CC BY
11
Машиностроение и машиноведение
DOI 10.36622^Ти.2020.16.6.017 УДК 621.86
ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКОГО ПОДХОДА К АНАЛИЗУ РИСКОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛИФТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Ю.Н. Скорская1, П.В. Витчук1, В.Ю. Анцев2, Н.Н. Трушин2
калужский филиал Московского государственного технического университета
им. Н.Э. Баумана, г. Калуга, Россия 2Тульский государственный университет, г. Тула, Россия
Аннотация: приведены исследования, относящиеся к тематическому направлению оценки риска эксплуатации лифтового оборудования при помощи статистического подхода. Субъективность методов квалиметрической оценки снижения рисков эксплуатации лифтов дала возможность авторам предложить статистический подход к оценке во всех случаях, где это возможно. Наиболее сложными и ответственными этапами анализа и оценки риска эксплуатации лифтового оборудования является сбор информации, необходимой для установления законов распределения сроков службы и определения гамма-процентных ресурсов его конструктивных элементов, а также детальное изучение всех обстоятельств возникновения этих отказов. Анализ статистических данных, проведенный авторами, позволил исследовать долговечность отдельных элементов лифтового оборудования и использовать эти данные для оценки срока службы и обоснования рисков эксплуатации как лифта в целом, так и отдельных его элементов. А проведение анализа причин выхода из строя элементов оборудования позволило дать оценку необходимости проведения мероприятий по повышению их сроков службы, надежности и качества обслуживания. Современные методы компьютерной обработки информации в сочетании с внедрением системы самодиагностики лифтового оборудования могут существенно повысить эффективность системы технического обслуживания лифтов, а своевременное диагностирование - минимизировать аварии и обеспечить безопасность передвижения
Ключевые слова: лифт, риск, отказ, безопасность, статистический подход
Введение
Лифт является основным средством вертикального перемещения людей в зданиях и сооружениях. Повышение этажности строительства обусловливает повсеместное широкое применение пассажирских и грузопассажирских лифтов отечественных и зарубежных производителей различного конструктивного исполнения. При этом лифт является объектом повышенной опасности, а его эксплуатация сопряжена с возможностью возникновения аварийных ситуаций и наступлением негативных технико-экономических и социальных последствий. В соответствии с требованиями регламента Таможенного Союза ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования» (пункт 7, статья 4) для подтверждения соответствия продукции разрабатываемое проектировщиком «Обоснование безопасности» должно содержать анализ и обоснование рисков [1]. Поэтому оценка уровня безопасности лифтов является актуальной задачей.
Постановка задачи
ГОСТ Р 53387-2009 (ИСО/ТС 14798-2009) «Лифты, эскалаторы и пассажирские конвейеры. Методология анализа и снижения риска» регламентирует методологию анализа и снижения рисков для лифтов (рис. 1), используя в качестве основного подхода применение методов квалиметрической оценки [2]. Аналогичный подход используется для других подъемно-транспортных машин [3-6]
] Определение цели выполнения анализа риска
I
2 Формирование рабочей группы
I I
3 Определение объекта анализа риска
I
4 Идентификация сценариев
I
5 Определение уровня риска
I
б Оценка риска
I
7 В достаточной ли степени снижен риск?
I I
8 Снижение риска-защитные меры
© Скорская Ю.Н., Витчук П.В., Анцев В.Ю., Трушин Н.Н., 2020
Рис. 1. Блок-схема выполнения анализа и снижения рисков по ГОСТ Р 53387-2009
При этом в ГОСТ Р 53387-2009 отмечается возможность учета статистических данных. Так как методы квалиметрической оценки достаточно субъективны, авторами предлагается для всех случаев анализа рисков, где такая возможность существует, применить статистический подход.
Решение сформулированной задачи
В рамках представленного в данной статье исследования были рассмотрены пассажирские и грузопассажирские лифты нескольких конструктивных типов различных производителей с грузоподъемностью от 400 до 1000 кг. Распределение числа исследованных лифтов по моделям и по номинальной грузоподъемности представлено на рис. 2.
96 33 2 98 ■u
<v
1 КМЗ > 11
■ Могилевлифтмаш
ЩЛЗ
ОАО "ЩЛЗ"
OTIS (Китай)
ООО "ОТИС Лифт" (Санкт-Петер.)
OTIS, Gien,France
а)
320 кг 400 кг 630 кг 1000 кг
б)
Рис. 2. Распределение данных о лифтах: а) по моделям; б) по номинальной грузоподъемности
Основная нагрузка находящихся в эксплуатации лифтов распределяется на лифты грузоподъемностью 400 и 630 кг отечественных производителей и производителей республики Беларусь.
На рис. 3 представлено распределение лифтов по годам выпуска. Основная часть из них находится в эксплуатации 15 лет и более.
Рис. 3. Распределение числа лифтов по годам выпуска
Анализ дефектных ведомостей позволил сформировать общий перечень дефектов лифтов. На основании этого перечня можно утверждать, что существенная доля приходится на дефекты, обусловленные изнашиванием конструктивных элементов (износ канатов, подшипниковых узлов, тормозов и др.) Несколько меньшее число дефектов связано с нарушением правил эксплуатации (отсутствие ограждений, аварийного освещения и др.). Сроки службы элементов лифтового оборудования являются случайными величинами, зависящими от ряда факторов. Оценить вероятность достижения требуемой долговечности возможно, исследовав ее распределение [7]. Знание законов распределения долговечности основных элементов позволит оценить целесообразность повышения их срока службы. Основными этапами определения долговечности можно выделить:
- составление упорядоченных статистических рядов и их обработка;
- построение графиков статистической функции распределения сроков службы F ^);
- построение гистограмм статистической плотности распределения f ^);
- определение основных числовых характеристик распределения (математического ожидания, дисперсии, среднего квадратическо-го отклонения, коэффициента вариации, асимметрии и эксцесса);
- построение моделей отказов наблюдаемых элементов;
- определение законов распределения сроков службы;
- установление теоретических значений функции и плотности распределения;
- проверка сходимости теоретических и статистических значений функции распределения по критерию согласия Пирсона;
- оценка параметров распределения графоаналитическим методом;
- определение квантилей распределения;
- определение гамма-процентных ресурсов. Поэлементный анализ показывает, что гистограммы практически всех сроков службы элементов близки к экспоненциальному закону распределения, а гистограмма сроков службы тягового каната близка к нормальному распределению. Это подтверждается небольшим отклонением в асимметрии Sk = 0,53 и значением коэффициента вариации V = 0,47 .
В качестве вероятности нанесения ущерба может быть использована вероятность отказа
Q ^):
Q(t) = | f(t)dt, (1)
0
где f (t) - плотность вероятности возникновения отказов.
Начало^)
Вводимначальные данные а тяжести последствий, о вероятности в динамический массив
v=[P.,Pi,... im
Расчет интенсивности отказав >. N'J'n
Б ероятность отказа Po^e^-X't)
Запись данных б имеющийся динамический массив
V=[V PJ
Нет
_±_ _
Расчет риска R=Po(t)+ S
Полученные результаты планируется использоваться при реализации программного комплекса, позволяющего автоматизировать анализ риска в соответствии с алгоритмом, представленным на рис. 4.
Заключение
Реализация предлагаемых мероприятий позволит автоматизировать процесс оценки надежности и анализа эксплуатации лифтов, что может крайне благоприятно отразиться в долгосрочной перспективе. Своевременное диагностирование позволит минимизировать аварии и обеспечить безопасность передвижения.
Литература
1. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности машин и оборудования» (ТР ТС 010/2011).
2. ГОСТ Р 53387-2009 (ИСО/ТС 14798-2009) «Лифты, эскалаторы и пассажирские конвейеры. Методология анализа и снижения риска».
3. Лагерев А.В., Лагерева Е.А., Лагерев И.А. Вероятностная оценка надежности гидропривода кранов-манипуляторов путем имитационного моделирования потока отказов элементов // Приводы и компоненты машин. 2012. № 2-3. С. 2-5.
4. Емельянова Г.А. Методология повышения надежности грузоподъемного оборудования при обеспечении требуемых критериев риска: дис. ... д-ра техн. наук: 05.02.02. М., 2016. 384 с.
5. Анцев В.Ю., Витчук П.В. Обеспечение долговечности лифтовых канатоведущих шкивов // Тяжелое машиностроение. 2013. № 11-12. С. 37-41
6. Горынин А.Д. Анализ риска эксплуатации грузоподъемных машин на стадии их проектирования: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.02. Тула, 2018. 173 с.
7. Новиков В.К. Основы теории анализа опасностей и оценки риска аварий. М.: Издательство: Альтаир, МГАВТ, 2017. Тип доступа URL: http://bibHodub.ru/mdex.php?page=book_view_red&book_id =483864
/Вывод данных риска
^^ Конец ^
Рис. 4. Блок-схема программного комплекса
Поступила 22.10.2020; принята к публикации 17.12.2020 Информация об авторах
Скорская Юлия Николаевна - старший преподаватель, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (248000, Россия, г. Калуга, ул. Баженова, 2), e-mail: sun978@yandex.ru, тел. +7 (910) 6017657 Витчук Павел Владимирович - канд. техн. наук, доцент, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (248000, Россия, г. Калуга, ул. Баженова, 2), e-mail: zzzventor@ya.ru, тел. +7 (920) 8888114, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7916-5056
Анцев Виталий Юрьевич - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Тульский государственный университет (300012, Россия, г. Тула, просп. Ленина, 92), e-mail: anzev@tsu.tula.ru, тел. +7 (903) 8402872, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5854-5789
Трушин Николай Николаевич - д-р техн. наук, доцент, профессор, Тульский государственный университет (300012, Россия, г. Тула, просп. Ленина, 92), e-mail: trushin@tsu.tula.ru, тел. +7 (910) 1529154
APPLICATION OF A STATISTICAL APPROACH TO THE ANALYSIS OF RISKS OF LIFT
EQUIPMENT OPERATION
Yu.N. Skorskaay1, P.V. Vitchuk1, V.Yu. Antsev2, N.N. Trushin2
1Bauman Moscow State Technical University (Kaluga Branch), Kaluga, Russia 2Tula State University, Tula, Russia
Abstract: the article presents studies related to the thematic area of risk assessment of the operation of elevator equipment using a statistical approach. The subjectivity of the methods of qualimetric assessment of reducing the risks of operating elevators made it possible to propose a statistical approach to assessment in all cases where it is possible. The most difficult and crucial stages of the analysis and risk assessment of the operation of elevator equipment is the collection of information necessary to establish the laws of distribution of service life and determine the gamma-percentage resources of its structural elements, as well as a detailed study of all the circumstances of these failures. The analysis of statistical data that we carried out made it possible to investigate the durability of individual elements of the elevator equipment and use these data to assess the service life and substantiate the risks of operating both the elevator as a whole and its individual elements. And the analysis of the reasons for the failure of equipment elements made it possible to assess the need for measures to increase their service life, reliability, and quality of service. Modern methods of computer processing of information in combination with the introduction of a self-diagnostic system for elevator equipment can significantly increase the efficiency of the elevator maintenance system, and timely diagnostics can minimize accidents and ensure the safety of operation
Key words: lift, risk, failure, safety, statistical approach
References
1. Technical regulations of the Customs Union "On the safety of machinery and equipment" (TR CU 010/2011).
2. GOST R 51901.1-2002. "Risk management. Risk analysis of technological systems" (ISO/CU 14798-2009)
3. Lagerev A.V., Lagereva E.A., Lagerev I.A. "Probabilistic estimation of reliability of hydraulic drive of cranes-manipulators by simulation of failure flow of elements", Drives and Components of Machines (Privody i Komponenty Mashin), 2012, no. 2-3, pp. 2-5.
4. Emel'yanova G.A. "Methodology for improving the reliability of lifting equipment while ensuring the required risk criteria" ("Metodologiya povysheniya nadezhnosti gruzopod"yemnogo oborudovaniya pri obespechenii trebuyemykh kriteriyev riska"), Dr. of Tech. Sci. dis., Moscow, 2017, 384 p.
5. Antsev V.Yu., Vitchuk P.V. "Ensuring the long-life of lift rope-carrying pulleys", Heavy Engineering (Tyazheloe mashi-nostroyenie), 2013, no. 11-12, pp. 37-41.
6. Gorynin A.D. "Analysis of the risk of operation of cargo-lifting machines at the stage of their design: dis. candidate of engineering" ("Analiz riska ekspluatatsii gruzopod"yemnykh mashin na stadii ikh proektirovaniya"), Cand. of Tech. Sci. dis., Tula, 2018, 173 p.
7. Novikov V.K. "Fundamentals of the theory of hazard аnalysis and accident risk assessment" ("Osnovy teorii analiza opasno-stey i otsenki riska avariy"), Altair, MGAVT, 2017, http://biblioclub.ru/index.php?page=book_view_red&book_id=483864.
Submitted 22.10.2020; revised 17.12.2020
Information about the authors
Yuliya N. Skorskaay, Assistant Professor, Bauman Moscow State Technical University (Kaluga Branch) (2 Bazhenova str., Kaluga 248000, Russia), e-mail: sun978@yandex.ru, tel. +7 (910) 6017657
Pavel V. Vitchuk, Cand. Sc. (Technical), Associate Professor, Bauman Moscow State Technical University (Kaluga Branch) (2 Bazhenova str., Kaluga 248000, Russia), e-mail: zzzventor@ya.ru, tel. +7 (920) 8888114, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7916-5056
Vitaliy Yu. Antsev, Dr. Sc. (Technical), Professor, Head of Department, Tula State University (92 Lenina prospekt, Tula 300012, Russia), e-mail: anzev@tsu.tula.ru, tel. +7 (903) 8402872, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5854-5789
Nikolay N. Trushin, Dr. Sc. (Technical), Associate Professor, Professor, Tula State University (92 Lenina prospekt, Tula 300012, Russia), e-mail: trushin@tsu.tula.ru, tel. +7 (910) 1529154
