CC BY
46
The article describes approaches to determining the readiness of communication equipment and automated control systems for use as intended, taking into account its real technical condition and external factors affecting the change in the degree of readiness.
Key words: system of technical support of communication and automated control systems, indicators, readiness, assessment.
Morozov Alexander Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, moroz19558@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marsha la Soviet Union S.M. Budyonny,
Sirko Nikolay Nikolaevich, postgraduate, radistgraviy@inbox. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marsha la Soviet Union S.M. Budyonny.
Pitenko Valeriy Alexandrovich, senior lecturer, [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marsha la Soviet Union S.M. Budyonny,
Teryohin Viktor Vasilevich, lecturer, vvterehin@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marsha la Soviet Union S.M. Budyonny
УДК 623.021
НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИКИ СВЯЗИ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ГОТОВНОСТЬ ВОЙСК СВЯЗИ
Н.И. Вишняков, А.В. Морозов, А.А. Самохвалов, А.А. Устинов
Авторами в работе проведен анализ оценки качества функционирования системы технического обеспечения связи и автоматизированных систем управления. Определены показатели надежности техники связи и автоматизированных систем управления и их влияние на обеспеченность и готовность частей и подразделений войск связи.
Ключевые слова: надёжность, техника связи, технические обеспечивающие системы, требования к системе, отказ.
На этапе развития Вооружённых Сил Российской Федерации (ВС РФ) система военной связи и автоматизированные системы управления являются важнейшими составными частями технической основы системы военного управления и относятся к средствам управления войсками (силами). От их состояния зависит эффективность применения войск (сил), боевых средств и оружия в условиях ведения современной войны, решающую роль в которой играет скорость обмена информацией и передачи управляющих воздействий в реальном масштабе времени с требуемым качеством.
Обеспечение постоянной технической готовности системы военной связи и автоматизированных систем управления к применению по назначению является главной задачей в процессе управления войсками, силами и оружием.
Техническое обеспечение связи и автоматизированных систем управления (ТОС и АСУ) выделено в отдельный вид технического обеспечения и включает комплекс мероприятий, которые направлены на обеспечение войск техникой связи и АСУ, поддержание её в исправном (работоспособном) состоянии и постоянной готовности к применению, восстановление и возвращение в строй при повреждениях и эксплуатационных отказах [1].
Схематические и компоновочные решения построения современных видов техники связи и автоматизированных систем управления (ТС и АСУ), других обеспечивающих систем (ТОС) или их частей (устройств, блоков, узлов радиоаппаратов, приборов и др.) настолько сложны [2], что иногда требуют применения десятков, а то и сотен, тысяч разных элементов. Такая сложность отрицательно сказывается на надежности ТС и АСУ. Снижение надежности работы ТС и АСУ, связанное с ее усложнением, и возрастание требований к надежности породили новую отрасль науки - теорию надежности, которая основывается на законах математической статистики и теории вероятностей. В [2] установлены общие для различных отраслей техники основные термины в области надёжности изделий. В соответствии с этим стандартом, под надёжностью понимается «... свойство объекта сохранять во времени способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования».
ТС и АСУ, другие части системы должны не только обладать определенными установленными техническими условиями (ТУ) значениями параметров (например, применительно к технике связи (ТС): - мощностью, коэффициентом усиления, чувствительностью, полосой пропускания и др.), но и сохранять их в предусмотренных условиях эксплуатации (при определенных пределах рабочих температур, уровне влажности, давлении, динамических нагрузках, времени непрерывной работы и других негативных факторах) поэтому после получения в процессе изготовления и регулировки предусмотренных ТУ параметров определяют, будет ли ТС и АСУ работать достаточно продолжительно и насколько можно рассчитывать на ее исправное состояние в течение этого времени, т.е. окажется ли она достаточно надежной. Продолжительность жизни ТС и АСУ оценивают долговечностью, или сроком службы.
Под долговечностью изделия понимается свойство сохранять работоспособность от начала его эксплуатации до предельного состояния его использования с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов, причём предельное состояние определяется невозможностью его дальнейшей эксплуатации или другими причинами, связанными с эффективностью, наступления технической или экономической нецелесообразности, техникой безопасности и т.п.
К примеру, из руководства по эксплуатации современного телевизора, его долговечность не выше семи лет. В пределах этого срока могут наблюдаться неисправности, однако после их устранения аппарат должен вновь удовлетворять предъявляемым к нему требованиям. За пределами срока службы эксплуатация телевизора станет невыгодной, так как капитальный ремонт будет дороже нового аппарата. Другое дело, если речь идет о сложной радиотехнической станции (аппаратной связи) или об аппаратных технического обеспечения и др. Долговечность подобных дорогостоящих изделий предусматривает их средний или капитальный ремонт. Долговечность же отдельных элементов, например радиоаппаратуры (полупроводниковых приборов, конденсаторов, резисторов, микросхем, электронных модулей и др.) или даже целых узлов определяется временем до первой неисправности. Отсюда видно, что бывают неремонтируемые и ремонтируемые изделия. Неремонтируемые изделия подлежат замене после первого отказа. У таких изделий первый отказ является одновременно и последним. Ремонтируемые изделия могут иметь и более чем один отказ. В неремонтируемых изделиях или изделиях, которые заменяются после первого отказа, наработка до момента отказа X является случайной величиной. Закон её распределения определяется плотностью вероятности при помощи которой могут быть определены показатели надёжности изделия.
Например, в случае распределения Вейбулла имеет место уравнение:
где а и Ь- постоянные (параметры распределения).
В частном случае, когда Ь = 1, распределение называетсяэкспоненциальным. В этом случае:
/ (-) = — ехр(--). (2)
а а
В частном случае, когда Ь = 2, получается распределение Релея:
2- -2
/ (-) = — ехр(- -у). (3)
а а
Для опытного определения показателей надёжности неремонтируемых изделий проводится наблюдение за испытаниями или эксплуатацией п изделий в заданных условиях. При этом определяются наработки изделий до отказа.
-1, -2, -3, -4,........., -п. (4)
С помощью этих п величин можно определить показатели надёжности. Требование возможно большей долговечности предъявляется не ко всем изделиям. Изделия одноразового назначения могут иметь очень небольшой срок службы. В отличие от долговечности надежность является требованием, относящимся ко всем изделиям.
Надежность является важнейшим техническим параметром ТС и АСУ, но по сравнению с другими параметрами, например такими как коэффициент усиления, мощность, чувствительность, она имеет свои особенности. Во-первых, на нее оказывают влияние главным образом случайные факторы, а во-вторых, надежность определяется несколькими количественными показателями.
Надежность можно также характеризовать как способность изделия работать безотказно в заданных условиях эксплуатации.
Отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта, после которого невозможно использовать хотя бы одно из рабочих свойств элемента или системы. Следовательно, отказом считается и такой момент, когда элемент или система остаются работоспособными, но их параметры вышли за пределы допустимых значений.
В соответствии с [2] существует несколько видов отказов. Все они перечислены ниже:
независимыйотказ, когда отказ не обусловлен другими отказами; зависимый отказ, когда отказ обусловлен другими отказами; ресурсный отказ, отказ в результате объект достигает предельного состояния; внезапный отказ характеризуется скачкообразным переходом объекта в неработоспособное состояние;
постепенный отказ возникает в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта;
систематический отказ, однозначно вызванный определённой причиной, которая может быть устранена только модификацией проекта или производственного процесса, правил эксплуатации и документации;
перемежающийся отказ, многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера;
сбой, это самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора;
явный отказ, обнаруживается визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения;
скрытый отказ, не обнаруживается визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностирования;
конструктивный отказ — это отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования;
производственный отказ, это отказ, который возникает по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии;
эксплуатационный отказ, это отказ, который возник по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации;
деградационный отказ — это отказ, обусловленный естественными процессами старения, износа, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации.
Если в некотором соединении имеются только необходимые элементы, узлы или блоки и отсутствуют резервные, то отказ даже одного элемента выводит из строя всю систему. Такое соединение элементов называют основным или последовательным. Если система содержит еще и резервные элементы, узлы или блоки, то отказ её наступает лишь тогда, когда выходят из строя и основной, и заменяющий его резервный элемент, узел или блок. Такое соединение называют резервным или параллельным.
Одной из основных количественных характеристик, надежности ТС и АСУ является опасность отказов, называемых также X - характеристикой или интенсивностью отказов.
Опасность отказов - это отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу изделий, продолжающих исправно работать.
Следовательно,
1(д )=—— (5)
#ср (д )хД
где М - интервал времени, в течение которого проводилось испытание на отказ;Дл-число изделий, отказавших за интервал времени Д1; (Дг ) = - среднее число
исправно работавших в интервале времени изделий; NI +1 - число исправно работающих изделий в начале интервала времени А1; N1 - число исправно работавших изделий в конце интервала времени А1.
Опасность отказов, как правило, определяют экспериментально. Для правильного подсчета ^-характеристики испытывают достаточно большое число элементов, сокращение отрезка времени А1 позволяет более точно следить за изменениями величины опасности отказов во времени. Опасность отказов показывает, какая часть элементов или узлов по отношению к среднему числу исправно работающих выходит из строя в единицу времени (обычно в час). Опасность отказов может очень серьёзно сказываться на технической обеспеченности ТС и АСУ, что в свою очередь понижает готовность частей (подразделений)к применению по назначению. Рассмотрим примеры:
В настоящее время к техническому обеспечению связи и АСУ предъявляются общие требования через обеспеченность работоспособной ТС и АСУ воинских частей (подразделений), соединений, объединений. Общее требование по обеспеченности работоспособной ТС и АСУ воинских частей (подразделений), можно выразить через два показателя [3]:
1. Обеспеченность в соответствии со штатом (табелем к штату) - описывается коэффициентом наличия ТС и АСУ:
N
Кн = —, (6)
1У шт
где Кн - коэффициент наличия ТС и АСУ воинской части (подразделении); N - количество образцов ТС и АСУ воинской части (подразделения) в наличии (кроме за штатных); Жлт - количество образцов ТС и АСУ в воинской части (подразделении) по штату (табелю к штату).
2. Обеспеченность работоспособной ТС и АСУ - описывается средним коэффициентом готовности парка, определяемый как среднее значение мгновенного коэффициента готовности за определенный интервал времени 1и парка ТС и АСУ воинской
части (подразделении) Кгп(-и), где -и - интервал времени заданной продолжительности [2]. При этом средний коэффициент готовности парка ТС и АСУ, определяется через средние коэффициенты готовности Кп(-и) образцов ТС и АСУ, составляющие парк ТС и АСУ. Необходимость описания обеспеченности работоспособной ТС и АСУ средним коэффициентом готовности за заданный интервал времени -и заключается в невозможности объективно оценить готовность парка ТС и АСУ точечной оценкой в момент времени - по причине того, что точечные оценки образцов ТС и АСУ изменяются от минимального до максимального значения в короткий промежуток времени, например, образцы ТС и АСУ, находящиеся в ремонте (текущий средний, капитальный и другие) всегда не работоспособны и их коэффициент готовности будет в этот момент времени, характеризоваться - Кгп(-) = 0, однако через небольшой промежуток времени эти образцы ТС и АСУ после ремонта будут находиться в работоспособном состоянии и их коэффициент готовности - Кгп(-) = 1.
Интервал времени-и должен определяться определенным циклом эксплуатации. Как правило, в качестве интервала для интегральной оценки обеспеченности работоспособной ТС и АСУ берется период в 1 год, по причине годового цикла технического обслуживания, годового планирования эксплуатации и ремонта ТС и АСУ, годовых норм расхода ресурса и т.п. Таким образом, общий показательобеспеченности работоспособной ТС и АСУ воинской части может быть определен исходя из двух рассмотренных показателей:
N
Коб = Кн X Кгп (-г ) = -— X Кгп (-г ) , (7)
"шт
где продолжительность -и задается интервалом в 1 год (8760 часов), т.е. -и=-г, Коб - коэффициент обеспеченности работоспособной ТС и АСУ воинской части (подразделения).
Коэффициент наличия ТС и АСУ воинской части (подразделения) Кн рассчитывается достаточно легко. Достаточно рассмотреть пример, в котором перейдем к определению среднего коэффициента готовности парка ТС и АСУ воинской части за период 1 год. Готовность парка объектов (воинской части) - это отношение числа работоспособных объектов к общему числу объектов парка в рассматриваемый момент времени [4; 5]. Данное определение содержит физический смысл готовности парка объектов и показывает, какая часть из общего количества объектов по штату находится в работоспособном состоянии. То есть для определения готовности парка объектоввоин-ской части необходимо определить количество отказавших образцов ТС и АСУ, тогда:
N - "0
Кгп = "-= , (8)
гп N N
где N0 - количество отказавших образцов ТС и АСУ; N - работоспособных образцов ТС и АСУ; N - количество образцов ТС и АСУ воинской части (подразделения) в наличии (кроме за штатных).
Так же задачу определения количества отказавших образцов ТС и АСУ, можно решить с применением формулы Бернулли:
'о ) = CN
PN (N0) = С0 XР*0 X ^ -, (9)
где С^ =-—-, а ч=1 -Р.
N N0 !х(N - N0)!
Если в части (подразделении) связи имеется Образцов ТС и АСУ и известны вероятности безотказной работы Р (коэффициенты готовности Кг) каждого образца (ограничения для применения формулы Бернулли - эти данные должны быть одинаковы для всех образцов ТС и АСУ, (Р1=Р2=... =Ры), то можно установить количество отказов N0 при задании граничной вероятности их появления Р(No).
Однако практически образцы ТС и АСУ имеют различные вероятности безотказной работы (коэффициенты готовности) в силу многих причин (разное количество израсходованного ресурса, отличающиеся показателей надежности, различающиеся по
обеспеченности комплекты ЗИП и пр.). Тогда, задача определения количества отказавших образцов ТС и АСУ (N0) для парка ТС и АСУ части (подразделения) с заданной граничной вероятностью их появления может быть решена путем имитационного моделирования методом «Монте-Карло» [4]. Сущность метода Монте-Карло состоит в следующем: требуется найти значение,а некоторой исследуемой величины. Для этого выбирают такую случайную величину Х, математическое ожидание которой равно а [М(Х)=а]. Практически же поступают так:
производят п испытаний, в результате которых получают п возможных значений случайной величины Х;
вычисляют их среднее арифметическое X = ^Х' и принимают X в качестве
п
оценки (приближённого значения) а искомого числа а: а » а* = X.
В опасности отказов наблюдается вполне определенная закономерность: вначале она имеет большую величину (этап приработки), затем интенсивно уменьшается и на какой-то период остается приблизительно постоянной (этапнормальной работы), а затем снова возрастает (этап износа и старения).
Количественными характеристиками надежности ТС и АСУ являются также среднее время исправной работы изделия, среднее время между двумя соседними отказами, вероятность исправной работы.
Общим недостатком всех количественных характеристик надежности является их вероятностный характер, т.е. никогда нельзя достоверно сказать о данном конкретном элементе или изделии, будут они исправно работать или же, наоборот, выйдут из строя, а если произойдет отказ, то в какой момент времени.
Рассмотрев основные факторы, влияющие на надежность ТС и АСУ, можно сказать, чтообщими способами повышения надёжности являются:
максимальное упрощение ТС и АСУ (но не в ущерб заданным выходным параметрам). Кроме принятия наиболее простого конструктивного и схемного решения предельно сокращают количество используемых элементов и деталей, различных составных частей;
тщательный выбор элементов по основным техническим параметрам и надежности. Высокая надежность элементов обеспечивает и высокую надежность ТС и АСУ;
снижение температуры внутри блоков, а также уменьшение вибрационных и ударных нагрузок;
широкое использование унифицированных узлов, проверенных и отработанных в условиях массового выпуска;
облегчение технического обслуживания в условиях эксплуатации. Хорошая доступность для осмотра и ремонта обеспечивает сокращение времени для поиска и устранения неисправности, а также для проведения профилактических работ.
Достигнутая надежность определённой системы является теоретической. При изготовлении ТС и АСУ важно обеспечить надежность или даже превзойти её.
Существует несколько общих способов повышения надежности. Вот некоторые из них:
высокое качество технологии и строжайшее соблюдение на всех стадиях производства. Это связано с ритмичностью производства и высококвалифицированным техническим контролем;
тщательный контроль материалов и комплектующих изделий, поступающих в производство. Нельзя использовать элементы, детали и узлы, срок хранения которых превышает допустимый;
автоматизация изготовления элементов, а также сборки, монтажа и регулировочных процессов;
разработка совершенной технологии, которая обеспечивала бы высокое качество всех производственных процессов.
Кроме основных способов повышения надежности ТС и АСУ, существуют и специальные. Например: - применение элементов в разгруженном режиме; - тренировка элементов перед использованием их в аппаратуре и резервирование и др.
Итак, из рассмотренного в статье материала, а так же приведённых примеров и расчётов, можно сделать вывод, что на обеспеченность и готовность частей и подразделений войск связи к применению по назначению в любых условиях обстановки, очень существенное влияние оказывает надёжность ТС и АСУ.
Список литературы
1. Приказ Министра обороны Российской Федерации № 22дсп - 2018 г. «Об утверждении Руководства по техническому обеспечению связи и автоматизированных систем управления ВС РФ». М., 2018.
2. ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2016. 63 с.
3. Вишняков Н.Н., Самохвалов А. А., Сирко Н.Н., Морозов А.В. Обеспечение технической готовности техники связи и автоматизированных систем управления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2020. Вып. 7. С. 236-242.
4. Морозов А.В., Самохвалов А.А. Имитационная модель готовности парка техники связи и автоматизированных систем управления частей (подразделений) связи // 5-я Международная НПК научного отделения № 10 РАРАН. М., 2020. С. 292-297.
5. ГОСТ 18322-2016. Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2017. 32 с.
Вишняков Николай Иванович, адъюнкт, milicherry@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Морозов Александр Викторович, доцент, moroz19558@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Самохвалов Александр Аркадьевич, адъюнкт, samokhvalov-83 @inbox. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Устинов Александр Александрович, главный эксперт, ustinov35 [email protected], Россия, Москва, Главное управление связи МО РФ
RELIABILITY OF COMMUNICATIONS EQUIPMENT AND AUTOMATED CONTROL SYSTEMS AND ITS IMPACT ON THE READINESS OF COMMUNICATIONS TROOPS
N.I. Vishnyakov, A. V. Morozov, A.A. Samokhvalov, A.A. Ustinov
The authors analyzed the quality of functioning of the communication technical support system and automated control systems. Indicators of reliability of communication equipment and automated control systems and their impact on the security and readiness of units and divisions of the signal troops are determined.
Key words: reliability, communication technology, technical support systems, system requirements, failure.
Vishnyako Nikolay Ivanovich, postgraduate, samokhvalov83@inbox. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marsha la Soviet Union S.M. Budyonny,
Morozov Alexander Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, moroz19558@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marsha la Soviet Union S.M. Budyonny,
Samokhvalov Alexander Arkadevich, postgraduate, [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marsha la Soviet Union S.M. Budyonny,
Ustinov Alexander Alexandrovich, chief expert, ustinov35 [email protected], Russia, Moscow Main Directorate of Communications of the Ministry of Defense of the Russian Federation
УДК 621.879.48
АНАЛИЗ И ПУТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РОТОРНЫХ
ЭКСКАВАТОРОВ
С.С. Тутов
Работа посвящена анализу и описанию работы роторного экскаватора. Также уделено внимание анализу методов повышения производительности и энергоэффективности данного типа машин.
Ключевые слова: роторный экскаватор, энергоэффективность, расчет, производительность, конструкция.
Роторные экскаваторы предназначены для проведения карьерных, горнодобывающих и строительных работ. Такой вид оборудования встречается практически на всех открытых карьерах, и имеет повышенную нагрузку, связанную с большим объемом работ, постоянной динамической нагрузкой. В связи с чем повышение надежности и производительности и энергоэффективности несет огромное значение и является важной не только научной, но и практической задачей.
Основным рабочим элементом роторных экскаваторов является ротор, вдоль внешней окружности которого расположены ковши с зубьями. Современные модели мощных роторных экскаваторов оборудуются преимущественно двойными тормозами. Работа подобных механизмов не представляет собой следующее: поочередно замыкаются электрический и двойной колодочный тормоза [1].
В некоторых случаях дополнительно устанавливается второй механический тормоз, включение которого осуществляется реле или кнопкой после задействования первого тормоза. Посредством каждой состоящей из барабанов пары приводится в движение одна половина полиспастов. Что касается скорости перемещения каната, то она составляет примерно 3 м/с.
Роторные экскаваторы большой мощности позволяют существенно повысить производительность карьера. Подобная спецтехника функционирует гораздо эффективнее и производительнее, чем крупногабаритные одноковшовые экскаваторы.
Современные роторные экскаваторы способны вынимать даже твердые горные породы. Подобного рода машины к тому же весят значительно меньше, чем одноковшовые и цепные многоковшовые экскаваторы.
Для строительства магистральных трубопроводных систем обычно задействуют мощные машины, которые имеют производительность на уровне 1200 кубометров породы в час. Такая техника позволяет рыть траншеи даже в промерзлом грунте, что позволяет использовать ее в регионах с вечной мерзлотой [1-3].
234
