Оценка остаточного ресурса объектов железнодорожной автоматики и телемеханики Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Безродный Б.Ф., Орлов А.В., Голубев А.С., Болотский Д.Н.

ПКТБ железнодорожной автоматики и телемеханики, Москва, Россия Российская открытая академия транспорта МИИТ, Москва, Россия МОУ «ИИФ», Москва, Россия

ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

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:

л

m

■XT0 X

_____1_

1 • To

(1)

o

i=1 i=1 Ti

где n - количество отказов за период наблюдения; m

2

количество технических средств ЖАТ на

объекте; ТО - наработка на i-ый отказ.

Далее вычисляют среднее значение интенсивности отказов

n

Л = —— , (2)

n

квадратическое отклонение фактической интенсивности отказов

п г.

Е(Л-я)

n -1

, (3)

i=1

(Т

л

а затем определяют интервальную оценку параметра Л . 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 техниче-

ских средств ЖАТ при этом имеет вид:

Л-2-(тл<Л<Л + 2-(тл (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 =

n n n

±(t, y )•n -Xy

i=1 i=1 i=1

- a •X гі b = £=-------i=i—

n

(5)

где Л , tf - мгновенные интенсивности отказов технических средств ЖАТ и соответствующие значе-

ния времени, соответственно.

Геометрическая интерпретация параметров линейного тренда состоит в том, что коэффициент а характеризует угол наклона линии тренда, а коэффициент b - смещение линии тренда относительно начала координат по оси ординат вверх или вниз.

Для учета ширины поля статистической неопределенности осуществляют пересчет коэффициента b :

- bmin = b - 2 •О (6)

- минимальное значение (нижняя граница поля в начальный момент времени) ;

- bmax = b + 2 О (7)

- максимальное значение (верхняя граница поля в начальный момент времени) .

В качестве критерия предельного состояния технических средств ЖАТ необходимо использовать допустимое значение интенсивности их отказов Лдоп 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 Те :

1 -[ КГ ]

Тв [Кг ]

(8)

Исходными данными для оценки остаточного ресурса технических средств ЖАТ являются: значение их допустимой интенсивности отказов Лдоп , значение интервальной оценки фактической интенсивности

1+2-СГ з . _ _

отказов /^_2.(7д и тРенДьП характеризующие динамику фактической интенсивности отказов, проведенный от верхней и нижней границ поля статистической неопределенности:

\wi(t) = a-t + blmK; Almn(t) = a-t + blmn (9)

Оценку остаточного ресурса производят согласно таблице 1.

Если в результате расчета значение остаточного ресурса системы ЖАТ оказывается менее трех лет, то требуется осуществить её дополнительное обследование с целью выявления видов технических средств, оказывающих наибольший вклад в результат.

Таблица 1

Оценка остаточного ресурса

Сравнение значений

фактической и допустимой интенсивности отказов_______________

Х-2-ал>Лдоп

Л-2-ал<Лдоп <Л + 2-ал

Л + 2-<тл< Лдоп

Качественный результат оценки надежности

Требования по надежности не выполняются, технические средства ЖАТнаходятся в предельном состоянии

Требования по надежности выполняются, устройства ЖАТ находятся на границе предельного состояния

Требования по надежности выполняются, текущий запас по надёжности определяется величиной

А/1+ ~Коп -(1 + 2-стф

Расчетные формулы для оценки остаточного ресурса

Т

ост

= о

Т

ост

= о

- если a<0 , то состояние технических

средств ЖАТ с позиции надёжности не ухудшается:

^ост = Тнабл , лет

- если a>0 , то состояние технических

средств ЖАТ с позиции надёжности ухудшается:

, остаточный ресурс технических средств ЖАТ не равен нулю

Т

ост

* о

Лд bmax _ Т

2 _h 1 набл

Лд---max _ Тнабл > 0, то --a----------,

a 8760

Лд^тах _ Тнабл < 0, то 0, лет.

лет

Т

ост

a

(6.9)

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 таблицу 2, причем виды технических средств ЖАТ, перечисляются сверху вниз в порядке убывания количества отказов.

Таблица 2

Ранжирование видов технических средств ЖАТ по количеству отказов

№ п/п Вид технических средств СЦБ Количество отказов

і Стрелочный электропривод СП-3 4

2

Номера пунктов таблицы 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 таблицы 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 таблицу 3.

Таблица 3

Причина отказа Обозначение параметра a Значение параметра a Обозначение параметра b Значение параметра b

Человеческий фактор Ячф Ьчф

Технические средства arn: Ьтс

Параметр a задает наклон линейного тренда. Положительным значениям соответствует рост фактической интенсивности отказов, а отрицательным - уменьшение. Параметр b - показывает насколько изначально влияет тот или иной фактор на результирующую фактическую интенсивность отказов технических средств СЦБ. Дальнейший анализ осуществляют в соответствии с таблицей 4

Таблица 4

Анализируемые Результат Вывод

параметры сравнения

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

ачф атс 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 а^, > ачф - влияние состояния технических средств СЦБ на фактическую интенсивность отказов в интервале наблюдения увеличивается по сравнению с влиянием человеческого фактора; - если а^, = ачф - влияние состояния технических средств СЦБ и человеческого фактора в интервале наблюдения в равной мере влияет на динамику фактической интенсивности отказов; - если а^ < ачф - влияние человеческого фактора на фактическую интенсивность отказов в интервале наблюдения увеличивается по сравнению с влиянием состояния технических средств СЦБ.

ачф атс 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.

ачф атс 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 не смотря на достаточное качество работы персонала, компенсации неудовлетворительного состояния технических средств СЦБ не происходит.

ачф атс 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 а^, > ачф - влияние состояния технических средств СЦБ на фактическую интенсивность отказов в интервале наблюдения увеличивается по сравнению с влиянием человеческого фактора; - если а^, = ачф - влияние состояния технических средств СЦБ и человеческого фактора в интервале наблюдения в равной мере влияет на динамику фактической интенсивности отказов; - если а^ < ачф - влияние человеческого фактора на фактическую интенсивность отказов в интервале наблюдения увеличивается по сравнению с влиянием состояния технических средств СЦБ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Шаманов В. И. Надёжность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. - М.: Маршрут, 2003.

2. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчёту надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. М.: Советское радио, 1975. - 472 с.

3. Надежность и эффективность в технике: Справочник. В 10 т. / Ред. Совет: В.С. Авдуевский

(предс.) и др. - М.: Машиностроение, 1990.

4. Журавлев, И.А. Методика расчета показателей надежности, безопасности и оценки рисков функционирования горочных систем автоматики / Б.Ф. Безродный, А.В. Горелик, И.А. Журавлев, П.А. Нева-ров, А.В. Орлов, Н.А. Тарадин, Д.В Шалягин. - М., 2012.- 58 с.- Деп. в ВИНИТИ, 09.07.12, № 299. -В2012.

5. Журавлев, И.А. 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. -Деп. в ВИНИТИ 12.12.11, № 534. - В2011.

6. Журавлев, И.А. 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. Деп. в ВИНИТИ, 09.07.12, № 298. -В2012.

7. Безродный Б.Ф., Горелик А.В., Журавлёв И.А., Михеев Е.А., Неваров П.А., Орлов А.В., Тарадин Н.А., Хромушкин К.Д., Шалягин Д.В. Принципы комплексного управления надёжностью систем железнодорожной автоматики и телемеханики // М.: МИИТ, 2010. Деп. В ВИНИТИ, № 689-В2010

8. Безродный Б.Ф., Болотский Д.Н., Голубев А.С., Горелик А.В., Журавлёв И.А., Неваров П.А., Орлов А.В., Савченко П.В., Тарадин Н.А., Шалягин Д.В. Статистическая оценка остаточного ресурса устройств железнодорожной автоматики и телемеханики // М.: МИИТ, 2013. Деп. в ВИНИТИ, № 1012-В2013.