomin1985@list.ru
Постановка проблеми і аналіз результатів останніх досліджень
Залізничний транспорт є базовою галуззю національної економіки та основою її транспортної системи, забезпечує понад дві третини загального вантажообігу. Тому в основних положеннях Транспортної стратегії
України на період до 2020 року, яка була затверджена на засіданні Кабінету Міністрів України 20 жовтня 2010 року та Комплексної програми оновлення залізничного рухомого складу України на 2008-2020 роки, яку затверджено розпорядженням Кабінету Міністрів України від 14 жовтня 2008 року №1259 визначено, що одним з пріоритетних напрямків розвитку галузі
