CC BY
65
УДК 656.26
К ПРОБЛЕМЕ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Б. Ф. Безродный, А. В. Орлов, А. С. Голубев, Д. Н. Болотский
Фактическую интенсивность отказов технических средств СЦБ следует рассматривать как случайную величину. Мгновенные значения фактической интенсивности отказов технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) на рассматриваемом объекте (перегоне или станции) определяют по формуле
и2 1
К, =-------------------------------------, (1)
1 и ил грО 7 4 7
• I ТО • 1^ Т
т •
где и - количество отказов за период наблюдения; т - количество технических средств ЖАТ на объекте; ТО - наработка на ,-й отказ.
Далее вычисляют среднее значение интенсивности отказов
и
I К,
К = -^, (2)
и
квадратическое отклонение фактической интенсивности отказов
а =
I (К,-К )2
,=1__________
и -1
(3)
а затем определяют интервальную оценку параметра К . При этом ширина доверительного интервала определяется доверительной вероятностью, с которой оцениваемая случайная величина фактической интенсивности отказов технических средств ЖАТ не выйдет за установленные доверительным интервалом границы.
При оценке доверительного интервала на практике достаточно задаться значением доверительной вероятности на уровне Рдов = 0,95. Интервальная оценка фактической интенсивности отказов технических средств ЖАТ при этом имеет вид
К-2-ая<К <К + 2 •Ск . (4)
При оценке остаточного ресурса технических средств ЖАТ следует сопоставить фактическое значение интенсивности их отказов с допустимым, а также определить интервал времени от окончания интервала наблюдения до достижения фактической интенсивностью отказов допустимого значения. Этот интервал и является остаточным ресурсом. Интервал времени определяется как разницей между допустимым и фактическим уровнем интенсивности отказов технических средств ЖАТ на конкретном объекте, так и тенденцией в изменении их фактической интенсивности отказов.
Для оценки тренда фактической интенсивности отказов технических средств ЖАТ построим описывающую зависимость ее от времени линейную модель парной регрессии. Коэффициенты линейной модели рассчитываются по формулам:
а = -£!-----------^---2=^, Ь = -------*=—, (5)
^ ^ ^ Л п
Ё • п - Ё {>
1=1 V г=1 /
где Л;-, t 1 - мгновенные интенсивности отказов технических средств ЖАТ и соответствующие значения времени соответственно.
Геометрическая интерпретация параметров линейного тренда состоит в том, что коэффициент а характеризует угол наклона линии тренда, а коэффициент Ь - смещение линии тренда относительно начала координат по оси ординат вверх или вниз.
Для учета ширины поля статистической неопределенности осуществляют пересчет коэффициента Ь :
- минимальное значение (нижняя граница поля в начальный момент времени)
Ьш1п =Ь - 2 ; (6)
- максимальное значение (верхняя граница поля в начальный момент времени)
Ьшах = Ь + 2 . (7)
В качестве критерия предельного состояния технических средств ЖАТ необходимо использовать допустимое значение интенсивности их отказов X доп на рассматриваемом объекте, которое
определяют исходя из нормативного значения коэффициента готовности для объекта инфраструктуры хозяйства автоматики и телемеханики [КГ ] и регламентного значения среднего времени восстановления Тв :
= Ж. (8)
Тв •[Кг
Исходными данными для оценки остаточного ресурса технических средств ЖАТ являются: значение их допустимой интенсивности отказов X доп, значение интервальной оценки фактической интенсивности отказов X -^ и тренды, характеризующие динамику фактической интенсивности отказов, проведенный от верхней и нижней границ поля статистической неопределенности:
Хшах ^) = а •t + Ьшах ; Хшт ^) = а •t + Ьшт. (9)
Оценку остаточного ресурса производят согласно табл. 1.
Таблица 1
Оценка остаточного ресурса
Сравнение значений фактической и допустимой интенсивности отказов Качественный результат оценки надежности Расчетные формулы для оценки остаточного ресурса
1 2 3
Х 2 • ^ Хдоп Требования по надежности не выполняются, технические средства ЖАТ находятся в предельном состоянии Т = 0 ост
Окончание табл. 1
1 2 3
*-2-^^доп ^* + 2 Требования по надежности выполняются, устройства ЖАТ находятся на границе предельного состояния Т = 0 ост
* + 2 - ^ *доп Требования по надежности выполняются, текущий запас по надежности определяется величиной ДА+ = = \оп-р + 2 остаточный ресурс технических средств ЖАТ не равен нулю Тост ^ 0 - если а< позиции н Т - т ост наб - если а > позиции н Т — ост 0 , то состояние технических средств ЖАТ с вдежности не ухудшается: л , лет; 0 , то состояние технических средств ЖАТ с адежности ухудшается: ^ д Ьтах т \ — Ь набл д тах Т ^ 0 то а лета ^ _ а то 87бо , лет, — Тнабл < 0, то 0, лет. а
Если в результате расчета значение остаточного ресурса системы ЖАТ оказывается менее трех лет, то требуется осуществить ее дополнительное обследование с целью выявления видов технических средств, оказывающих наибольший вклад в результат.
Для этого все отказы системы ЖАТ разделяют в зависимости от вида отказавших технических средств и подсчитывают их количество. Затем упорядочивают виды технических средств ЖАТ по количеству отказов в порядке от наибольшего к наименьшему. Результат заносят в табл. 2, причем виды технических средств ЖАТ перечисляются сверху вниз в порядке убывания количества отказов.
Таблица 2
Ранжирование видов технических средств ЖАТ по количеству отказов
Вид технических средств СЦБ Количество отказов
Стрелочный электропривод СП-3 4
Номера пунктов табл. 2 рассматривают как ранги, присваиваемые техническим средствам разных видов. Вид технических средств ЖАТ, имеющих ранг «1», вносит наибольший вклад.
Кроме того, могут проводиться натурные исследования технических средств ЖАТ, входящих в систему.
Помимо оценки остаточного ресурса, осуществляемой на основе табл. 1, проводится дополнительный факторный анализ. Для этого вычисляют параметры трендов, полученных в результате аналогичной обработки классифицированных выборок, включающих только отказы, вызванные анализируемой причиной: человеческим фактором либо техническими средствами. Параметры трендов записывают в табл. 3.
Таблица 3
Причина отказа Обозначение Значение Обозначение Значение
параметра а параметра а параметра Ь параметра Ь
Человеческий фактор ачф Ьчф
Технические средства атс Ьтс
Параметр а задает наклон линейного тренда. Положительным значениям соответствует рост фактической интенсивности отказов, а отрицательным - уменьшение. Параметр Ь показывает, насколько изначально влияет тот или иной фактор на результирующую фактическую интенсивность отказов технических средств СЦБ. Дальнейший анализ осуществляют в соответствии с табл. 4
Таблица 4
Анализируемые параметры Результат сравнения Вывод
Ьчф , Ьтс Ьчф > Ьтс В начале периода наблюдения отказы определялись влиянием человеческого фактора
Ьчф , Ьтс Ьчф _ Ьтс В начале периода наблюдения отказы по причине человеческого фактора и по причине состояния технических средств СЦБ проявлялись в равной мере
Ьчф , Ьтс Ьчф ^ Ьтс В начале периода наблюдения отказы определялись состоянием технических средств СЦБ
н V ачф > 0 атс > 0 Фактическая интенсивность отказов системы СЦБ возрастает, причем это происходит как по причине недостаточного качества работы персонала, так и по причине неудовлетворительного состояния входящих в систему технических средств СЦБ. Причем: - если атс > ачф - влияние состояния технических средств СЦБ на фактическую интенсивность отказов в интервале наблюдения увеличивается по сравнению с влиянием человеческого фактора; - если атс = ачф - влияние состояния технических средств СЦБ и человеческого фактора в интервале наблюдения в равной мере влияет на динамику фактической интенсивности отказов; - если атс < ачф - влияние человеческого фактора на фактическую интенсивность отказов в интервале наблюдения увеличивается по сравнению с влиянием состояния технических средств СЦБ
Н с V ачф > 0 атс < 0 Качество работы персонала негативным образом влияет на фактическую интенсивность отказов технических средств СЦБ, однако текущее состояние технических средств СЦБ не ухудшается. Следовательно, если параметр а результирующего тренда имеет значение: - а < 0 - отсутствие роста результирующей фактической интенсивности отказов системы СЦБ обусловлено тем, что технические средства СЦБ компенсируют недостаточное качество работы персонала; - а > 0 - рост результирующей фактической интенсивности отказов системы СЦБ обусловлен тем, что технические средства СЦБ не могут компенсировать недостаточное качество работы персонала
н с ъ ачф < 0 атс > 0 Собственное состояние технических средств СЦБ негативным образом влияет на результирующую фактическую интенсивность отказов системы СЦБ, однако качество работы персонала является достаточным. Следовательно, если параметр а результирующего тренда имеет значение: - а < 0 - отсутствие роста результирующей фактической интенсивности отказов системы СЦБ обусловлено тем, что качество работы персонала компенсируют неудовлетворительное состояние технических средств СЦБ; - а > 0 - рост результирующей фактической интенсивности отказов системы СЦБ обусловлен тем, что несмотря на достаточное качество работы персонала, компенсации неудовлетворительного состояния технических средств СЦБ не происходит
Н с ъ ачф < 0 атс < 0 Фактическая интенсивность отказов системы СЦБ не возрастает, причем это происходит как по причине достаточного качества работы персонала, так и по причине удовлетворительного состояния входящих в систему технических средств СЦБ. Причем: - если атс > ачф - влияние состояния технических средств СЦБ на фактическую интенсивность отказов в интервале наблюдения увеличивается по сравнению с влиянием человеческого фактора; - если атс = ачф - влияние состояния технических средств СЦБ и человеческого фактора в интервале наблюдения в равной мере влияет на динамику фактической интенсивности отказов; - если атс < ачф - влияние человеческого фактора на фактическую интенсивность отказов в интервале наблюдения увеличивается по сравнению с влиянием состояния технических средств СЦБ
Список литературы
1. Сапожников, В. В. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи / В. В. Сапожников, В. В. Сапожников, В. И. Шаманов. - М. : Маршрут, 2003. - 284 с.
2. Козлов, Б. А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики / Б. А. Козлов, И. А. Ушаков. - М. : Советское радио, 1975. - 472 с.
3. Надежность и эффективность в технике : справочник : в 10 т. / ред. совет: В. С. Авдуевский (предисл.) и др. - М. : Машиностроение, 1990. - 615 с.
4. Методика расчета показателей надежности, безопасности и оценки рисков функционирования горочных систем автоматики / Б. Ф. Безродный, А. В. Горелик, И. А. Журавлев, П. А. Неваров. А. В. Орлов, Н. А. Тарадин, Д. В. Шалягин . - М. : 2012. - 58 с.
5. Методы расчета показателей надежности и безопасности функционирования систем электрической и диспетчерской централизации / Б. Ф. Безродный, А. В. Горелик, И. А. Журавлев, П. А. Неваров, А. В. Орлов, Н. А. Тарадин, Д. В. Шалягин. - М., 2011. - 62 с.
6. Методика расчета показателей надежности, безопасности и оценки рисков функционирования систем интервального регулирования / Б. Ф. Безродный, А. В. Горелик, И. А. Журавлев, П. А. Неваров, А. В. Орлов, Н. А. Тарадин, Д. В Шалягин. - М., 2012. - 49 с.
7. Принципы комплексного управления надежностью систем железнодорожной автоматики и телемеханики / Б. Ф. Безродный, А. В. Горелик, И. А. Журавлев, Е. А. Михеев, П. А. Неваров, А. В. Орлов,
Н. А. Тарадин, К. Д. Хромушкин, Д. В. Шалягин. - М., 2010. - 518 с.
8. Статистическая оценка остаточного ресурса устройств железнодорожной автоматики и телемеханики / Б. Ф. Безродный, Д. Н. Болотский, А. С. Голубев, А. В. Горелик, И. А. Журавлев, П. А. Неваров, А. В. Орлов, П. В. Савченко, Н. А. Тарадин, Д. В. Шалягин. - М., 2013. - 46 с.
9. Горячев, Н. В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. - Т. 1. -С. 263-263.
10. Наумова, И. Ю. Повышение качества образовательных технологий за счет использования интерактивной доски / И. Ю. Наумова, Е. В. Конакова // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. - Т. 1. - С. 387-387.
11. Информационная технология многофакторного обеспечения надежности сложных электронных систем / Н. К. Юрков, А. В. Затылкин, С. Н. Полесский, И. А. Иванов, А. В. Лысенко // Надежность и качество сложных систем. - 2013. - № 4. - С. 75-79.
УДК 656.26
К проблеме оценки остаточного ресурса объектов железнодорожной автоматики и телемеханики / Б. Ф. Безродный, А. В. Орлов, А. С. Голубев, Д. Н. Болотский // Надежность и качество сложных систем. - 2014. - № 2(6). - С. 34-39.
Безродный Борис Федорович
доктор технических наук, профессор, главный инженер,
Проектно-конструкторско-технологическое бюро железнодорожной автоматики и телемеханики (105082, Россия, г. Москва,
Переведеновский пер., 21/9)
(849-9)260-01-19
E-mail: boris-bezrodny@yandex.ru
Орлов Александр Васильевич
кандидат технических наук, доцент,
Российская открытая академия транспорта, Московский государственный университет путей сообщения
(127994, Россия, г. Москва, ул. Часовая, 22/2)
(495) 799-95-29
E-mail: orlov_av@mail.ru
Bezrodnyy Boris Fedorovich doctor of technical sciences, professor, chief engineer,
Design-technological bureau of railway automation and remote control
(105082, 21/9 Perevedenskiy lane, Moscow, Russia)
Orlov Aleksandr Vasil'evich
candidate of technical sciences, associate professor,
Russian open academy of transport engineering,
Moscow State University of railways
(127994, 22/2 Chasovaya street, Moscow, Russia)
Голубев Андрей Сергеевич научный сотрудник,
Межрегиональное общественное учреждение «Институт инженерной физики»
(142210, Россия, Московская обл., г. Серпухов,
Б. Ударный пер., 1«А»)
(4967) 35-31-93 E-mail: info@iifrf.ru
Болотский Дмитрий Николаевич
научный сотрудник
Межрегиональное общественное учреждение «Институт инженерной физики»
(142210, Россия, Московская обл., г. Серпухов,
Б. Ударный пер., 1«А»)
(4967) 35-31-93 E-mail: info@iifrf.ru
Аннотация. Для оценки надежности технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) ведется непрерывный мониторинг фактической интенсивности их отказов. Однако на практике требуется оценка остаточного ресурса объекта ЖАТ (перегоне или станции). Для этих целей предлагается рассматривать фактическую интенсивность отказов технических средств ЖАТ как случайную величину и, используя данные о мгновенных ее значениях на рассматриваемом объекте, построить регрессионную зависимость, описывающую ее тренд во времени. Временной отрезок от момента наблюдения до пересечения линии тренда с допустимым значением интенсивности отказов можно принять за оценку остаточного ресурса объекта ЖАТ.
Ключевые слова: остаточный ресурс, железнодорожная автоматика и телемеханика, линейные модели регрессии.
Golubev Andrey Sergeevich research associate,
Inter-regional public institution «Institute of engineering physics»
(142210, 1«A» B. Udarniy lane, Moscow region, Serpukhov city, Russia)
Bolotskiy Dmitriy Nikolaevich
research associate,
Inter-regional public institution «Institute of engineering physics»
(142210, 1«A», B. Udarniy lane, Moscow region, Serpukhov city, Russia)
Abstract. To assess the reliability of the equipment of railway automatics and telemechanics (ATC) maintains a continuous monitoring of the actual intensity of their denials. In practice, however, requires the evaluation of residual resources of ATC (stretch or stations). For this purpose it is suggested that the actual failure rate of ATC as a random variable and using the instant its values on the object, construct a regression correlation, describing its trend over time. Time interval from the moment of observation before crossing trend line with a valid value of the failure rate can be taken for assessment of residual resource of the ATC.
Key words: residual resource, railway automation and telemechanics, linear regression model.
